垂直锐边孔口的自由出流特性_孔几何形状对孔流系数的影响
实验11 流量计标定实验
二、基本原理
1.流体在管内Re的测定
Re d u 1/ 4d du 4q 1/ 4d d
式中:ρ、μ— 流体在测量温度下的密度和粘度 [kg/m3]、[Pa·S] d—管内径 d=50mm;q—管内体积流量 [m3/S]
2.孔板流量计
孔板流量计是利用动能和静压能相互转换的原理 设计的,它是以消耗大量机械能为代价的。孔板的开 孔越小、通过孔口的平均流速u0越大,孔前后的压差 ΔP也越大,阻力损失也随之增大。其具体工作原理 及结构图如图1。
七、问题与思考
1.孔板流量计和文丘里流量计的操作原理和特性是什么?流量计的一 般标定方法有哪些? 2.孔板流量计的流量系数C0和文丘里流量计的流量系数Cv与管内Re的 关系怎样? 3.通过C0和Cv与管内Re的关系,比较两种流量计在不同流量下的使用 范围?
为了减小流体通过孔口后由于突然扩大而引起的 大量旋涡能耗,在孔板后开一渐扩形圆角。因此孔板 流量计的安装是有方向的。若是方向弄反,不光是能 耗增大,同时其流量系数也将改变,此时测得的流量 系数已没有实际意义。
测压孔
流向
u0 u
ΔP
孔板
管道 法兰
图1 孔板流量计结构图
其计算式为
q C0 A0
2 p
六、数据记录及计算
1.记录实际流量和孔板流量计与文氏流量计压差读数,计算出对应C0 与Cv; 2.用半对数坐标标出C0与Cv与Re的关系曲线。比较: ⑴ 根据同一流量下压差大小,对比能耗大小; ⑵ 根据同一流量下C0、Cv的大小,说明测量精度; ⑶ 由不同流量下C0、Cv的变化规律,说明两种流量计的适用范围。
5.测量:为了取得满意的实验结果,必须考虑实验点的布置和读数精度。 ⑴ 在每定常流量下,应尽量同步地读取各测量值读数。如实际流量大 小及两个压差计的读数。 ⑵ 每次改变流量,应以孔板流量计压差读数按以下规律变化:
垂直锐边孔口的自由出流特性(I)流动状态和孔结构参数对孔流系数的影响
Ab t a t Th fe t f Re n l s n m b r l u d h a sr c : eef cso y od u e , i i e d, o i c im e e n l t h c n s n t e fo q rf e d a t r a d p a e t ik e s o h l w i c a a t rs is o e t a h r — d e rfc ic a g r n e t a e x e i e t l . c r i g t h h r c e itc fv r i ls a p e g d o iie d s h r e we e i v s i t d e p rm n a l Ac o d n o t e c g y d s i c r fl s f rf e d s h r e c e fce t i itn tp o i o o i c ic a g o fii n , t e i wa f u d t a t e rfc d s h r e o l we wo s o n h t h o iie i c a g f l o d t
te r h o y.
