第七章 孔口、管嘴出流和有壓管流

1、103第七章第七章有壓流有壓流學習要點：學習要點：熟練掌握短管自由出流和淹沒出流的水力計算（虹吸管的過流能力和安裝高度、水泵的安裝高度及倒虹吸的過流能力等）、長管的水力計算；掌握管嘴出流的工作條件及流量系數(shù)大的原因；水利和市政專業(yè)應掌握，其它專業(yè)要求了解串聯(lián)、并聯(lián)管路、均勻泄流管路的水力計算；市政專業(yè)應掌握，其它專業(yè)要求了解管網(wǎng)的水力計算。第一節(jié)第一節(jié)孔口出流孔口出流本章應用流體力學基本原理，結合具體流動條件，研究孔口，管嘴及管路的流動

2、。研究流體經(jīng)容器壁上孔口或管嘴出流，以及流體沿管路的流動，對供熱通風及燃氣工程具有很大的實際意義。如自然通風中空氣通過門窗的流量計算，供熱管道中節(jié)流孔板的計算，工程上各種管道系統(tǒng)的計算，都需要掌握這方面的規(guī)律及計算方法。一、一、薄壁小孔口恒定出流薄壁小孔口恒定出流當孔口具有銳緣，出流的水股與孔口只有周線上的接觸、且孔口直徑d＜0.1H，稱為薄壁小孔口。當孔口泄流后，容器內(nèi)的液體得到不斷的補充，保持水頭H不變，稱為恒定出流。1小孔口自由出

3、流小孔口自由出流如圖7—1所示，孔口中心的水頭計保持不變，由于孔徑較小，認為孔口各處的水頭都為H，水流由各個方向向孔口集中射出，在慣性的作用下，約在離孔口處的d2處的c—c斷面收縮完畢后流入大氣。c—c稱為收縮斷面。這類泄流主要是求泄流量。以過孔口中心的水平面０—０為基準面，寫出上游符合緩變流的0—0斷面及收縮斷面c—c的能量方程：=（7—1）rPHa?gaVa22rPa?0wChgaV?22c—c斷面的水流與大氣接觸，故=。若只計流經(jīng)

4、孔口的局部，即cPaPhw=hj=（7—2）gVC220?其中Vc為收縮斷面的平均流速。令，H0稱為有效水頭或全水頭，稱為行近流速水頭，并取=1.0，gvHH2200???2gv20?ca于是式(7—2)可改寫為H0=(1)（7—3）0?gvc22圖7—1孔口自由出流105（7—10）02gHAAvQcc????02gHA??式中：——淹沒出流的流量系數(shù)，與自由出流的流量系數(shù)相等。?3.影響流量系數(shù)的因素影響流量系數(shù)的因素流量系數(shù)決定于

5、局部阻力系數(shù)，垂直收縮系數(shù)和流速系數(shù)，即=f（，，），????0???與雷諾數(shù)和邊界條件有關。當雷諾數(shù)較大，如水流在阻力平方區(qū)時與無關。工程中常0?0?e?遇到的出流雷諾數(shù)都較大，故可認為，和不隨變，??0?而只與邊界條件有關。在邊界條件中，影響的因素為孔口形狀、孔口在?壁面的位置和孔口的邊緣情況三方面?？卓谛螤钍怯绊懙囊蛩刂唬珜嶋H表明，對小孔口，孔口形狀不同，?差別并不大。孔口的位置對收縮系數(shù)有直接的影響，?如圖7—3中的a孔，孔

6、口的全部邊界不與側邊和底邊重合，其四周的流線都發(fā)生收縮，稱為全部收縮孔口?？卓谶吪c側邊的距離大于3倍的孔寬，稱為完善收縮?？譩雖為全部收縮，但孔口邊界與側邊的距離較小，故產(chǎn)生不完善收縮?？譫和孔c部分邊界與側邊重合，故產(chǎn)生部分收縮?？卓诘倪吘墝κ湛s系數(shù)有影響，薄壁小孔口的收縮系數(shù)最小，圓邊孔口的收縮系數(shù)最大，?直至等于l。根據(jù)試驗資料，薄壁小孔口在全部、完善收縮情況下，各項系數(shù)列于表7—1中。二、孔口的變水頭出流二、孔口的變水頭出流當液

7、體通過孔口注入容器或從容器中泄出時，其有效水頭隨時間改變，稱為孔口變水頭出流。如圖7—4所示。這種出流的流速、流量都隨時間改變，屬非恒定流。給水工程中水池的注水和放空，水床的放空，船閘閘室的充水及放水等均屬變水頭出流之例。一般地，當容器的面積較大或孔口的面積較小時，容器內(nèi)液面高程變化緩慢，則把整個非恒定流過程分成很多微小時段，在每一個微小的時間段內(nèi)，認為液面的高程不變，孔口的恒定流公式仍然適用，這樣就把非恒定流的問題轉化為恒定流的問題來

8、處理。變水頭出流的計算主要是計算泄空和充滿所需的時間，或根據(jù)出流時間反求泄流量和液面高程變化情況。下面分析等截面積的柱形容器，水流經(jīng)孔口出流放空所需的時間設時刻。t時孔口的水A頭為h，在微小的時段dt內(nèi)流經(jīng)孔口的體積dv=Qdt=Adt，在相同的時段內(nèi)，容器內(nèi)?gh2表7—1薄壁小孔口各項數(shù)表收縮系數(shù)?阻力系數(shù)o?流速系數(shù)?流量系數(shù)?0.63～0.640.05～0.060.97～0.980.60～0.62圖7—4孔口變水頭出流圖7—3全