流体力学 第五章孔口管嘴管路流动.ppt

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1、第五章孔口管嘴管路流动第一节孔口自由出流§5.1孔口自由出流在容器侧壁或底壁上开一孔口,容器中的液体自孔口出流到大气中,称为孔口自由出流.收缩断面：C-C断面薄壁孔口：出流流股与孔口壁接触仅是一条周线，这种条件的孔口称为薄壁孔口。厚壁孔口（管嘴）：若孔壁厚度和形状促使流股收缩后又扩开，与孔壁接触形成面而不是线，这种孔口称为厚壁孔口或管嘴。§5.1孔口自由出流下面讨论薄壁孔口的出流规律§5.1孔口自由出流令§5.1孔口自由出流H0称为作用水头,是促使出流的全部能量。一部分用来克服阻力而损失，另一部分变成C-C断面上的动能使之出流。具有自由液面，自由出流时H0=H则有§5.1孔口自由出流令φ称

2、为速度系数，是实际流体的速度与理想流体的速度的比值。§5.1孔口自由出流Ac收缩断面的面积。由于一般情况下给出孔口面积，故引入收缩系数ε称μ为流量系数。上式即孔口自由出流的基本公式。收缩系数ε因孔口开设的位置不同而造成收缩情况不同，因而有较大的变化。非全部收缩时的收缩系数比全部收缩时的大，其流量系数也相应增加。完善收缩与不完善收缩§5.1孔口自由出流孔口收缩与位置关系第二节孔口淹没出流当液体通过孔口出流到另一个充满液体的空间时称为淹没出流。令§5.2孔口淹没出流12ζ1:液体经孔口处的局部阻力系数ζ2:液体在收缩断面之后突然扩大的局部阻力系数则出流流量为：ζ1：液体经孔口处的局部阻力系数ζ

3、2：液体在收缩断面之后突然扩大的局部阻力系数因为：ζ2约等于1，所以淹没出流速度系数：与自由出流速度系数相比，其值相等，但含义不同。§5.2孔口淹没出流12§5.2孔口淹没出流上式即淹没出流流量公式。与自由出流的公式相同，但自由出流时上游的速度头全部转化为作用水头，而淹没出流时，仅上下游速度头之差转换为作用水头。具有自由液面的淹没出流，作用水头为：当上下游高度一定时，出流流量与孔口在液面下开设的位置高低无关。12具有表面压强(相对压强)的有压容器,液体经孔口出流,流量的计算为:当自由出流时:§5.2孔口淹没出流当淹没出流时:孔口淹没出流ζ1：液体经孔口处的局部阻力系数ζ2：液体在收缩断面之

4、后突然扩大的局部阻力系数孔口自由出流气体出流一般为淹没出流,但用压强差代替水头差：§5.2孔口淹没出流孔板流量计：在管道中装设孔板，测得孔板前后渐变断面上的压差，即可求得管中流量。§5.2孔口淹没出流因为:孔板流量计的流量系数是通过实验测定出来的，工程中一般通过查图获得。§5.2孔口淹没出流例5-1：有一孔板流量计，测得Δp=50mmH2O,管道直径为D=200mm,孔板直径为d=80mm,试求水管中流量Q。解：此题为淹没出流§5.2孔口淹没出流若认为流动处于阻力平方区，流量系数与雷诺数无关，由图查得流量系数：校核雷诺数Re=2×104例5-2：如上题，孔板流量计装在气体管路中，测得Δp=

5、50mmH2O,其D、d尺寸同上例，求气体流量Q。解：此题为气体淹没出流§5.2孔口淹没出流例5-3：房间顶部设置夹层，把处理过的清洁空气用风机送入夹层中，并使层中保持300Pa的压强。清洁空气在此压强作用下，通过孔板的孔口向房间流出，这就是孔板送风（如图示）求每个孔口出流的流量及速度。孔的直径为1cm。(由手册可知孔板流量系数0.6，速度系数0.97)§5.2孔口淹没出流解：空气密度取1.2kg/m3孔口流量公式：孔口速度公式：第三节管嘴出流§5.3管嘴出流δ=3-4d或外接l=3-4d圆管水流入管嘴时也存在收缩断面C-C，尔后流股逐渐扩张，至出口断面上完全充满管嘴断面流出。管嘴出现真空

6、现象，出流流量大于孔口出流。§5.3管嘴出流列A-A及B-B断面的能量方程，以管嘴中心线为基准线：令：则：§5.3管嘴出流由于出口断面B-B完全充满，ε=1，则：从局部阻力系数图4-23中查得锐缘进口ζ=0.5管嘴真空现象及真空值通过C-C与B-B断面列能量方程得到证明：§5.3管嘴出流hl=突扩损失+沿程损失§5.3管嘴出流从突然扩大的阻力系数计算公式可得：当时,§5.3管嘴出流外管嘴正常工作的条件：H0越大，收缩断面上真空值越大，为保证管嘴的正常出流，真空值必须控制在7mH2O以下，从而决定了作用水头H0的极限值为7/0.75=9.3m管嘴长度也有一定极限值：太长阻力大，使流量减少。太

7、短则流股收缩后来不及扩大到整个断面而呈非满流流出，仍如孔口一样，因此一般取管嘴长度为3-4d.其他类型管嘴出流：其他类型管嘴出流，速度、流量计算公式与圆柱形外管嘴公式形式相同，但速度系数、流量系数各不相同。工程中常用的几种管嘴有：§5.3管嘴出流流线形管嘴：适用于要求流量大，水头损失小，出口断面上速度分布均匀的情况。收缩圆锥形管嘴：适用于要求加大喷射速度场合。扩大圆锥形管嘴：适用于要求将部分动能恢复为压能的情况。水流图形