第7章 孔口、管嘴出流和有压管路

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1、第7章孔口、管嘴出流和有压管路一、教学目的与任务1本章的目的（1）．使学生了解有压管流的特点；（2）．理解自由出流、淹没出流的概念；（3）．使学生掌握孔口和管嘴出流的水力计算。二、重点、难点1重点孔口、管嘴的计算问题2难点缝隙流动三、教学方法本章内容是学生通过流体力学基本方程的学习，将其应用到典型的实际流动当中。进一步增强学生分析、解决实际问题的能力，本章讲授时，要注重理论联系实际和学生能力的培养。第15次课年月日章题目第五章流体孔口出流与缝隙流动方式课堂模块实际工程典型流动板块方法重点内容学习法单元孔口出流手段多媒体基本要求熟悉各类孔口的分类及水力计算重点孔口的水力计算难点缝

2、隙流动的水力计算内容拓展参考教材1、张也影.流体力学.北京：高等教育出版社，19992、徐文娟.工程流体力学3、禹华谦.工程流体力学(水利学).成都：西南交通大学出版社，19994、莫乃榕，《工程流体力学》，华中科技大学出版社，20005、程军、赵毅山.流体力学学习方法及解题指导.上海：同济大学出版社，2004作业习题：7—2思考题：7—5、7—6、7-7、7—8本章内容与闸门、阀门、水龙头、喷嘴、汽化器、车辆减震器等等有关，这些构件在机械行业内十分常见，我们日常生活中也很常见。研究孔口出流和缝隙流动特性对上述构件的性能有密切关系。§7-１孔口出流一、薄壁孔口：L/d£2即壁面

3、厚度与孔口直径之比小于等于2的孔口。1.薄壁小孔口：H>10d即作用水头大于十倍的孔口直径。2.薄壁大孔口：作用水头相对较小，孔口断面上流动不均匀的流动，称薄壁大孔口。二、管嘴（厚壁孔口）1.圆柱管嘴圆柱管嘴十分常见，被广泛使用用途：增大流量原理：在管嘴内部形成一收缩断面（内收缩），具有一定真空，可提高流速。管嘴长度:L=(3-4)d2.其他形式管嘴（1）收缩管嘴（2）扩张管嘴（3）流线型管嘴三、自由出流和淹没出流1.自由出流：流体直接排入大气2.淹没出流：流体出流处的压力不为大气压力四、完善收缩和不完善收缩完善收缩：薄壁孔口自由出流的流束周围均匀收缩。不完善收缩：部分收缩或不

4、收缩五、定常出流和非定常出流定常出流：出流系统的作用水头可以近似不变的出流，否则为非定常出流。薄壁小孔口定常自由出流这里作用水头为H,设出流为完善收缩，根据研究知收缩断面在0.5d处，收缩系数为：以孔口和收缩断面中心线为基准，列1－1到C-C断面的方程：取薄壁小孔口可忽略沿程损失，局部损失为：与上式联立得令则出流流量为令为流速系数则流量为：若P0=0,即容器与大气相通，则：•薄壁小孔出流参数由所决定，由实验给出,由上述定义决定。各系数与Re,收缩情况，孔口边缘情况有关，见图5－4。•孔口形状对上述系数影响不大，均可用圆形孔口得系数替代。当Re>105时，可取下列平均值：薄壁小孔

5、淹没出流：与自有出流相同，流量公式不变，系数不变，两容器液面高差H为作用水头。有压管道内小孔出流：类似的分析有：为管内孔口前后的压力差。对于不完善收缩（孔口面积A与管道面积A0相差不大），有关系数为：C为完善收缩对应的流量系数厚壁孔口定常自由出流厚壁孔口即管嘴出流或短管出流特点：管长（壁厚）取为L=(3-4)d,可略去沿程损失用途：增大流量1－1到2－2截面的方程：出流速度V＝V2为:出流流量为:总阻力有三部分入口收缩可取：突扩：因管嘴长为L=(3-4)d,可忽略沿程损失，则总阻力系数为流量系数＝0.82与薄壁孔口流量系数相比，同样条件下流量增大了。增大流量的原因:列C-C到2

6、－2断面的能量方程：这里,并忽略沿程损失，取突扩损失则上式化为:代入得：则C-C断面的真空度:代入得：取有取有结论：•这说明内收缩具有真空度对流体产生抽吸，一方面克服阻力，同时还增加流量。•真空度随作用水头的增大而增大，但无限增大作用水头将使管嘴工作不正常。•对于淹没出流，上述结果仍适用，只需将作用水头换成两液面高差。•对于液压元件中L=(3-4)d短管出流，只需将作用水头换成短管前后的压力差,上述结果仍适用。•工程中管嘴形式多样，计算公式不变，只是流速系数，流量系数不同而已。第16次课年月日章题目孔口出流、管嘴出流和有压管路方式课堂模块实际工程典型流动板块方法重点内容学习法单

7、元各种管嘴出流手段多媒体基本要求熟悉各种管嘴出流的特点及典型计算，重点管嘴出流的特点难点管嘴出流的典型计算内容拓展Flash动画演示参考教材1、张也影.流体力学.北京：高等教育出版社，19992、徐文娟.工程流体力学3、禹华谦.工程流体力学(水利学).成都：西南交通大学出版社，19994、莫乃榕，《工程流体力学》，华中科技大学出版社，20005、程军、赵毅山.流体力学学习方法及解题指导.上海：同济大学出版社，2004作业习题：7—2思考题：7—5、7—6、7—7、7—8§7.2管嘴的恒定出流