孔口管嘴出流与有压管流

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1、第7章孔口管嘴出流与有压管流§7.1孔口出流（掌握）§7.2管嘴出流（掌握）§7.3短管的水力计算（掌握）§7.4长管的水力计算（掌握）§7.5有压管道的水击（了解）§7.6离心泵的原理和选用（自学）§7.1孔口出流在容器壁上开孔，流体经孔口流出的水力现象称为孔口出流，孔口出流损失只计局部损失。§7.1.1薄壁小孔口恒定出流孔口出流的分类1、按d/H的比值大小分为：d/H<=0.1小孔口，此时认为断面上各点的作用水头相等d/H>0.1大孔口2、按容器中的流体量是否能得到不断补充分为：恒定出流和非恒定出流3、按孔厚度及形状对出流的影响分为：薄壁孔口：容器壁厚与孔口直径之比小于二分

2、之一时，水流与孔壁仅在一条周线上接触，其厚度对流动不产生显著影响，经过孔口的出流形成射流状态厚壁孔口：若孔壁厚度和形状促使流股收缩后又扩开，与孔壁接触形成面而不是线4、按孔口是否流入大气中分为：自由出流和淹没出流7.1.1薄壁小孔口的恒定出流1、自由出流断面1-1和收缩断面C-C，列能量方程考虑到：1）小孔口自由出流，则有；2）水箱中的微小水头损失可忽略不计，主要是流经孔口的局部水头损失。则有：令11自由出流代入得，孔口的流量为：收缩系数：是指收缩断面面积与孔口断面面积之比；作用水头，水面至孔口形心的水深,当时，孔口局部水头损失系数,流速系数,流量系数,2、淹没出流作用水头，为

3、两水头面的水位差；孔口局部水头损失系数,水流自收缩断面突然扩大的局部水头损失系数,流速系数流量系数，淹没出流3的影响因素1）孔口形状对的影响实验证明，对于小孔口，不同形状孔口的流量系数影响不大。2）孔口边缘情况对的影响孔口边缘情况对收缩系数会有影响：薄壁孔口的收缩系数最小（），圆边孔口收缩系数较大，甚至等于1。3孔口出流的各项系数全部收缩孔口：当孔口的全部边界都不与相邻的容器底边和侧边重合时，孔口出流时的四周流线都发生收缩，这种孔口称为全部收缩孔口(如A,B)。否则称为部分收缩（如C,D）。全部收缩孔口又分完善收缩和不完善收缩。全部完善收缩：凡孔口与相邻壁面的距离大于同方向孔口

4、尺寸的3倍（L>3a或L>3b），孔口出流的收缩不受距壁面远近的影响，这就是完善收缩(如A)，各项系数如表7-1。全部不完善收缩：不满足上述条件的孔口出流为不完善收缩(如B)。§7.1.2孔口的变水头出流孔口出流过程中，容器内水位随时间变化，导致孔口的流量随时间变化的流动，称为孔口的变水头出流。某时刻容器中水面高度为h，微小时段dt内，孔口自由出流时体积的变化量：该时段容器减少的体积为:变水头出流例7.1贮水罐底面积，贮水深4m，由于锈蚀，距罐底0.2m处形成一个直径为5mm的孔洞，试求：（1）水位恒定，一昼夜的漏水量；（2）因漏水水位下降，一昼夜的漏水量。解：（1）水位恒定，

5、一昼夜的漏水量可按薄壁孔口恒定自由出流计算，代入公式其中所以解：（2）因漏水水位下降，一昼夜的漏水量按孔口变水头出流计算其中所以解得因此一昼夜的漏水量为：§7.2管嘴出流在孔口周边连接一长为3～4倍孔径的短管，水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象，称为管嘴出流。§7.2.1圆柱形外管嘴恒定出流在相同水头的作用下，同样断面面积的管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。管嘴的局部水头损失系数§7.2.2圆柱形外管嘴的真空（cc和出口断面11的伯努利方程）圆柱形管嘴收缩断面处真空度可达作用水头的0.75倍。相当于把管嘴的作用水头增大了75%。这就是相同直径、相同作用水头下的圆柱形外管嘴

6、的流量比孔口大的原因。§7.2.3圆柱形外管嘴的正常工作条件（1）作用水头　　　　，这是因为当收缩断面的真空高度超过7m水柱时，空气会被吸入，管嘴不能保持满管出流；（2）管嘴长度,如果管嘴长度太短，不能形成真空，如果管嘴长度太长，则要计入沿程水头损失，成为了短管而非管嘴。§7.3短管水力计算有压管道分为短管和长管。短管是沿程水头损失和局部水头损失都不可忽略的管道；长管是指水头损失以沿程水头损失为主，忽略流速水头和局部水头损失的管道。§7.3.1基本公式1.自由出流2.淹没出流其中含有管道出口水头损失系数§7.3.2水力计算问题1.已知作用水头、管道长度、直径，管材（管道壁面的粗

7、糙情况），局部阻碍的组成，求流量。2.已知流量，管道长度、直径，管材（管道壁面的粗糙情况），局部阻碍的组成，求水头。3.已知流量，作用水头，管道长度、管材（管道壁面的粗糙情况），局部阻碍的组成，求直径。一、虹吸管的水力计算（例7-2）由于虹吸管一部分管段高出上游水面，必然存在真空段。真空的存在将使溶解在水中的空气分离出来。随着真空度的增大，分离出来的空气量会急骤增加。工程上，为保证虹吸管能通过设计流量，一般限制管中最大真空度不超过允许值[hv]=7～8.5m水柱)。以避免气蚀破坏。这是虹吸管