Ke r s o iie d s h r e c e fce t Re n l s n m b r l u d h a y wo d : rf i c a g o f ii n ; c y o d u e ; i i e d; r t fo i c i me e o p a e q a i o rf e d a t rt l t o i t ik e s b u d r a e h c n s ; o n a y ly r
垂 直锐 边 子 口的 自由 出流 特性 ( L I)
流 动状 态 和 孔结 构参 数 对 孔 流 系数 的影 响
垂直锐边孔口的自由出流特性(Ⅱ)孔前流动影响区的流场特性
通 过 悬 浮 颗 粒 示 踪 实 验 ,考 察 了 水 通 过 垂 直 锐 边 孔 口 自 由 出 流 的 孔 前 流 动 影 响 区 的 范 围 和 主 要 影 响 因 素 ,然 后 用 计 算 流 体 力 学 软 件 Fu n . 孔 流 进 行 了模 拟 ,孔 前 区 范 围 的 模 拟 结 果 与 实 验 结 果 基 本 吻合 。 此 外 ,还 将 let 2对 6 孔 流 系数 的模 拟 值 与 前 期 实 验 值 进 行 了对 比 ,两 者 基 本 吻 合 ,说 明 了 模 拟 的 可 靠 性 。藉 此 讨 论 了 孔 前 流 动 影 响
me h d Th rf efo wa i l t d wih c m p t to a l i y a c CF t o . e o i c l w s smu a e t o u a i n l u d d n mi s( D)s f wa eFl e t . . e i f o t r u n 2 Th 6
CAo i LI Ya s n Ru , U n he g, YA N Cha y o u, W U o Ha
h n i est o Perlu y iig 1 2 4 , i a ( c lyo e c lS in ea d En n ei g, C ia Unv r i f toe m ,Bej n 0 2 9 Chn ) Fa u t f Ch mia ce c n giern
c lul t d r ng soft o rb i l w e i n fon ft ii ewe e b sc ly i gr e e t h a c a e a e he c nt i utng fo r g on i r to heorfc r a ia l n a e m ntwih t e e e i n a t . o e v r t smul t d orfc d s ha ge o fii n s we e c mpa e wih t nii l xp rme t lda a M r o e , he i a e iie i c r c e fce t r o rd t he i ta e e i n a d t whih e ii d h r la lt of i xp rme t l a a, c v rfe t e e ibiiy smul to f r her o it n y Co r s o i l a i n o t i c nss e c . r e p nd ng y, v l iy dit i uton,p e s e d s rbu i n,fow a t r eoct s rb i r s ur i ti to l p t e n,a d t a ge o he c t i tn l w e i n i n he r n ft on rbu i g fo r g o n
流体力学课件5章孔口、管嘴出流
由于v1、 v2一般比较接近,故 p0 ( p1 p2 )
Q A 2p0
A
2
( p1 p2 )
(式5.7)
式中 A——孔口面积,m2; Q——通过孔口的流量,m3/s。
14
5.1 孔口出流
5.1.3 孔口出流的应用
