流體力學(xué)第6章2節(jié)孔口管嘴

第六章不可壓縮流體的管道流動(dòng)

（有壓管流）前幾章：流體力學(xué)基礎(chǔ)，闡述了流體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律后幾章：流體力學(xué)的工程應(yīng)用，對(duì)工程中的流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行研究有壓管流：流體沿管道滿管流動(dòng)的水力現(xiàn)象

孔口.管嘴.短管.長(zhǎng)管.管網(wǎng).水擊1第一節(jié)孔口出流OrificeDischarge定義：容器壁上開(kāi)孔，水經(jīng)孔口流出的水力現(xiàn)象應(yīng)用：取水、泄水閘孔、孔板流量計(jì)一、薄壁小孔口恒定出流

1、孔口的概念薄壁孔口Thin-wallOrifice：孔口出流時(shí)，水流與孔壁僅在一條周線上接觸，壁厚對(duì)出流無(wú)影響?！呖卓谏舷戮壴谒嫦碌纳疃炔煌?，H也不同，則在孔口射流斷面上各點(diǎn)的水頭、壓強(qiáng)、速度沿孔口高度變化小孔口SmallOrifice:d≤H/10認(rèn)為孔口斷面各點(diǎn)水頭相等大孔口

BigOrifice:d>H/10應(yīng)考慮不同高度上水頭不等paHd22、自由出流FreeDischarge定義：水經(jīng)孔口流入空氣中流動(dòng)特征：流線自上游各個(gè)方向向孔口匯集距孔口后約d/2處收縮完畢，收縮斷面c–cpaHdC-C推導(dǎo)孔口出流基本公式（列伯諾里方程）

0-01-1設(shè)孔口斷面面積A，收縮斷面積Ac，則定義收縮系數(shù)

ε=Ac/A3∵p0=pc=pa=0H011ccpaHd孔口局部阻力系數(shù)孔口流速系數(shù)

收縮斷面流速4孔口流量

如流速v0≈0，H0≈H,則

收縮斷面流速

孔口流量系數(shù)μ=εφ

圓形小孔口在Re很大時(shí)，局部阻力系數(shù)ζ0=0.0653、淹沒(méi)出流

SubmergedDischarge定義：水經(jīng)孔口直接流入另一部分水中列伯諾里方程

H0H11-1HH2v2v1vc2-2

ζse——水流由孔口流出后突然擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)當(dāng)Ac<<A時(shí)，

ζse=16收縮斷面流速

孔口流量

注意：自由出流H值系水面至孔口形心的深度；淹沒(méi)出流H值系孔口上、下游水面高差。流速與孔口在水下深度無(wú)關(guān)v1v2v1

<v2v1=v2v1

v27二、孔口的變水頭出流孔口出流過(guò)程中，容器內(nèi)水位隨時(shí)間變化（降低或升高），導(dǎo)致孔口的流量隨時(shí)間變化的流動(dòng)變水頭出流是非恒定流容器泄流時(shí)間、蓄水庫(kù)流量調(diào)節(jié)等問(wèn)題

結(jié)論：在變水頭情況下，等橫截面柱形容器放空（或充滿）所需時(shí)間等于在起始水頭H1下按恒定情況流出液體所需時(shí)間的兩倍。F1-12-2HdHH1H2A8第二節(jié)管嘴出流NozzleDischarge定義：在孔口上對(duì)接長(zhǎng)度為3—4倍孔徑的短管，經(jīng)此短管并在出口斷面滿管流出的水力現(xiàn)象應(yīng)用：消防、水力機(jī)械化施工用水槍一、圓柱形外管嘴恒定出流H01-1c-cHpa2-2vvCv0流動(dòng)過(guò)程：水流在距進(jìn)口不遠(yuǎn)處形成收縮斷面c-c，在收縮斷面處水流與管壁脫離，并形成旋渦區(qū)。其后水流在出口滿管出流9列伯諾里方程

ζn—管嘴局部損失系數(shù)，即管道銳緣進(jìn)口損失系數(shù)ζn=0.5

10結(jié)論：在相同水頭H0的作用下，同樣斷面面積的管嘴的過(guò)流能力是孔口的1.32倍，μn=1.32μ對(duì)比孔口管嘴出流的各項(xiàng)系數(shù)收縮系數(shù)ε局部阻力系數(shù)ζ流速系數(shù)

φ流量系數(shù)

μ孔口出流0.640.060.970.62管嘴出流10.50.820.8211二、收縮斷面的真空

孔口外接短管成為管嘴，增加阻力,但流量不減反增,是由于收縮斷面處真空的作用.1、列c-c和2-2斷面伯諾里方程H01-1c-cHpa2-2vvCv0局部損失主要發(fā)生在水流突然擴(kuò)大上

12將各項(xiàng)系數(shù)αc=α=1,ε=0.64,φ=0.82代入上式

比較孔口自由出流和管嘴出流，前者收縮斷面在大氣中，后者為真空區(qū)，真空高度達(dá)作用水頭的0.75倍。相當(dāng)于把孔口的作用水頭增大75％，這正是圓柱形外管嘴流量比孔口流量大的原因。

13三、圓柱形外管嘴正常工作條件1、作用水頭

當(dāng)收縮斷面真空高度超過(guò)7m水柱，空氣將會(huì)從管嘴出口斷面“吸入”，使得收縮斷面的真空被破壞，管嘴不能保持滿管出流。為限制收縮斷面的真空高度，規(guī)定管嘴作用水頭的限值為c-cHvC142、管嘴長(zhǎng)度

對(duì)管嘴的長(zhǎng)度也有一定限制。長(zhǎng)度過(guò)短，流束收縮后來(lái)不及擴(kuò)大到整個(gè)出口斷面，收縮斷面的真空不能形成，管嘴仍不能發(fā)揮作用；長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，沿程水頭損失不容忽略，管嘴出流變?yōu)槎坦芰鲃?dòng)。3、圓柱形外管嘴正常工作條件

作用水頭：H≤9m管嘴長(zhǎng)度：l=