流体力学_8孔口、管嘴出流和有压管流.ppt

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1、8孔口、管嘴出流和有压管流工程中：给水处理、建筑物的输水配水、通航船闸闸室的充水和泄水、水利工程中的泄水闸的泄水都属于孔口出流问题。如果孔壁较厚或在孔口上外接一当长度的短管，这时的出流即为管嘴出流。有压管流是管道被液体充满，无自由表面，断面上各点的压强一般大于大气压强（个别情况也小于大气压强）。按水流随时间变化的状况分：为恒定管流和非恒定管流。有压管中的恒定流简单管道复杂管道长管短管自由出流淹没出流简单管道串联管道并联管道水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头在总损失中所占比重很小，计算时可以忽略的管道。局部损失及流速水头在总损失中占有相当的比重，计算时

2、不能忽略的管道。管流：即有压流。明渠水流：无压流。一、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。二、根据出流条件分：自由出流、淹没出流自由出流（freedischarge）：自由出流流出的水流直接进入空气中，此时收缩断面的压强可认为是大气压强，即pc=pa，则该出流称为自由出流。paHd淹没出流（submergeddischarge）：流出的水流不是进入空气，而是流入下游水体中，致使出口淹没在下游水面

3、之下，这种情况称为淹没出流。三、根据孔口水头变化情况分：恒定出流、非恒定出流恒定出流（steadydischarge）：孔口的水头不变，此时的出流称为恒定出流。非恒定出流（unsteadydischarge）：孔口的水头不断变化，此时的出流称为非恒定出流。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。按管嘴的形状和装置情况分圆柱形外管嘴：先收缩后扩大到整满管(图a)。流线形外管嘴：无收缩扩大，阻力系数最小(图b)。圆锥形扩张管嘴：较大过流能力，较低出口流速。引射器，水轮机尾水管，人工降雨设备(图d)。圆锥形收缩管嘴：较大出口

4、流速。水力挖土机喷嘴，消防用喷嘴(图c)。8.1孔口出流8.1.1薄壁小孔口恒定出流当孔口具有锐缘，出流的水股与孔口只有周线上的接触，且孔口直径d＜0.1H，称为薄壁小孔口。当孔口泄流后，容器内的液体得到不断的补充，保持水头H不变，称为恒定出流。一、小孔口自由出流——流经孔口的局部阻力系数。令，称为流速系数。称为收缩系数。二、孔口淹没出流令Ho=则Ho=hw三、影响流量系数的因素对于全部完善收缩，其系数见下表：表8.1薄壁小孔口各项系数表收缩系数阻力系数流速系数流量系0.63~0.640.05~0.060.97~0.980.60~0.628.1.2孔口变水头出流设时

5、刻t时孔口的水头为h，在微小的时段内流经孔口的体积为dV=Qdt=在相同的时段内，容器内液面降落dh，由此减少的体积为若H2=0，即容器放空，所用的时间为8.2管嘴出流8.2.1圆柱形外管嘴恒定出流管嘴出流的特点是在距管道入口约为Lc=0.8d处有一收缩断面c-c，经c-c后逐渐扩张并充满全管泄出。分析时可只考虑管道进口的局部损失。以O′-O′为基准面，列0-0和1-1的能量方程式中——管嘴阻力系数，相当于管道锐缘进口的情况，=0.5；——管嘴的流速系数，≈=0.82；——管嘴出口处的流速；——管嘴的流量系数，因出口无收缩，=1，为0.62，而，=1.32，即8.2

6、.2管嘴内的真空度c-c和1-1断面列能量方程8.2.3管嘴的使用条件8.3短、长管的水力计算所谓“短管”，是指局部水头损失与流速水头之和所占的比重较大，即＞5%hf，计算中不能忽略。如果＜5%hf，，即局部水头损失与流速水头之和占的比重较小，在计算中可以忽略，这种管称为长管。8.3.1短管的水力计算一、自由出流称为管道的流量系数。二、淹没出流：H——上下游的水位差。水力计算问题1、已知H、l、d、n、ζ，求Q。2、已知Q、l、d、n、ζ，求H。3、已知Q、H、l、n、ζ，求d。8.3.2虹吸管的水力计算以0-0为基准面，写出1-1和2-2断面的能量方程为管中c点的

7、真空高度。应小于或等于管中的最大允许真空高度。[例题8.1]如图8.9所示的虹吸管，上、下游水位差，,管径，进口的阻力系数=1.0，转弯的阻力系数=0.2，沿程阻力系数，管顶c总的允许真空度=7m。求通过的流量Q和量大允许安装高度。8.3.3水泵吸水管的计算一、安装高度Hs以水池水面为基准面，写出1-1和2-2断面的能量方程:为水泵进口的真空度=6~7m。二、管径的确定[例题8.2]如上图所示的抽水装置，实际抽水量吸水管长，直径，弯头一个，，进口有滤水网并附有底阀，，沿程阻力系数，水泵进口处=6m。求水泵的安装高度。解：，安装高度为Hυ0≈011测压管、总水头线