孔口管嘴管路流动

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1、第五章孔口管嘴管路流动本章主要学习内容：本章应用流体力学基本原理，结合具体流动条件研究孔口、管嘴及管路的流动。研究流体经容器器壁上孔口或管嘴出流以及流体沿管路的流动，对环境工程专业具有很大的实用意义。如烟流过反应器的流量计算，管路中节流孔板的计算，工程上各种管道系统的计算，都需要掌握这方面的规律。【基本要求】1、理解孔口、管嘴出流的水流特征；掌握它们的水力计算方法；2、掌握简单管路、串并联管路的水力计算方法；3、理解水击的概念。【学习重点】1、孔口、管嘴出流的有关概念及其水力计算；2、掌握简单管路、串并联管路的水力计算方

2、法。一、孔口出流的分类自由出流:淹没出流:液体流入大气液体流入液体空间在容器侧壁或底壁上开小孔，容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自由出流。如果出流到充满液体的空间，则称为淹没出流。图5-1孔口自由出流图5-2淹没出流第一节、孔口自由出流孔口的分类：1、小孔口出流和大孔口出流：对于小孔口，可以认为孔口断面上各点压强相等。对于大孔口，孔口断面上各点压强不等。2、恒定孔口出流与非恒定孔口出流：孔口处的作用水头恒定，为恒定孔口出流，反之，为非恒定孔口出流。3、薄壁孔口出流和厚壁孔口出流：如果孔壁厚度不影响孔口出流，流体与

3、孔壁的接触只是一条周线，此孔口为薄壁孔口，反之，为厚壁孔口。如图5-1所示，水箱侧壁上开一孔口，水从四面八方向孔口汇集涌出。由于质点的惯性，当绕过孔口边缘时，流线不能成折弯改变方向，只能逐渐弯曲，于是流出水股在孔口断面上继续弯曲且向中心收缩，所以孔口断面上各流线是不平行的，呈急变流断面。直到水股流出距孔口约1/2d处(d为孔径)，断面收缩达到最小，流线趋于平直，这一断面称为收缩断面，如图5-1的C-C断面所示。二、孔口自由出流图5-1孔口自由出流d如图5-1所示的具有锐缘的孔口，出流流股与孔口壁接触仅仅是一条周线，这种条

4、件称为薄壁孔口；若孔壁厚度和形状促使流股收缩后又扩开，与孔壁接触成面而不是线，这种孔口称为厚壁孔口或管嘴。通过孔口中心引0-0基准线列出1-1及C-C断面上的能量方程：式中：为收缩断面C-C的压强，因为是自由出流，流体流到大气，所以；——水箱液面相对于基准面0-0的总水头。液面在出流中具有的流动水头，所以；如忽略，则。H-----液面至孔口中心的深度。对小孔口(孔径d＜0.1H)来说，孔口面上所有各点均受同一水头H的作用，H称作用水头。将上述各式代入得(5-1)式（5-1)给出了薄壁孔口自由出流收缩断面C-C上速度公式。

5、令称为速度系数。，此时流速，与(5-1）式比较，可得实验得知，速度系数在理想情况下，，损失为0，因此通过孔口出流的体积流量应为：式中Ac:收缩断面C-C的面积；由于一般给出的是孔口面积A，，称为收缩系数。对圆孔口实验得知这时流量为令，称为流量系数，其值为0.60-0.62。则(5-2)(5-3)式(5-3)为孔口自由出流的基本公式，当计算流量时，根据具体的孔口及出流条件，确定及。已知:图示一敞口贮水箱,小孔与液面的垂直距离为H(淹深).设水位保持不变.求：(1)自由出流速度v解(1)设流动为不可压缩理想流体的定常流动.(

6、2)出流流量Q对于断面、有例：应用伯努利方程求小孔口出流的流速和流量。整理得从孔口流出的流量为二.孔口自由出流(续)表征孔口出流性能的系数:流量系数;;流速系数（1）收缩系数全部收缩完善收缩非完善收缩如：孔口a如：孔口b部分收缩只有部分周界收缩如：孔口c、d所有周界都收缩值的大小取决于与，值接近于1，值则因孔口开设的位置不同和造成收缩的情况不同，而有较大的变化。如图5-2所示，图5-2孔口收缩系数与边壁的关系收缩系数；当孔口任一边到侧壁的距离不满足完善收缩的条件时，则将减弱流线的弯曲。从而减弱收缩，使收缩系数增大，流量系

7、数也相应增大。因此不全部收缩的的流量系数数值比全部收缩的的流量系数值要大很多，其流量系数值可按下式计算。第二节孔口淹没出流CC2211列上下游液面能量方程ζ2=1——突然扩大阻力系数H0——淹没出流的作用水头图5-3淹没出流0物理意义：促使流体克服阻力流入到下游的全部能量特例：P1=P2=Pa，v1=v2=0收缩断面流速孔口流量与自由出流一致H0与孔口位置无关（5-7）11220气体：作用压力（略去高差）流速流量排气吸气思考题：如果是有压容器的泄流如何考虑作用水头？见page134应用：孔板流量计（薄壁孔口淹没出流）注意

8、：A——孔口面积，μ也可查表，教材page135图5-6给出了孔板流量系数曲线图5-4孔板流量计（5-9）第三节管嘴出流一、圆柱形外管嘴出流与孔口出流的不同，在管嘴内流束先收缩,在c-c处出现缩颈,而后流束逐渐扩展,充满整个管嘴。在收缩断面C-C前后流股与管壁分离，中间形成旋涡区，产生负压，出现了管嘴真空的现象。则其