流體力學第-章-孔口-管嘴出流和有壓管流課件

第七章孔口、主要內(nèi)容:薄壁孔口的恒定出流液體經(jīng)管嘴的恒定出流孔口、管嘴的非恒定出流短管的水力計算長管的水力計算管網(wǎng)的水力計算71薄壁孔口的恒定出流在裝有液體的容器壁上開一孔口,液流經(jīng)過孔口流出的水力現(xiàn)象稱為孔口出流。(1)孔口出流分類側(cè)壁孔d/H<01小孔口出流按孔口斷面上各點所受d/H>0.1大孔口出流的作用水頭是否相同分底孔,小孔口出流按孔口壁面厚度和形薄壁孔口出流狀對出流的影響分厚壁孔口出流按液體出流時與周孔口自由出流圍介質(zhì)關(guān)系分孔口淹沒出流按作用的總水頭是孔口恒定出流否改變分孔口非恒定出流孔口出流的沿程水頭損失遠小于局部水頭損失,可以忽略。(2)薄壁小孔口恒定自由出流水箱中水流自上游各個方向流向孔口,2g流線在孔口匯聚。因為流線不能突然Ho改變方向,因此流過孔口后流線繼續(xù)收縮,直到距孔口約d/2處,斷面達到最小,流線趨于平行。該斷面稱為收縮斷面以C-C斷面的形心所在的水平面為基準,對1-1斷面和C-C斷面,列伯努利方程,有H+P+21=0+Pchpg2gpg2g1一1斷面的計算點取在水箱自由液面,C-C斷面形心的壓強近似為大氣壓,則P,=Pc=o局部水頭損失為(2)薄壁小孔口恒定自由出流H+2g(ac+5)g令H0=H+"2稱為作用水頭g則有H=(ac+5)g可得Yc√28H=9√28Hq稱為流速系數(shù)。若取動能修正系數(shù)為1.0,則9=~11.0+g若再忽略局部水頭損失則得c-c斷面的理論流速為2gHg顯然,φ表示實際流速與理想流速的比值。實驗測得薄壁小孔的流速系數(shù)φ=0.97-098,則局部阻力系數(shù)約為0.06(2)薄壁小孔口恒定自由出流設(shè)孔口斷面面積為A,收縮斷面面積為Ac,由實驗可知Ac和A的比值(收斂(縮)系數(shù))Ac則通過孔口的水流流量為Q=Avc=wA√2gH0=A√2gHo上式中μ=ε,稱為孔口流量系數(shù)。它綜合反應了水流收縮和水頭損失等因素對孔口出流能力的影響若水箱液面不變或者變化很慢,則v1≈0或者v遠小于vc,則可將v1忽略,則有H。=HQ=HA√2gH(3)薄壁小孔口恒定淹沒出流對薄壁小孔口淹沒出流,水流同樣在距孔口約d/2處形成收縮斷面。以C斷面的形心所在的水平面為基準,對1-1斷面和2-2斷面,列伯努利方程,有Pi+1P82238式中,為流經(jīng)孔口的局部阻力系數(shù),為收縮斷面后水流突然擴張的局部水頭損失。1-1斷面和2-2斷面的計算點都取在自由液面上,則有H2aVI(+8H22v2=(+5gglo,淹沒出流的作用水頭根據(jù)第六章局部水頭損失系數(shù)可知:=1.0,則有2gH0=9√2gH可見,薄壁孔口淹沒出流和自由出流的流速系數(shù)表達式的意義微略不同,但其數(shù)值近似相等。若忽略1-1和2-2斷面的流速水頭差,則H0=H1-H2=H可得V=9√28H同樣設(shè)收斂系數(shù)定義孔口流量系數(shù)為μ=即q,則淹沒小孔口出流的流量為Q=Acvc=pEAV28H=uAv2gH該式與小孔口自由出流流量計算公式形式上完全一致,各項系數(shù)值也相同,但作用水頭不同。注意①孔口淹沒出流的流速及流量均與孔口在水面下的深度無關(guān),也無“大”、“小”孔口之區(qū)別。②孔口淹沒出流的流量公式與孔口自由出流的流量公式的形式完全一致,其流量系數(shù)μ值也相同。所不同的是:孔口自由出流的作用水頭H為水箱液面到收縮斷面形心的距離;而孔口淹沒出流的作用水頭H為上、下游水池的水位差例:孔板流量計。為測量某有壓管道流的流量,可在管道中安裝一開有圓形小孔的孔板,測出孔板上游的測壓管水頭為∏1,孔板下游的測壓管水頭-D-→僉為H2,小孔