5.1.3.1 孔板送风 孔板送风是将处理过的清洁空气 用风机送到房间顶部的夹层空间, 并使夹层内的压强比房内的压强 大,夹层内的空气通过布臵在房 顶顶棚上的小圆孔流到房内,达 到净化房内空气的目的。
图5.2 孔口淹没出流
9
5.1 孔口出流
现以通过孔口形心的水平面作为基准面,列出水箱两 侧水面1-1与2-2断面的能量方程式 2 p1 1v12 p 2 2 v2 H1 H2 hw 2g 2g
由于p1=p2=pa,取α1=α2=1.0,忽略两断面之间的沿程 水头损失,而局部损失包括孔口的局部损失和收缩断 面之后突然扩大的局部水头损失,设它们的局部阻力 c k 系数分别为 和 ,则水头损失 vc2 hw h j ( c k ) 2g
18
5.2 管嘴出流
5.2管嘴出流 在孔口上对接一段长度为 L=(3~4)d的圆形短管, 如图5.5所示,即形成管 嘴,流体经过管嘴流出的 现象称为管嘴出流。本节 将对圆柱形外管嘴出流作 出分析。
图5.5 圆柱形管嘴出流
19
5.2 管嘴出流
5.2.1 圆柱形外管嘴的恒定出流
如同孔口出流一样,当流体从各方向汇集并流人管嘴 以后,由于惯性作用,流股也要发生收缩,从而形成 收缩断面c-c。在收缩断面流体与管壁脱离,并伴有旋 涡产生,然后流体逐渐扩大充满整个断面满管流出。 由于收缩断面是封闭在管嘴内部(这一点和孔口出流完 全不同),会产生负压,出现管嘴出流时的真空现象。 以通过管嘴中心的水平面为基准面,列出水箱水面AA和管嘴出口B-B断面的能量方程式: 2 2 2 p A Av A pB B vB vB zA zB 2g 2g 2g
第六章 孔口(管嘴出流)堰顶溢流和闸下出流
(2)圆锥形收敛管嘴 (较大的出口流速 ) (3)流线形管嘴 (阻力系数最小 )
孔口、管嘴的水力特性
WHU
U
8-4 堰顶溢流
无压缓流经障壁溢流时, 上游发生壅水,然后水面降落, 这一局部水流现象称为堰流。 障壁称为堰。堰对水流的作用: ① 侧向约束;② 底部约束。
闸门分类:平板闸门和 弧形闸门。
第坎分类:曲线形实用 堰和宽顶堰。
出流分类:自由出流和 淹没出流。
8-2 孔口出流
WHU
1、薄壁小孔口恒定出流
薄壁:出孔水流与孔壁仅在周线上接
触,即孔壁厚度对出孔水股没有影响。
小孔口:H/d>10
1)小孔口的自由出流
pc=pa=0
hw
hj
0
v22 2g
H
0v02
WHU
1、圆柱形外管嘴恒定出流
H
0v02
2g
v2
2g
hw
h
n
v2 2g
v
1
n
2gH0 n 2gH0
Q n A 2gH0
WHU
管嘴的流量系数
管嘴阻力系数 ζn= 0.5
管嘴流速系数
n
1
n
1 0.82 1 0.5
管嘴流量系数,因出口无收缩μn=φn= 0.82 显然μn= 1.32μ。可见在相同条件,管嘴的过流
WHU有侧向收缩影响的流量系数
m0
0.405
0.0027 H
0.003 1 b / B0
1
0.55
b B0
2
H (H
2
P)2
薄壁堰在形成淹没溢流时,下游水面波动 较大,溢流很不稳定。所以,一般情况下量水 用的薄壁堰不宜在淹没条件下工作。
流体力学第五章 孔口及管嘴
管
均匀泄 流管路
枝状管 网
路 管 网
由简单长管 组成的树枝 状管网
由简单长管组 成的闭合环路管 网
1.已知作用水 头、管线布置、 断面尺寸和局 部阻力组成的 条件下,确定 输送流量; 2.已知管线布 置、断面尺寸 和必需输送的 流量,确定相 应的水头; 3.已知管线布 置和必需输送 的流量,确定 相应的管径; 4.绘制总水头 线与测压管水 头线,确定管 线真空区。
1.并联管道流量计算的基本公式: 并联管道一般按长管计算,一般只计及沿程 水头损失,而不考虑局部水头损失及流速水头。
1)连续性方程
Q1 Q2 Q3
(2)能量关系: 单位重量流体通过所并联的任何管段时水头 损失皆相等。即:
但:
2. 并联管道水力计算基本类型: 已知Q总、管段情况(di,li,Δ i),求各 管段流量分配。
大孔口出流的流量公式形式不变,只是相应的水头应近似取 为孔口形心处的值,具体的流量系数也与小孔口出流不同。
三.
