薄壁小孔口恒定出流

第十一章孔口、管嘴、閘孔出流

及堰流

概念第一節(jié)薄壁小孔口恒定出流

一、薄壁小孔口恒定自由出流二、小孔口的淹沒出流

三、影響孔口出流流量系數(shù)

的因素第二節(jié)管嘴出流第三節(jié)孔口的非恒定泄流第四節(jié)閘孔出流第五節(jié)堰流

概念一、孔口出流（OrificeDischarge）：在容器壁上開孔，水經(jīng)孔口流出的水力現(xiàn)象就稱為孔口出流。

paHd應(yīng)用：排水工程中各類取水，泄水閘孔，以及某些量測流量設(shè)備均屬孔口。二、管嘴出流（NozzleDischarge）：在孔口上連接長為3~4倍孔徑的短管，水經(jīng)過短管并在出口斷面滿管流出的水力現(xiàn)象。應(yīng)用：消防水槍和水力機械化施工用水槍。H000ccHPa11vCv0v第一節(jié)薄壁小孔口恒定出流第一節(jié)薄壁小孔口恒定出流一、孔口出流分類小孔口（SmallOrifice）：當孔口直徑d（或高度e）與孔口形心以上的水頭高度H的比值小于0.1，即d/H<0.1時，可認為孔口射流斷面上的各點流速相等，且各點水頭亦相等，這時的孔口稱為小孔口。大孔口（BigOrifice）：當孔口直徑d（或高度e）與孔口形心以上的水頭高H的比值大于0.1，即d/H>0.1時，需考慮在孔口射流斷面上各點的水頭、壓強、速度沿孔口高度的變化，這時的孔口稱為大孔口。1、根據(jù)d/H的比值大小分：大孔口、小孔口paHd恒定出流（SteadyDischarge）：當孔口出流時，水箱中水量如能得到源源不斷的補充，從而使孔口的水頭不變，此時的出流稱為恒定出流。非恒定出流（UnsteadyDischarge）：當孔口出流時，水箱中水量得不到補充，則孔口的水頭不斷變化，此時的出流稱為非恒定出流。3、根據(jù)孔口水頭變化情況分：恒定出流、非恒定出流第一節(jié)薄壁小孔口恒定出流2、根據(jù)出流條件分：自由出流、淹沒出流淹沒出流（SubmergedDischarge）：若經(jīng)孔口流出的水流不是進入空氣，而是流入下游水體中，致使孔口淹沒在下游水面之下，這種情況稱為淹沒出流。自由出流（FreeDischarge）：若經(jīng)孔口流出的水流直接進入空氣中，此時收縮斷面的壓強可認為是大氣壓強，即pc=pa

，則該孔口出流稱為孔口自由出流。第一節(jié)薄壁小孔口恒定出流薄壁孔口（Thin-wallOrifice）：當孔口具有銳緣時，孔壁與水流僅在一條周線上接觸，即孔口的壁厚對出流并不發(fā)生影響。這種孔口叫做薄壁孔口。

薄壁孔口厚度小于孔徑或孔高的三倍4、根據(jù)孔口厚度和形狀：薄壁孔口出流、厚壁孔口出流厚壁孔口（Thick-wallOrifice）：當孔口具有一定厚度時，孔壁與水流僅在面上接觸。這種孔口叫做厚壁孔口?？卓诤穸却笥诳讖交蚩赘叩?—4倍，成為管嘴出流。二、薄壁小孔口恒定自由出流收縮斷面與收縮系數(shù)收縮系數(shù)：是指收縮斷面面積與孔口斷面面積之比，以

表示。根據(jù)試驗資料，收縮斷面直徑dc=0.8d。H000ccpaHd第一節(jié)薄壁小孔口恒定出流薄壁小孔口恒定自由出流的流速與流量計算考慮到：1）小孔口自由出流，則有pc=pa；2）水箱中的微小水頭損失可忽略不計，則有hw=hj=

0

c2/2g。H000ccpaHd斷面0-0和收縮斷面C-C，列能量方程令則——流速系數(shù)，，是收縮斷面的實際流體流速vc對理想流體流速的比值。圓形小孔口在Re很大的時候，流速系數(shù)，流徑小孔口的局部阻力系數(shù)。則有：——孔口的流量系數(shù)，，對于薄壁小孔口：——作用水頭（包括行進流速）；式中：——水流經(jīng)孔口的局部阻力系數(shù)；第一節(jié)薄壁小孔口恒定出流三、小孔口的淹沒出流說明：小孔口淹沒出流時的作用水頭全部轉(zhuǎn)化為水流流經(jīng)孔口和從孔口流出后突然擴大的局部水頭損失。列斷面1-1與斷面2-2的能量方程令且：則式中：——水流經(jīng)孔口的局部阻力系數(shù)，

