孔口,管嘴恒定出流和有压管道恒定流课件.ppt

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1、第五章孔口、管嘴恒定出流和有压管道恒定流主要内容:孔口、管嘴出流的水力计算有压管道恒定流的水力计算（包括，短管、长管和管网）重点：孔口、管嘴、短管、长管的水力计算5.1孔口、管嘴出流和有压管流的基本概念孔口出流孔口淹没出流、恒定出流薄壁孔口管嘴出流管嘴淹没出流、恒定出流有压管流短管、长管5.1孔口、管嘴出流和有压管流的基本概念容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象称为孔口出流。水经孔口流入大气称为孔口自由出流，经孔口流入液面以下称为孔口淹没出流。当进入容器的流量与孔口出流流量相等时，容器中水位

2、恒定不变，且孔口结构及其他水力要素均恒定，称为孔口恒定出流。孔口自由出流时，进入孔口前的水流受壁面作用而弯曲，流线呈光滑曲线，在水流惯性力作用下，水流在孔口后产生水股收缩，形成收缩断面C-C，其后水流扩散，并在重力作用下跌落。由此可见，孔口边缘离容器侧壁距离及孔口结构对出流影响很大。若容器壁较薄，壁厚对水流现象没有影响，水离开容器内壁后，水流程流线流出，不再与容器接触，容器壁厚对水流无干扰作用，这类孔口出流称为薄壁孔口。通常，由于孔口上下缘在水面下深度不同，经过孔口上部和下部的出流情况也不同。当

3、孔口直径d与孔口形心以上的水头H相比很小时，可忽略其差异，认为孔口断面上各点水头相等。根据d/H的大小可将孔口分类：当d/H≤1/10时孔口称为小孔口。当d/H>1/10时孔口称为大孔口。当孔口壁厚或在孔口上连接的短管长度为孔径的3-4倍时，水流经短管并充满出口断面流出的水力现象称为管嘴出流。管嘴出流也分为自由出流和淹没出流。孔口和管嘴出流的水头损失计算以局部水头损失为主。水沿管道满管流动的水力现象称为有压管流。有压管流分有压短管和有压长管。短管是指在管路的总水头损失中，沿程水头损失和局部水头损

4、失均占有相当比例，计算中都不能忽略的管路（通常l/d<1000）。长管在管路的总水头损失中，局部水头损失与沿程水头损失相比很小，计算中可以忽略不计的管路（通常l/d>1000）。5.2孔口、管嘴恒定出流的基本公式5.2.1液体流经薄壁孔口的恒定出流5.2.1.1薄壁小孔口的自由出流以孔口形心的水平面为基准面，对断面1-1，孔口收缩断面C-C列能量方程，得由于容器中的水头损失很小，可忽略不计，因此只是水流经孔口收缩的局部水头损失，即令则流速系数作用水头H0设孔口断面面积为A，收缩断面面积为AC,为

5、收缩系数，则为孔口流量系数薄壁孔口的收缩系数一般取0.62流速系数流量系数5.2.1.1薄壁小孔口的淹没出流淹没出流是指孔口流出的水流不是进入空气，而是淹没在水面下。取渐变流断面1-1，2-2，以通过孔口形心的水平面为基准面，列能量方程：淹没出流的水头损失包括水流经孔口收缩的局部水头损失和经孔口扩大的局部水头损失。令而则收缩系数，一般取0.62流速系数流量系数5.2.1.3薄壁小孔口的收缩系数及流量系数的影响因素试验证明不同形状的小孔口，和的差别不大。不同边缘结构的小孔口，薄壁小孔口的收缩系数最

6、小，和最小。当孔口边界不与容器的底边、水面和侧边重合时，孔口四周流线均收缩，称为全部收缩孔口。全部收缩孔口又分完善收缩孔口和不完善收缩孔口。当孔口与壁面净距大于同方向孔口尺寸3倍以上时，孔口出流不受避面影响，这种收缩称为完全收缩。否则称为不完善收缩。5.2.1.4薄壁大孔口自由出流及其流量系数大孔口（d/H>1/10）可分解成为许多作用水头不相等的小孔口，按小孔口出流公式计算小孔口流量，然后积分，即可得出大孔口出流公式。在孔口取一高度为dh的矩形小孔口，设其作用水头为h，则假设值在e方向均匀不变

7、，收缩断面流速分布均匀，则设大孔口形心处的作用水头为H，则所以5.2.2液体经管嘴的恒定出流工程上常用管嘴：圆柱形外管嘴圆柱形内管嘴圆锥形收敛管嘴圆锥形扩张管嘴流线形管嘴5.2.2.1圆柱形外管嘴的恒定出流以通过管嘴出流中心的水平面为基准面，对1-1和2-2断面列能量方程：令则：管嘴局部损失系数，一般取0.5。管嘴流量系数，管嘴流量系数，由此可见，管嘴和孔口出流的基本公式形式完全相同，但管嘴的流量系数比孔口大。在相同作用水头下，同样断面面积的管嘴过流能力比孔口大，因此，工程上常用管嘴作泄流水管。

8、5.2.2.2圆柱形外管嘴收缩断面的真空孔口外加管嘴后，增加了水头损失，但流量反而增大，原因是管嘴收缩断面处真空的作用。对1-1断面和收缩断面c-c列能量方程令则：式中：比较其和孔口出流的流量公式，当孔口和管嘴过水断面面积相等时，管嘴的有效水头为为了求，再对c-c断面和2-2断面列能量方程因，且局部水头损失则由得而而代入上式得：相当于管嘴的作用水头为孔口的1.756倍，即等径等水头作用管嘴的流量为孔口的倍。5.2.2.3管嘴出流的条件管嘴的收缩断面真空与作用水头H0成正比。当真空值达7m水柱时，