厚壁孔口出流
厚壁孔口出流与薄壁孔口 出流的差别在于收缩系数和 边壁性质有关,注意到收缩 系数定义中的 A 为孔口外侧 面积,容易看出孔边修圆 后,收缩减小,收缩系数和 流量系数都增大。
A
Ac Ac
因 令 则
图5-2
式中: ——水流经孔口的局部阻力系数, ——水流由孔口流出后突然扩大的局 部阻力系数,有 ,当 时, 。 • 说明:小孔口淹没出流时的作用水头全 部转化为水流流经孔口和从孔口流出后突 然扩大的局部水头损失。
式中: ——孔口淹没出流的流量系数,可取与自由出流时的流 量系数相同,即 。
(5-29)
孔板流量计
孔板流量计实验结果分析分析讨论1、孔流系数C0与雷诺数Re的关系由实验结果中可以看到当雷诺数Re20000后孔流系数C0保持在0.71左右基本不再随着雷诺数Re的增大的变化。
与理论情形一致。
不过也看到有两个点与理想曲线有一定偏离这主要是由于实验为定性实验略显粗略易受误差干扰后面将针对此次实验主要误差来源及影响进行分析。
2、永久压差损失与流速的关系由实验结果中永久压差与流速的关系曲线可以看出孔板流量计的阻力损失, 说明读数R是以机械能损失为代价取得的。
缩口越小孔口速度u0越大读数R越大阻力损失也随之增大。
因此选用孔板流量计的中心问题是选择适当面积比m以兼顾事宜的读数和阻力损失。
七、误差来源及分析1. 数字流量计实验过程中数字流量计检测流量时读数有滞后现象由于实验中是流量时由小到大进行调节因此可能使得读数比实际数值偏小。
为了尽量减小数字流量计带来的误差在测量时应使流量从大到小地进行调节同时每次调节流量后应等待各示数稳定后在进行读数。
2. U形压差计实验中采用的U形压差计由于长期使用水银面上方积累了较多的铁锈层其与水银液体有一定混杂导致一方面无法精确确定水银面位置另一方面记录数据时读取的是水银与铁锈混合液体的柱高计算时采用的是水银的密度,而水银与铁锈混合液体的密度较水银原液偏低因此会导致读数偏大。
最终导致测得ζ值偏大。
而测定C0-Re关系为定性实验影响可忽略。
3. 计算误差室温为15℃左右采用的各参数取值为水的物性密度ρ水1000kg/m3 动力黏度μ0.001081Pas 汞密度ρ汞13600 kg/m3 重力常数g9.8m/s2 π3.14 与其真实值有微小差异,但是对最终结果影响较小可以忽略。
4. 偶然误差实验过程中U型压差计读数时水银面总是略有浮动无法精确读数可能引入误差。
还有其他一些不确定因素也可能导致引入偶然误差。
八、思考题1. 孔流系数与哪些因数有关答孔流系数主要取决于雷诺数Re和面积比m而测压方式、孔板锐孔的形状、加工光洁度、孔板厚度和管壁粗糙度也对流量系数有些影响。
流体输送技术(2)
石化系
取钢管的管壁绝对粗糙度ε=0.2mm,则
0.2 0.004 d 53
据Re与ε/d值,可以从图5-4上查出摩擦系数λ=0.031
l u2 100 12 hf 0.031 29.2 J / kg d 2 0.053 2
29.2 Hf 2.98m H2 O g 9.807 hf
石化系
五、流体在圆管内的速度分布
速度分布:由于流体具有粘度,使管壁
处速度为零,离开管壁以后速度渐增,到中
心处速度最大,此种变化关系称速度分布。
石化系
1、流体在圆管内的速度分布
u≈0.5umax
u ≈0.8umax
石化系
2、湍流流体中的层流内层
• • • • 层流内层或滞流底层 缓冲层或过渡层 湍流主体 层流内层的厚度随Re的增大而减薄
石化系
(二)、 设备示意
石化系
(三)、训练要领
• 1、实训准备(包括检查水源、电源是否正常供给, 检查泵、压差计、流量计和阀门等是否正常等) • 2、实训操作(将管路中水的流量从大到小变化, 分别测量记录不同流量下流体流经细铜管、塑料 管、螺纹管时两端压差计值。分析流速、管壁粗 糙度对流体阻力的影响;测量记录流体流经弯头、 阀门、流量计时压差计值。分析流体阻力产生的 原因。)
石化系
非圆形管道的摩擦系数
• 当量直径de=
4流通截面积 润湿周边长
• 对于非圆形管道用当量直径代替直径计算, 湍流时的计算与圆管相同,层流时=C/Re。 C值的不同情况见教材。
d
b a D
石化系
(二)局部阻力
流体在管路的进口、出口、弯 头、阀门、扩大、缩小等局部位置 流过时的阻力称为局部阻力。
孔口出流
各种形式管嘴
种类 a b c d e f 薄壁孔口 内伸管嘴 外伸管嘴 收缩管嘴 收缩角=130~140 扩张管嘴 扩张角=50~70 流线型管嘴
阻力系数 c 0.06 1 0.5 0.09 4 0.04
收缩系数Cc 0.64 1 1 0.98 1 1
流速系数Cv 0.97 0.71 0.82 0.96 0.45 0.98
)
其中 c 为孔口出流局部阻力系数。将连续 性方程 v Ac v 代入上式得
