孔口管嘴出流和有压管流授课3 课件.ppt

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1、孔口、管嘴出流和有压管流第九章学习重点：掌握孔口、管嘴出流相关概念及计算；1、孔口出流——容器壁上开孔，流体经容器壁上所开小孔流出的水力现象，称孔口出流。2、管嘴出流——在孔口上对接长度为3-4倍孔径的短管，流体经容器壁上所接短管流出的水力现象，称管嘴出流。一、概念（3）能量损失计算式。（1）能量方程；（2）总流的连续性方程；二、任务：计算过流量Q。三、依据：一、孔口出流分类1、按e与H的关系：eH小孔口：大孔口：§9—1孔口出流2、按孔口的作用水头是否稳定：自由式出流；淹没式出流。厚壁孔口出流。薄壁孔口出流；恒定孔口出流；非恒定孔口出流。3、按出流

2、后周围的介质情况：4、按孔壁对出流的影响：H列A-A、C-C断面能量方程H0——自由出流的作用水头二、薄壁小孔口恒定自由出流物理意义：促使流体克服阻力，流入大气的全部能量特例　自由液面：PA=Pa，液面恒定：vA=0收缩断面流速φ——孔口的流速系数，φ=0.97。孔口流量:孔口出流的基本关系式全部收缩（完善收缩、不完善收缩）、部分收缩A是孔口面积，A0是孔口所在的壁面面积如不完善收缩注：小孔口恒定自由出流计算公式也适用于大孔口恒定自由出流，但流量系数需修正列上下游液面能量方程ζ2=1——突然扩大阻力系数；ζ1为孔口局部水头损失系数，与自由出流公式相同

3、H0——淹没出流的作用水头三、薄壁小孔口恒定淹没出流物理意义：促使流体克服阻力流入到下游的全部能量特例：P1=P2=Pa，v1=v2=0收缩断面流速孔口流量与自由出流一致H0与孔口位置无关1、流量公式：2、自由式与淹没式对比：1>公式形式相同；2>φ、μ基本相同，但H0不同；3>自由出流与孔口的淹没深度有关，淹没出流与上、下游水位差有关。结论Hv0zv0v2H0=H+2gv02自由式：淹没式：H0=z+2gv022gv22－考考你：请写出图中两个孔口Q1和Q2的流量关系式（A1=A2)。图1：Q1、<或＝）（3）孔口的位

4、置（对收缩系数有直接的影响）。（1）孔口的形状；（2）孔口的边缘情况；3、几种孔口的收缩形式自阅全部收缩不全部收缩完善收缩、不完善收缩四、影响孔口出流的边界因素：aL≥3aL≥3a解决的问题：只对作用液面缓慢变化的情况进行讨论。充水、泄水所需时间问题。1、公式推导：将液面高度的变化划分成无数微小时段，每一微小时段作恒定流处理。W-=dHdV=dtQ×dtgHA2m流出体积液面减少的体积五、孔口的变水头出流孔口的变水头出流：孔口出流（或入流）过程中，容器内水位随时间变化（降低或升高），导致孔口的流量随时间变化的流动。-W=][2221HHgAtmmax

5、11222QVgHAHt=W=m2、充、泄水时间：容器中无液体流入的自由出流或上游恒定，下游液面改变的淹没出流。3、容器放空时20H=H1H2放空时间是水位不下降时，按恒定情况流出同体积水所需要的时间的两倍六、应用举例例贮水罐（如图）底面积3m×2m，贮水深H1=4m，由于锈蚀，距罐底0.2m处形成一个直径d=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，一昼夜的漏水量按薄壁小孔口恒定出流计算其中μ=0.62代入上式得一昼夜的漏水量（2）水位下降，一昼夜的漏水量按孔口变水头出流计算解得一昼夜

6、的漏水量-W=][2221HHgAtm§9—2管嘴出流1、管嘴出流：在孔口处对接一个3—4倍孔径长度的短管，水体通过短管并在出口断面满管流出的水力现象。2、流体经圆柱形管嘴或扩张管嘴时，由于惯性作用，在管中某处形成收缩断面，产生环行真空，从而增加了水流的抽吸力，使其出流量比孔口有所增加。列1-1、2-2断面能量方程H0——作用水头一、圆柱形外管嘴恒定自由出流（1）、推导：2c2v0Hcv流速流量真空的抽吸作用，流量增加对锐缘进口的管嘴，ζ=0.5，特例　自由液面：P1=P2=Pa，液面恒定：v1=0圆柱形外管嘴恒定自由出流公式也适用于圆柱形外管嘴恒定

7、淹没出流，但（2）公式：022gHvf=02gHAQm=82.0==fm（3）与孔口的对比：1>公式形式相同，但系数不同：孔口：μ=0.62φ=0.97ε=0.64管嘴：μ=φ=0.82ε=12>H0相同时，若A也相同，则管嘴出流是孔口出流量的1.32倍。gvgvpgvpaccc2222222222++=+xagag二、收缩断面的真空1>对C—C，2—2列方程：gvvc2)(22-=2hj2=xv222g2c2v0Hcv可作为突然扩大水头损失处理收缩断面的真空度=075.0Hpvg在C—C处形成0.75H0真空度。2>真空计算：H0≤7mH0O水柱；

8、L≈（3～4）d。水柱时，管内液体pvγ>7mH0O实验证明：将气化，吸入空气，破坏真空。三、圆柱形外接管嘴