工程流体力学课件5孔口、管嘴出流及有压管流

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1、EngineeringFluidMechanics工程流体力学第1章流体及其主要物理性质第2章流体静力学第3章流体动力学基础第4章流动阻力和水头损失第5章孔口、管嘴出流及有压管流第6章明渠均匀流第7章明渠水流的两种流态及其转换目录第五章孔口、管嘴出流及有压管流第一节孔口出流第二节管嘴恒定出流第三节短管的水力计算第四节长管的水力计算第五节离心式水泵装置及其水力计算教学内容、重点及难点基本内容本章在定量分析沿程水头损失和局部水头损失的基础上，对工程实际中最常见的有压管道恒定流动和孔口、管嘴出流进行水力计算。重、难点水头损失的分析和确认HH0OOCAACdCvCv0第一节孔口出

2、流液体从孔口以射流状态流出，流线不能在孔口处急剧改变方向，而会在流出孔口后在孔口附近形成收缩断面，此断面可视为处在渐变流段中，其上压强均匀。c-c为收缩断面，收缩系数：——收缩断面面积——孔口断面面积ab完全收缩非完全收缩无收缩边壁的整流作用会影响收缩系数，故有完全收缩与非完全收缩之分，收缩系数视孔口边缘与容器边壁距离与孔口尺寸之比的大小而定，大于3则可认为完全收缩。HH0OOCAACdCvCv0孔口出流的分类恒定出流、非恒定出流；淹没出流、自由出流；薄壁出流、厚壁出流。——小孔口——大孔口对薄壁小孔口：ε=0.63~0.64对0-0，c-c列能量方程其中设则——流速系数

3、——流量系数其中1.薄壁小孔口自由出流HH0OOCAACdCvCv0其中则H0作用总水头孔口流速系数孔口流量系数流经孔口的局部阻力系数收缩断面突扩的局部阻力系数2.薄壁小孔口淹没出流对1-1，2-2列能量方程大孔口出流的流量系数，可查表大孔口形心的水头3.大孔口恒定出流大孔口出流的流量公式形式不变，只是相应的水头应近似取为孔口形心处的值，具体的流量系数也与小孔口出流不同。由于孔口各点的作用水头差异很大，如果把这种孔口分成若干个小孔口，对每个小孔口出流可近似用小孔口出流公式，然后再把这些小孔口的流量加起来作为大孔口的出流流量。在dt时段内则液面从H1降至H2所需时间容器放空

4、（即H2＝0）时间H1H2hdhA0H1H2hdhH1H2hdhA04.孔口非恒定出流第二节管嘴恒定出流一.管嘴出流的水力现象(a)外管嘴内管嘴(b)(c)(d)(e)外管嘴(a)直角型外管嘴(b)收缩型外管嘴(c)扩散型外管嘴(d)流线型外管嘴二、管嘴恒定出流对1-1，2-2列能量方程忽略管嘴沿程损失，且令则管嘴出口速度其中ζ为管嘴的局部阻力系数，取0.5；则流量系数流速系数说明管嘴过流能力更强？D3～4DvCvcC管嘴出流流量系数的加大可以从管嘴收缩断面处存在的真空来解释，由于收缩断面在管嘴内，压强要比孔口出流时的零压低，必然会提高吸出流量的能力。对B-B，c-c列能

5、量方程取真空压强和真空高度值，得由而hw按突扩计算，得说明管嘴真空度可达作用水头的75％以代入则得所以得AABBccv2HH0AABBccv2HH0又三、管嘴真空度形成真空时作用水头不可能无穷大，因为当真空度达到一定时，其压强小于汽化压强，出现汽蚀破坏，而且会将空气从管嘴处吸入，破坏真空，而成为孔口出流。实验测得，当液流为水流，管嘴长度l=(3~4)d时，管嘴正常工作的最大真空度为7.0m，则作用水头说明圆柱形外管嘴正常工作条件是：l=(3~4)d[H0]≤9m实际流体恒定总流能量方程沿程损失局部损失第三节有压管路水力计算已能定量分析，原则上解决了恒定总流能量方程中的粘性

6、损失项。短管：长管：hf与hj均较大，不能忽略不计（hj＞5％hf）hf很大，不能忽略，而hj可忽略不计（hj≤5％hf）=H0=0==管系流量系数作用水头H一、短管的水力计算vOO1122H自由出流vOO112233Hh=H+h0===h作用水头H淹没出流vOO112233Hh=H+h0===用3-3断面作下游断面0h=出口水头损失按突扩计算vOO112233Hh管系流量系数淹没出流与自由出流相比，作用水头不同，管系流量系数相同，局部损失中不包含2-2断面出口损失。zz2112233l2l1要求确定计算已知【例】1离心泵管路系统的水力计算流量Q，吸水管长L1

7、，压水管长L2，管径d，提水高度z，各局部水头损失系数，沿程水头损失系数水泵最大真空度不超过6m水泵允许安装高度水泵扬程zz2112233l2l1Q，dv【解】水泵允许安装高度zz2112233l2l1水泵扬程=提水高度+全部水头损失l1132l22有压泄水道的水力计算泄流量Q，画出水头线圆形隧洞求已知l1132l2出口断面由A缩小为A2出口流速管内流速新增出口局部损失l1132l2出口断面缩小出口流速稍有增大管中流速却显著减小出流量减小沿程压强增高入口断面0-0，任意断面i-i通过有压管道定常流动的水力计算，容易确定沿程压强