1
A1
c
p1 pc Ac 2 vc2 gH [ c 1 ( ) c ] A1 2
式中A0为孔口面积,Cc=Ac/A0为流速系数, Cd=CcCv为孔口出流的流量系数。
如果容器敞开,容器上部为自由液面,则 p1 pa 。小孔自由出流时,射流断面上的压 强为常数,应等于表面上的压强,即为大气压强pa,因此
1 1 c
2 p 2p Cv
流量qV 为
qV vc Ac Cc A0vc CcCv A0
将连续性方程 代入上式
v1
Ac C A vc c 0 vc A1 A1
2p
Cd A0
2p
经实验测定,薄壁小孔淹没出流的流速系数、 流量系数、损失系数和断面收缩系数和自由出流具 有完全相同的值 。
,对
vc Cv 2( gH
式中 对图示的1-1和c-c断面列伯努利方程
pc c vc2 vc2 p1 1v12 H c g 2g g 2g 2g
Cv 1 1 c
p )
p p1 pc 。 称为流速系数,
通过孔口的流量为
qv vc Ac Cc A0 vc Cc Cv A0 2( gH Cd A0 2( gH p ) p
流体传输过程中的出流口效应
流体传输过程中的出流口效应在工程领域中,流体传输是一个广泛应用的概念。
在液体或气体传输中,设计出流口是十分重要的,因为出流口的形状和尺寸会对流体的传输过程产生影响。
本文将探讨流体传输过程中的出流口效应,并分析几种常见的出流口形式。
一、出流口的重要性出流口是流体传输过程中的一个关键组成部分。
其主要功能是控制和调节流体的流动,以确保流体稳定且有效地从一个系统中排出。
出流口的形状和尺寸将直接影响流体的速度、压力和流动性能。
对于液体传输,出流口的设计要考虑液体的黏性、密度以及实际工况条件。
对于气体传输,出流口的设计还需要考虑气体的压力、温度和流速等因素。
因此,选择合适的出流口形式对于流体传输的安全和效率至关重要。
二、常见的出流口形式1. 突出口突出口是最常见的出流口形式之一。
它通常采用圆形或矩形的截面形状,适用于低速流动和较小流量的流体传输。
此种出流口可以产生一个相对稳定的流团,并减小流体的湍流程度,从而降低流体传输过程中的能量损失。
2. 喷射口喷射口适用于需要产生一定冲击力或涡流效应的流体传输。
其出流口尺寸较小,可以产生高速流动或喷射效应。
喷射口常用于清洗、搅拌以及液体混合等应用领域,以提高传输过程中的效率和混合质量。
3. 引导口引导口是一种常见且有效的出流口形式,主要用于调整流体传输过程中的方向和速度。
通过合理设计引导口的角度和形状,可以减小流体的能量损失,并将流体引导到预定的方向,以满足实际的工程需求。
4. 分流口分流口适用于需要将流体传输到不同通道或系统的应用场景。
它可以有效地控制流体的分流比例和流量分配。
分流口通常采用多个出流口,这些出流口可以根据需要进行开启或关闭,从而实现对流体的精确控制。
三、出流口的优化原则为了获得良好的出流效果,出流口的设计需要遵循一些优化原则。
以下是一些常见的优化原则:1. 出流口形状的光滑性:出流口应具有光滑的内壁,以减小流体的阻力和能量损失。
2. 出流口的尺寸合理性:出流口的尺寸应根据实际需求进行设计,以确保流体能够顺畅地排出,并避免过大或过小的流体速度和压力变化。
垂直锐边孔口的自由出流特性[1]流动状态和孔结构参数对孔流系数的影响
犜 犪 犫 犾 犲1 犇 犻 犿 犲 狀 狊 犻 狅 狀 狊狅 犳 犲 狓 犲 狉 犻 犿 犲 狀 狋 犪 犾 狅 狉 犻 犳 犻 犮 犲 狆
T h i c k n e s s / 狋 mm 3 . 5 0 5 . 5 0 8 . 3 0 D i a m e t e r / 犱 mm 1 . 9 8, 3 . 0 0, 5 . 4 0, 6 . 3 8, 9 . 0 4, 1 0 . 3 0 R a t i oo fd i a m e t e r t o / t h i c k n e s s犱 狋 0 . 5 7, 0 . 8 6, 1 . 5 4, 1 . 8 2, 2 . 5 8, 2 . 9 4
04381157200809217506犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳狏犲狉狋犻犮犪犾狊犺犪狉狆犲犱犵犲犱狅狉犻犳犻犮犲犱犻狊犮犺犪狉犵犲effectofflowregimeandconfigurationparametersonorificedischargecoefficient犆犃犗犚狌犻犔犐犝犢犪狀狊犺犲狀犵犢犃犖犆犺犪狅狔狌犠犃犖犌犇狅狀犵狊犺犲狀犵犠犝犎犪狅犉犪犮狌犾狋狔狅犳犆犺犲犿犻犮犪犾犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿犅犲犻犼犻狀犵102249犆犺犻狀犪犃犫狊狋狉犪犮狋