——水流由孔口流出后突然擴大的局部阻力系數(shù)，有。時，。當?shù)谝还?jié)薄壁小孔口恒定出流H0H11122HH2v2v1vc——孔口淹沒出流的流量系數(shù)，可取與自由出流時的流量系數(shù)相同，即。式中：

注意：自由出流時，水頭H系水面至孔口形心的深度；

淹沒出流時，水頭H值系孔口上、下游水面高差。流速、流量與孔口在水面下的深度無關(guān)，所以也無“大”，“小”孔口區(qū)別。第一節(jié)薄壁小孔口恒定出流Q1Q2Q1<Q2Q1Q2Q1=Q2四、影響孔口出流流量系數(shù)

的因素

在邊界條件中，影響

c的因素有：孔口形狀、孔口邊緣情況、孔口在壁面上的位置三個方面?？卓谛螤顚?/p>

的影響實驗證明，對于小孔口，不同形狀孔口的流量系數(shù)影響不大。孔口邊緣情況對

的影響孔口邊緣情況對收縮系數(shù)會有影響：

薄壁孔口的收縮系數(shù)最?。?/p>

=0.64），

圓邊孔口收縮系數(shù)較大，甚至等于1。第一節(jié)薄壁小孔口恒定出流

全部收縮孔口（FullContrastiveOrifice）：

當孔口的全部邊界都不與相鄰的容器底邊和側(cè)邊重合時，孔口出流時的四周流線都發(fā)生收縮，這種孔口稱為全部收縮孔口(如a,b)。

完善收縮（PerfectContraction）：凡孔口與相鄰壁面的距離大于同方向孔口尺寸的3倍（l>3a或

l>3b），孔口出流的收縮不受距壁面遠近

的影響，這就是完善收縮(如a)。

不完善收縮(Non-PerfectContraction)：不滿足上述條件的孔口出流為不完善收縮(如b)。全部收縮孔口又分完善收縮和不完善收縮?？卓谠诒诿嫔系奈恢脤?/p>

的影響孔口在壁面上的位置對收縮系數(shù)有直接的影響。cdaal>3abbL>3b第一節(jié)薄壁小孔口恒定出流1、什么是小孔口、大孔口？各有什么特點？2、小孔口自由出流與淹沒出流的流量計算公式有何不同？3、影響孔口出流流量系數(shù)

的因素有哪些？影響較大的因素為哪個？Hh1234、水位恒定的上、下游水箱，箱內(nèi)水深為H和h。三個直徑相等的薄壁孔口1、2、3位于隔板上的不同位置，均為完全收縮。問：三孔口的流量是否相等？為什么？若下游水箱無水，情況又如何？1=2，3不等；三孔不等第二節(jié)管嘴出流按管嘴的形狀和裝置情況分圓柱形外管嘴：先收縮后擴大到整滿管。流線形外管嘴：無收縮擴大，阻力系數(shù)最小。水壩泄流圓錐形擴張管嘴：較大過流能力，較低出口流速。引射器，小輪機尾水管，人工降雨設(shè)備。圓錐形收縮管嘴：較大出口流速。水力挖土機噴嘴，消防用噴嘴。管嘴出流分類一、圓柱形外管嘴的恒定出流H000ccHPa11vCv0v設(shè)水箱水位保持不變，表面為大氣壓強，管嘴為自由出流，則由斷面0-0與1-1的能量方程得：結(jié)論：在相同水頭H0的作用下，同樣斷面面積的管嘴的過流能力是孔口的

1.32倍?！茏炝髁肯禂?shù)，因出口無收縮，——管嘴流速系數(shù)，圓柱形外管嘴的正常工作條件是：（1）作用水頭（2）管嘴長度式中：——管嘴的局部水頭損失，等于進口損失與收縮斷面后的擴大損失之和（忽略管嘴沿程水頭損失），即?！茏熳枇ο禂?shù)，即管道銳緣進口局部阻力系數(shù)，取；第三節(jié)管嘴出流圓柱形管嘴水流在收縮斷面處出現(xiàn)真空，真空度為：二、圓柱形外管嘴的真空斷面1-1與斷面c-c寫能量方程：連續(xù)性方程第三節(jié)管嘴出流

結(jié)論：圓柱形管嘴收縮斷面處真空度可達作用水頭的0.75倍。相當于把管嘴的作用水頭增大了75%。這就是相同直徑、相同