孔口、管嘴出流和有压管流.ppt

《孔口、管嘴出流和有压管流.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、5.2液体经管嘴的恒定出流（1）管嘴及管嘴出流特点当孔壁厚δ等于3~4倍孔径d，或者在孔口处外接一段长度l=(3-4)d的短管时（如图），液流流经短管出流称为管嘴出流，此短管称为管嘴。管嘴出流的特点：水流进入管嘴以前的流动情况与孔口出流相同，进入管嘴后，先形成收缩断面c-c，在收缩断面附近水流与管壁分离，并形成旋涡区，之后水流逐渐扩大，直至完全充满整个断面，管嘴出口断面上水流为满管流动。管嘴出流流段的水头损失包括经孔口的局部水头损失和由于水流扩大所引起的局部损失(略去沿程水头损失），即：（2）圆柱形外管嘴的恒定出流以图示的水箱外接圆柱形管嘴为例。设水箱的水

2、面压强为大气压强，管嘴为自由出流，同样也仅考虑局部阻力。以过管轴线的水平面为基准面，写出水箱中过水断面1-1至管嘴出口断面2-2的能量方程：式中其中ζn称为管嘴出流的阻力系数，根据实验资料其值约为0.5令将以上两式代入能量方程，可解得管嘴出口断面平均流速：及管嘴流量式中φn为管嘴的流速系数，由于管嘴出口断面处为满管流动，即从而对于同样的作用水头H0，圆柱形外管嘴的流量是孔口流量的1.32倍。当作用水头相同、直径相同时，管嘴出流中阻力较之孔口出流时要大，但是管嘴出流流量反而比孔口出流流量要大，这是由于在收缩断面处出现真空的原因。孔口流量公式管嘴流量公式比较上

3、面两式可知，以图示管嘴出流为例，讨论管嘴水流在收缩断面处的真空值的大小，为此以通过管嘴轴线的水平面为基准面，对收缩断面c-c和出口断面2-2列能量方程，式中采用绝对压强则其中局部损失主要发生在水流扩大流段上，计算水头损失时采用出口流速。而得到但故得将各项系数代入上式，得断面C-C处出现负压，真空值可达作用水头H0的0.75倍。可见，由于管嘴中收缩断面上出现真空，使管嘴出流的有效作用水头比孔口出流增大75%，因而相同作用水头下，相同直径的圆柱形外管嘴的出流量反而比孔口出流量大。整理能量方程，得管嘴收缩断面的断面平均流速于是，管嘴流量为（3）保证管嘴正常工作的

4、条件从以上讨论看出，收缩断面的真空度和作用水头成正比，作用水头H0愈大，收缩断面的真空度就愈大，亦即出流量愈大。但实际上，当收缩断面的真空度超过7m水柱时，由于绝对压强过低，空气将会从管嘴出口断面“吸入”，使得收缩断面的真空被破坏，管嘴中水流不能保持满管出流而如同孔口出流一样，因此就达不到增大流量的目的。为了保证管嘴正常出流，真空度必须控制在7m水柱以下，从而，作用水头H0的允许最大值为其次，对管嘴长度l也有一定限制。若l>(3~4)d，则沿程阻力变大，沿程水头损失不容忽略，应视为有压管流；若l过短，水流收缩后来不及扩大到整个管口断面便出流，收缩断面不能形

5、成真空，而不能发挥管嘴作用。所以，圆柱形外管嘴的正常工作的条件是：（1）作用水头（2）管嘴长度其他形式的管嘴，如扩散管嘴、收缩管嘴和流线形管嘴等，不再一一讨论。例5.一薄壁锐缘圆形孔口，直径d=10mm，水头H=2m，自由出流，如图所示。行近流速水头很小，可略去不计。现测得收缩断面处流束直径dC=8mm；在32.8s时间内经孔口流出的水量为Q=10×10-3m3/s。试求该孔口的收缩系数ε，流速系数φ，流量系数μ和阻力系数ζ。解①②求μ因为（大气压），及所以则得③也可由下式求出④由公式知所以例2一大水池的侧壁开有一直径d=10mm的小圆孔，水池水面比孔口中

6、心高H=5m，求：出口流速及流量。假设：①若池壁厚度δ=40mm；②若池壁厚度δ=3mm。解首先分析壁厚δ对出流的影响：若δ=l=(3-4)d=(30-40)mm，则为管嘴出流，若δ=