9卷 第9期 第5 0 0 8年9月 2
o l . 5 9 N o . 9 化 工 学 报 V ) o u r n a l f h e m i c a l I n d u s t r n d n i n e e r i n C h i n a e t e m b e r 0 0 8 J o C a E ( S 2 y g g p
不仅缺乏系统 性 , 而 且 对 孔 流 机 理 的 分 析 也 不 足 。
船舶推进中两种动态平衡的研究
第32卷第4期2010年4月舰 船 科 学 技 术SH I P SC I E NCE AND TECHNOLOGY Vol .32,No .4Ap r .,2010船舶推进中两种动态平衡的研究刘学功,宋振海,张宏凯(海军潜艇学院,山东青岛266042)摘 要: 为了明确船舶推进中功率、力等各物理量之间的平衡关系,正确使用船舶主机防止其超负荷提供相应的理论依据,文章分析了螺旋桨的推力与船舶航行阻力的动态平衡过程。
推导了螺旋桨转速、船舶的航速、螺旋桨的相对进程以及螺旋桨所消耗的功率等各物理量之间的关系,即:当螺旋桨的相对进程一定时,船舶的航速与螺旋桨的转速成正比,螺旋桨消耗的功率与其转速的三次方成正比;而当螺旋桨的转速一定时,随船舶航行阻力系数的增大,船舶的航速将减小,螺旋桨消耗的功率将增大。
最后,在上述理论分析的基础上,进一步讨论了螺旋桨的转速发生变化时,船舶的航行经济性问题。
关键词: 船舶推进;力;功率;动态平衡;航行经济性中图分类号: U66411 文献标识码: A文章编号: 1672-7649(2010)04-0032-03 DO I:1013404/j 1issn 11672-7649120101041008Research on two dynam i c bl ance i n the sh i p πs propulsi on processL I U Xue 2gong,S ONG Zhen 2hai,Z HANG Hong 2kai (Navy Submarine Acade my,Q indao 266042,China )Abstract: I n order t o clarifying the relati onshi p a mong such physical quantities as power and f orce in the shi p πs p r opulsi on p r ocess and supp lying theoretic reference f or using the shi p πs main engine p r omp tly without overl oading,the dyna m ic blance bet w een the p r opeller πs thrusting force and the shi p πs sailing resitance are analyzed .A ls o the relati onshi p of the p r opeller πs s peed,the shi p πs vel ocity,the p r opeller πs relative advance coefficient and the p r opeller πs consu m ing power are deduced,that is,when the the p r opeller πs relative advance coefficient is constant,the shi p πs vel ocity is p r oporti on t o the p r opeller πs s peed and the the p r opeller πs consum ing power is p r oporti on t o the cube of the p r opeller πs s peed .However,when the p r opeller πs s peed is constant,with the increase of the sailing resistant coefficient,the shi p πs vel ocity will decrease and the p r opeller πs consu m ing power will increase .Base on the analysis above,there is a discussi on on the shi p πs economy in sailing p r ocess .Key words: shi p πs p r opulsi on;f orce;po wer;dyna m ic balance;shi p πs economy in sailing p r ocess收稿日期:2009-06-01;修回日期:2009-07-27作者简介:刘学功(1978-),男,硕士,教员,研究方向为轮机工程。
