流体力学孔口管嘴出流与有压管流

《流体力学孔口管嘴出流与有压管流》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第七章孔口、管嘴出流与有压管流●孔口出流●管嘴出流●有压管道恒定流计算●管网流动计算基础本章为连续性方程、伯努利方程和水头损失规律的具体应用。一、本章学习要点1、孔口、管嘴出流的特点。2、孔口、管咀出流的水力计算。3、有压管路的连接特点和计算特点。4、有压管路的水力计算。二、本章重点掌握1、孔口、管嘴恒定出流的水力计算。2、有压管路恒定流动的水力计算。§7－1孔口出流孔口出流分类薄壁小孔口恒定出流薄壁大孔口恒定出流孔口非恒定出流在容器壁上开孔，流体经孔口流出的现象，称孔口流出。应用：给排水工程中水池放水，泄水闸孔等。一、孔口出流分类1、按孔

2、口大小与其水头高度的比值分小孔口流出：若孔径d（或孔高e）＜H/10，称小孔口出流。大孔口出流：若孔径d（或孔高e）≥H/10，称大孔口出流。2、按孔口作用水头（或压力）的稳定与否分恒定孔口出流：出流水头不变非恒定孔口出流：出流水头变化3、按出口出流后的周围介质分自由出流：若液体经孔口流入大气，称自由出流。淹没出流：液体经孔流入充满液体的空间，称淹没出流。4、按孔壁的厚度分薄壁孔口：液流与孔壁仅在一条周线上接触，壁厚对出流无影响。厚壁孔口（管嘴）：当孔壁厚度和形状使流股收缩后又扩开，与孔壁接触形成面而不是线，称这种孔口称为厚壁孔口(管嘴)。

3、孔口出流　计算特点：hf≈0；出流特点：收缩断面二、薄壁小孔口恒定出流1、自由出流液体从各个方向涌向孔口，由于惯性作用，流线只能逐渐弯曲，在孔口断面上仍然继续弯曲且向中心收缩，直至出流流股距孔口d/2处，过流断面收缩达到最小，此断面即为收缩断面c—c断面。自收缩断面后，液体质点受重力作用而下落。计算孔口出流流量(出流规律)列出断面1－1和收缩断面c－c的伯诺里方程。式中p0＝pc＝pa（1）孔口出流在一个极短的流程上完成的，可认为流体的阻力损失完全是由局部阻力所产生，即式中ζ――孔口出流时局部阻力系数又取α1＝αc＝1则(1)式可写成：令，

4、代入上式，整理得式中Ac――收缩断面的面积。收缩断面流速为式中H0――作用水头，v0与vc相比，可忽略不计，则H＝H0；φ――孔口的流速系数，孔口出流的流量为若孔口的面积为A，则，则式中ε――收缩系数。故孔口的流量为式中μ――流量系数，μ＝εφ。上式为孔口自由出流的基本公式，这个规律适用于任何形式的孔口出流。但随着孔口形状的不同，阻力不同，则：φ、ε、μ将有所不同。2、孔口出流各项系数边界条件的影响：对于薄壁小孔口，试验证明，不同形状孔口的流量系数差别不大。孔口在壁面上的位置对收缩系数却有直接影响。全部收缩是当孔口的全部边界都不与容器的底边

5、、侧边或液面重合时，孔口的四周流线都发生收缩的现象；如图中I、Ⅱ两孔。不全部收缩是不符合全部收缩的条件；如图中Ⅲ、Ⅳ两孔。在相同的作用水头下，不全部收缩的收缩系数ε比全部收缩时大，其流量系数μ′值亦将相应增大。全部收缩和不全部收缩的流量系数关系的经验公式：式中μ――全部收缩时孔口流量系数；S――未收缩部分周长；X――孔口全部周长；C――系数，圆孔取0.13，方孔取0.15。全部收缩的孔口分为：完善收缩：凡孔口与相邻壁面或液面的距离大于或等于同方向孔口尺寸的3倍(图中l1≥3a及l2≥3b)，孔口出流的收缩不受壁面或液面的影响。如图中I孔。不

6、完善收缩：不符合完善收缩条件的。如图中Ⅱ孔。全部完善收缩的各项系数为：收缩系数ε＝0.64，φ＝0.97，μ＝0.62，ζ＝0.06。不完善收缩的收缩系数ε比完善收缩的时大，其流量系数μ″值亦将相应增大，两者之间的关系可用下列公式估算。式中μ――全部完善收缩时孔口流量系数；A――孔口面积；A0――孔口所在壁面的全部面积。上式的适用条件是，孔口处在壁面的中心位置，各方向上影响不完善收缩的程度近于一致的情况。想一想：为什么不完善收缩、不完全收缩的流量系数较完善收缩、完全收缩的流量系数大？令，代入上式，整理得3、淹没出流当液体通过孔口流到充满液体

7、的空间称为淹没出流。由于惯性作用，水流经孔口流束形成收缩断面c－c，然后扩大。列出上、下游自由液面1－1和2－2的伯诺里方程。式中水头损失项包括孔口的局部损失和收缩断面c－c至2－2断面流束突然扩大局部损失。收缩断面流速为孔口流量为上两式中H0――作用水头，当出口两侧容器较大，v1≈v2≈0，则H0＝H1－H2＝H；ζ1――孔口的局部阻力系数，与自由出流相同；ζ2――液流在收缩断面后突然扩大的局部阻力系数，当A2>>Ac时，ζ2＝(1－Ac/A2)2≈1；φ――淹没孔口的流速系数，μ――淹没孔口的流量系数，μ＝εφ。淹没孔口出流的流量公式与

8、自由出流孔口的形式相同，各项系数也相同。但自由出流的水头H是水面至孔口形心的深度，而淹没出流的水头H是上下游水面高差。因此淹没出流孔口断面各点的水头相同，所以淹没出流没有“大”、