讲义总结注册结构专业基础孔口、管嘴出流、有压管道恒定流讲义

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1、第五节　孔口、管嘴出流、有压管道恒定流一、薄壁小孔口恒定出流流体经孔口流出称为孔口出流。如图6-5-1。当容器中水位（或压强）不变，孔口的出流量恒定时，称为恒定出流。当容器壁比较薄，或孔口具有锐缘时，孔口的壁厚对出流没有千扰作用，称为薄壁孔口．流体从容器的四面八方流向孔口，流线成光滑曲线向孔口集中，在孔口断面上流线不相平行，继续收缩至距孔口断面d/2(d为孔口直径）处流线才趋于平行，此断面称为收缩断面，即图6-5-1中断面c-c。收缩断面的面积Ac小于孔口面积A，其比值ε=Ac/A，称为收缩系数。当孔口断面尺寸远小于作用水头H，如圆形孔口d／H≤0.1

2、，c-c断面上各点流速可以认为相等，此时孔口称为小孔口。取o-o断面和c-c断面写能量方程，取通过孔口中心的水平面为基准面有：如图6-5-1所示，孔口液流流人大气，称为自由出流.此时c-c断面压强pc为大气压强.hW为液流经过孔口的局部损失孔口的出流量式中μ=εφ称为孔口的流量系数。经实验测得，圆形小孔口φ=0.97一0.98，μ=0.60-0.62.孔口在器壁上的位置影响收缩的状况。如孔口的两边或一边同容器的壁或底重合时，顺壁面流向孔口的流线是直线，孔口的这一边就不发生收缩，称为非全部收缩。当孔口的边与相邻器壁相距小于三倍孔口尺寸时，邻壁将影响孔口的

3、收缩，称为非完善收缩。在以上情况下，收缩系数将比完善收缩时增大薄壁小孔口完善收缩时ε=0.64.对于d/H＞0.1的大孔口，也可近似应用小孔口的公式，此时H0为大孔口形心上的作用水头．流量系数见表6-5-1。如果孔口位于下游液面以下，即流体经孔口流人同一流体中，称为淹没出流。如图6-5-2。此时取断面1-1和2-2写能量方程，可得式中ζc―孔口阻力系数；ζs―突然扩大阻力系数，ζs≈1.0；式（6-5-5）与式（6-5-4）形式完全一样，流量系数产值也相同，只有H0的涵义不同。当容器相当大时，v0≈或≈≈0。可以认为H0=H，则自由出流时的作用水头为液

4、面至孔口中心的深度；淹没出流时作用水头为两液面的高差。二、管嘴的恒定出流在孔口周界上连接一长度l≈3d~4d(d为孔口直径）的短管，流体经短管流出，并在出口断面形成满管流，这样的流动称管嘴出流。如图6-5-3的圆柱形外管嘴，流体进人管嘴直至收缩断面c-c的流动情况与孔口相同.由于收缩，使流体与管壁分离，形成漩涡区。然后液流再扩大充满整个管道断面后流出设水箱水位不变，表面为大气压强，则有式中hw为管嘴的水头损失，因长度不大，忽略沿程损失ζn为管嘴的局部阻力系数，相当于管道进口的局部阻力系数ζn=0.5.v为管嘴出口断面的平均流速。最后得到式中φn为管嘴的

5、流速系数，μn为管嘴的流量系数。由于出口断面无收缩，φn=μn。由实验资料得圆柱形外管嘴的流量系数μn=0.82.这样在作用水头、直径相同时，管嘴出流的流量比孔口要大1.32倍。管嘴的局部阻力比孔口大，为何流量反比孔口大呢？这是管嘴的水流现象造成的，因为在管嘴的收缩断面上形成了真空。可以证明，其真空度为其作用水头的0.75倍即=0.75H0·在c-c断面真空的抽吸作用下，流量增大。但真空度达7m水柱以上时，液体将会汽化或空气会自管口压人，收缩断面的真空将被破坏。因此对真空度要加以限制，从而限制了作用水头H0≤≈9rn综上所述，要使圆柱形管嘴正常工作需满

6、足l=（3-4)d及H0≤9m的条件。三、有压管道恒定流液体充满整个管道断面，管壁处处受到液流的压强作用，此压强一般不等于大气压强，这种流动称有压管流。当管流中各运动要素均不随时间变化，则称为有压管道恒定流。其中也包括了不考虑压缩性的气体在管道中的恒定流动。有压管道恒定流的水力计算主要是确定管道中通过的流量．确定相应的水头；确定某断面的压强或压强沿管线的变化。根据布置不同，可分为简单管道，串并联管道。（一）简单管道管径不变，没有分支的管道称为简单管道，见图6-5-4。水流自水池I经管道流至水池II。两水池水面差为H。取上下游断面1一1和2一2，以II池

7、水面为基准面，可以写出能量方程:上式中v1和v2分别为断面1和2的流速；hw是自断面1-1流至断面2-2的全部水头损失。一般情况下可以认为水池很大，v1≈v2≈0，式中v一管中流速；λ―管道沿程阻力系数l―管道总长度．∑ζ一管道中各个局部阻力系数之和管中流量将式(6-5-9）代入式（6-5-8）可得【例6-5-1】如图6-5-4所示管道，若d=150mm,l=30m,H=4m。λ＝0025，ζ进口=0.5，ζ弯=0.2，ζ阀=2.0，ζ出口=1.0。求管中流量，并定性绘制管道的测压管水头线和总水头线。【解】取断面1一l,2一2,过池II水面的水平面为基

8、准面，写出能量方程测压管水头线和总水头线绘于图6-5-5上。定性绘制时不必算出每段的沿程损失和