垂直锐孔自由出流的孔前流动影响区机械能损失模型
垂直锐孔自由出流的孔前流动影响区机械能损失模型曹睿;刘艳升;严超宇;刘晶;刘晓娜【摘要】对流体通过具有相同孔径的流线型收缩孔和垂直锐孔的自由出流进行了实验,用收缩孔的机械能损失模拟垂直锐孔的孔前流动机械能损失,并将孔前流动的机械能损失与垂直锐孔整个孔流过程的机械能损失进行了对比.实验结果定量说明了不同流动状态下典型大孔和典型小孔的孔前流动机械能损失占孔流总机械能损失的比例,该比例还反映出了大孔、小孔入孔以后流动的机械能损失差异及其随板厚变化的规律,从而验证了前期对孔流机理的分析.此外,根据前期提出的孔前流动影响区的物理模型,结合计算流体力学软件Fluent 6.2模拟得到的孔前区流场数据,得出了孔前流动影响区内阻力系数模型基本方程,在此基础上,对孔前流动的机械能损失实验数据进行拟合,建立了稳定湍流状态下孔前流动影响区的机械能损失模型.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2010(061)009【总页数】7页(P2243-2249)【关键词】孔前流动影响区;机械能损失;孔流系数【作者】曹睿;刘艳升;严超宇;刘晶;刘晓娜【作者单位】中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京,102249【正文语种】中文【中图分类】TQ022.12Abstract:The experiments on the characteristics of the fluid discharging through the streamlined contractive orifice and the vertical sharp-edged orifice with same diameter were carried out.The mechanical energy loss of the fluid flowing in front of vertical sharp-edged orifice was imitated by that of the fluid through the streamlined contractive orifice,which was compared with the mechanical energy consumed in the whole orifice discharge process through vertical sharp-edged orifice.Thus,the proportion of the upstream mechanical energy loss to total mechanical energy loss can be obtained quantitatively with respect to typical“largeorifice”and“small one”at different operating conditions.The proportion reflects the difference of the mechanical energy consumed inside orifice between large orifice and small orifice,as well as the effects of the plate thickness.Moreover,the flow mechanism of orifice discharge proposed in the study before this work was verified.Afterwards,according to the physical model of the contributing flow region in front of orifice and the data of the flow field simulated with computational fluid dynamics(CFD) software Fluent 6.2 before this work,the basic mode of equation on the resistance coefficient