薄壁小孔口恒定自由出流流量计算H课件.ppt

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1、第5章孔口、管嘴出流和有压管路教学基本要求1、了解有压管流的基本特点。掌握孔口、管嘴的水力计算；2、掌握短管（水泵、虹吸管）的水力计算方法；3、了解复杂管道的特点和计算方法，重点掌握串联管道和并联管道的水力计算。4、了解有压管道中的水击现象和水击传播过程。孔口出流：在贮水池、水箱等容器侧壁上开一孔口，水经孔口流出的水力现象。管嘴出流：在孔口上连接长度为3－4倍孔径的短管，水流经此短管并在出口断面满管流出的水力现象。有压管流：流体沿管道满管流动的水力现象。ＨＨＨ相同点：有压流动。孔口出流只有局部损失；管嘴出流虽有沿程损失，但与局部损失相

2、比很小，可以忽略。有压管流沿流动方向有一定的边界长度，水头损失包括沿程损失和局部损失。不同点：ＨＨＨ§5－1　孔口出流具有尖锐的边缘，出流与孔壁仅接触在一条线上，出流仅受局部阻力作用；一、孔口分类：1、按孔壁厚度和形状分类：薄壁孔口：非薄壁孔口：孔壁厚度和形状使出流与孔壁接触不仅在一条线上，出流同时受局部阻力和沿程阻力作用。ＨH/d≥10，作用在小孔口面上所有各点水头可认为和形心点水头H相等。3、按孔口出流情况分类：2、按薄壁孔口高度与水头H的比值分类：大孔口：小孔口：H/d＜10，大孔口的上部与下部各点水头有明显差别。自由出流：淹没

3、出流：出流后直接流入大气出流后流入另一部分水体中4、按流动情况分类：完善收缩恒定出流非恒定出流5、收缩分类：不完善收缩当水流从孔口出流时，由于惯性作用，水流出孔口后有收缩现象，出孔口后(1/2)d处收缩完毕，这里过水断面称收缩断面。ε－收缩系数，表示水流经孔口后的收缩程度Ac－收缩断面面积;A－孔口面积若L1＞3a及L2＞3b，器壁对出流性质不发生影响，为完善收缩；由实验知，ε与孔口位置距各侧壁的距离有关：若L1＜3a及L2＜3b，器壁对出流将发生减弱收缩的现象，为不完善收缩。对1-1断面对c-c断面ψ称为孔口的流速系数，一般取αc=

4、1流量μ称为孔口流量系数。二、薄壁小孔口恒定自由出流流量计算H：孔口水头H0：作用水头：行近流速水头实验测得孔口流速系数：φ=0.97～0.98孔口的局部阻力系数：孔口的收缩系数：孔口的流量系数：μ=0.60～0.62三、薄壁小孔口恒定淹没出流取通过孔口形心的水平面为基准面，取上下游断面列能量方程：流量孔口淹没出流的流量系数值与自由出流时一样，μ＝0.62hw包括经孔口的局部损失及水流自收缩断面突然扩大的局部水头损失。孔口淹没出流经孔口也会形成收缩断面c-c，然后扩大。H0为两容器内作用水头差。四、薄壁大孔口的自由出流设孔口上缘的水头

5、为H1，下缘的水头为H2，孔口宽为b，微小孔口的面积为b×dh，因此通过微小孔口的流量为则整个孔口的流量为：H2H1hdhbH2H1h薄壁大孔口的上部与下部各点水头有明显差别§5－2　管嘴出流圆柱形管嘴：圆柱形外管嘴和圆柱形内管嘴。圆锥形管嘴：圆锥形收缩管嘴和圆锥形扩散管嘴。流线形管嘴：在管嘴进口处作成符合水流流线的曲线形管嘴。液体进入管嘴前的流动情况与孔口相同。进入管嘴后断面收缩，形成收缩断面C－C，然后扩大充满全管。在孔口上接一段相当于孔口直径3－4倍的短管，成为管嘴出流若孔壁厚度等于孔口高度的3－4倍时，成为管嘴出流一、管嘴类型

6、（从形状上分）：推导过程和孔口自由出流一样，列0－0和b-b断面的能量方程，流量φ－管嘴的流速系数，在b断面上出口为满流，ε＝1，ξ＝0.5，为管道入口阻力系数；因此μ＝φ＝0.82在作用水头相同，出口面积相等的条件下，管嘴出流量比孔口大，这是管嘴出流不同于孔口出流的基本特征。二、圆柱形外管嘴的恒定流问题：μ－管嘴的流量系数管嘴出流量比孔口大，是由于断面收缩处真空的作用。ε＝0.64，φ＝0.82收缩断面处的真空度的计算：以通过管嘴过水断面形心的水平面为基准面，列收缩断面C－C与出口断面的能量方程：圆柱形外管嘴水流在收缩断面处出现真空

7、，真空值为0.75H，这相当于把管嘴的作用水头增加了0.75倍，因此流量也得到了增加。根据上式，作用水头越大，收缩断面上的真空度也越大，但如果收缩断面的真空度超过7m水柱，水流发生汽化作用，使得收缩断面的真空被破坏，管嘴就不能保持满管出流，因此限制断面的真空度不超过7m，管嘴的作用水头不超过9m.。圆柱形外管嘴正常工作的条件是：管嘴的作用水头≤9m；管嘴的长度L＝（3～4）d。三、孔口、管嘴的非恒定出流问题当进入容器的流量与孔口或管嘴的出流量不相等时，容器内水位要发生变化，形成非恒定流。以等截面容器为例，设容器截面积为w，无补给水，初

8、始水头为H1，终止水头为H2，要求泄流时间为T。当出流量不大的情况下，容器中水位变化缓慢，可忽略惯性水头，在微小时段dt时间内认为流速、水位等不随时间变化，这时在dt时段内仍可使用恒定流公式，即可将变水头问题作为恒定流来