流体力学教学课件chapter 7 孔口出流及管嘴出流

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1、1第七章孔口出流及管嘴出流•概念第一节孔口恒定出流第二节管嘴出流第三节孔口、管嘴的非恒定出流•本章小结2概念一、孔口出流（OrificeDischarge）：在容器壁上开孔，流体经孔口流出的水力现象称为孔口出流。应用：排水工程中各类取水，泄水闸孔，以及某些量测流量设备均属孔口。paHd31.根据d/H的比值大小分：大孔口、小孔口大孔口（BigOrifice）：当d/H≥0.1时，水头、压强、速度沿孔口高度变化。小孔口（SmallOrifice）：当d/H<0.1时，各点流速相等，且各点水头亦相等。2.根据出流条件分：自由出流、淹没出流3.根据孔口水头变化情况分

2、：恒定出流、非恒定出流paHd4二、管嘴出流：在孔口上连接长为3~4倍孔径的短管，水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象。圆柱形外管嘴：先收缩后扩大到整满管。按管流线形外管嘴：无收缩扩大，阻力系嘴m=0.82m=0.9~0.98的数最小。形(a)(b)状和圆锥形扩张管嘴：较大过流能力，较装置低出口流速。引射器，水轮机尾情=5¡ã~7¡ã水管，人工降雨设备。况m=0.9~0.96分m=0.45-0.5圆锥形收缩管嘴：较大出口流速。水力(c)(d)挖土机喷嘴，消防用喷嘴。5第一节孔口恒定出流一（1）、薄壁孔口一（2）、薄壁小孔口恒定自由出流一（3）、薄壁小孔

3、口恒定淹没出流二、薄壁大孔口自由出流6第一节孔口恒定出流一（1）、薄壁孔口薄壁孔口（SharpEdgedOrifice）：当孔口具有锐缘时，孔壁与水流仅在一条周线上接触，即孔口的壁厚对出流并不发生影响。这种孔口叫做薄壁孔口。2v一（2）、薄壁小孔口恒定自由出流1002gpa1.收缩断面与收缩因数l=d/2处的C—C断面为收缩断面（VenaH0HContraction）。根据试验资料，收缩断cdc面直径dc=0.8d。v00d0收缩因数（ContractionCoefficient）：c是指收缩断面面积Ac与孔口断面面积A之比，以表示。Ac21==(dd/)=

4、0.64Ac72.薄壁小孔口恒定自由出流的流速与流量计算断面0-0和收缩断面C-C，列能量方程2v10022ppvv2ga00cccHh=0wpagggg22考虑到：1）p=p；ca2）h0；h=h=v2/2g。H0Hfwj0c2cdvc令HH=00，=1.0v00c2g0d02vcc则H=(1)002g得v==122gHgH1c0010q=Av=A22gH=mAgHVcc0081v==22gHgHc0010q=Av=A22gH=mAgHVcc00式中：H——作用水头（包括行进流速）；00——水流经孔口的局部

5、阻力因数；11==——流速因数，1，是收缩断面的实际流体流c00速v对理想流体流速的比值。圆形小孔口在Re很大的时候，c2gH01流速因数=0.97，流经小孔口的局部阻力因数0==10.06。2m——孔口的流量因数，m=，对于薄壁小孔口：m==0.640.97=0.62第一节孔口恒定出流9第一节孔口恒定出流一（1）、薄壁孔口一（2）、薄壁小孔口恒定自由出流一（3）、薄壁小孔口恒定淹没出流二、薄壁大孔口自由出流10一（3）、薄壁小孔口恒定淹没出流取基准面0-0，列断面1-1与断面2-2的能量方程221122222g2

6、gpp11122vv212HHh=12wgggg22H0因：p1p2pa=1H2=H=H，H22H1vv1122H令HH0=222gg002v则cHh==()0w0s2gvvcv121v==22gHgHc001201qAgH==AgHm22V00式中：、分别为孔口局部阻力因数和孔口后突然扩大的局部阻力因数，0S通常=1。Sm为孔口淹没出流的流量因数，可取与自由出流时的流量因数相同，即m=0.62。11想一想：1.自由出流时，水头H值？水面至孔口形心的深度；2.淹没出流时，水头H值？孔口上、下游水面高差。流速、流量

7、与孔口在水面下的深度无关，所以也无“大”、“小”孔口区别。3.若d=d，试比较q与q的大小。12V1V2qV1qV1qV2qV2qqVV12qq=VV12例题第一节孔口恒定出流12例7-1水箱上有两个完全相同的孔口，HmH==6,m2，如图7–4。试求12密封容器上的表压强p。p解:设两个孔口的流量因数均为m，由于两孔口的流量相等，故可得：H1pHq=mA2[(gHH)]2V12gQQp=mA2(gH)2gpp图7-4双孔口水箱解得：HH122H=ggp1g9800即：=(HH122)所以pH==H(2)(622)g2221

8、2=9800(Pa)13