of the contributing flow region in front of orifice was obtained.Therefore,the model of mechanical energy consumed upstream at fully developmental turbulent regime was founded by simulated the experimental data.Key words:contributing flow region in front of orifice;mechanical energy loss;orifice discharge coefficient黏性流体从容器上的孔口或管嘴流出时造成的机械能损失是反映孔流特征的重要参数,其特性研究在工程应用中具有重要的实际意义。
液压流体力学第6章孔口出流资料
点的坐标x和y,如果忽略射流四周的空气阻力,则
x vct
y 1 gt2 2
消去时间t,得收缩断面c-c上的平均流速
vc x
g 2y
代入 vc Cv 2gH 则得
Cv 2
x Hy
二、流量系数Cd 1、定义理论流速vT 来自2(gH p)则:
Cd
A
qv
2gHp
qv AvT
qv qvT
2、流量系数的物理意义就是实际流量与理论流量 之比。
流速为v2,在收缩断面上的流速vc > v2 ,因此收缩 断面上的压强pc一定小于管嘴出流断面上的压强, 即小于大气压强pa ,这样就在厚壁孔口的内收缩 断面上产生真空,将液体从容器中吸入流体,从而
使厚壁孔口比面积相同的薄壁孔口流出更多的流量
❖ 本章小结
❖ 几个基本概念:薄壁孔口、厚壁孔口、流速系数、 流量系数、收缩系数、阻力系数、完全收缩、部 分收缩。
图8-6为带有外伸圆柱形厚壁孔口的容器。取1-1、 2-2两缓变流断面列伯努利方程
HP 1 g21v g1 2P 2 g22g v2 2h
厚壁孔口只有内收缩而无外收缩,这是它与薄壁孔 口的区别之一。区别之二是厚壁孔口阻力损失由下 列三部分组成:一是入口阻力损失,二是c-c断面 后的扩大阻力损失,三是后半段上沿程能头损失。 因此
❖ 本章讨论液体孔口出流的基本概念,研究 流体出流的特征,确定出流速度、流量和 影响它们的因素。通过对这些问题的研究, 以便使我们进一步掌握流体流动基本规律 的应用。
8.1 孔口出流的分类
孔口出流:流体流经孔口的流动现象。 一、薄壁孔口和厚壁孔口 1、如果液体具有一定的流速,能形成射流,且孔口 具有尖锐的边缘,此时边缘厚度的变化对于液体出 流不产生影响,出流水股表面与孔壁可视为环线接 触,这种孔口称为薄壁孔口。 特征:L/d≤2 2、如果液体具有一定的速度,能形成射流,此时虽 然孔口也具有尖锐的边缘,射流亦可以形成收缩断 面,但由于孔壁较厚,壁厚对射流影响显著,射流 收缩后又扩散而附壁,这种孔口称为厚壁孔口或长 孔口,有时也称为管嘴。特征:2<L/d≤4
孔口与管嘴出流实验
孔口与管嘴出流实验一、实验目的要求1.掌握孔口与管嘴出流的流速系数、流量系数、侧收缩系数、局部阻力系数的量测技能;2.通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析,了解进口形状对出流能力的影响及相关水力要素对孔口出流能力的影响。
孔口管嘴实验装置简图1. 自循环供水器2. 实验台3. 可控硅无级调速器4. 恒压水箱5. 溢流板6. 稳水孔板7. 孔口管嘴(1#喇叭进口管嘴2#直角进口管嘴3#锥形管嘴4#孔口)8. 防溅旋板9. 测量孔口射流收缩直径移动触头10. 上回水槽11. 标尺12. 测压管二、实验原理流量系数收缩系数流速系数阻力系数三、实验方法与步骤1.记录实验常数,各孔口管嘴用橡皮塞塞紧。
2.打开调速器开关,使恒压水箱充水,至溢流后,再打开1#园角管嘴,待水面稳定后,测记水箱水面高程标尺读数H,测定流量Q(要求重复测量三次,时间尽量长些,以求准确),1测量完毕,先旋转水箱内的旋板,将1#管嘴进口盖好,再塞紧橡皮塞。
及流量Q,观察和量测直角3.依照上法,打开2#管嘴,测记水箱水面高程标尺读数H1管嘴出流时的真空情况。
及Q。
4.依次打开3#园锥形管嘴,测定H15.打开4#孔口,观察孔口出流现象,测定H及Q,并按下述7(2)的方法测记孔口收缩1断面的直径(重复测量三次)。
然后改变孔口出流的作用水头(可减少进口流量),观察孔口收缩断面直径随水头变化的情况。
6.关闭调速器开关,清理实验桌面及场地。
7.注意事项:(1)实验次序先管嘴后孔口,每次塞橡皮塞前,先用旋板将进口盖掉,以免水花溅开;(2)量测收缩断面直径,可用孔口两边的移动触头。
首先松动螺丝,先移动一边触头将其与水股切向接触,并旋紧螺丝,再移动另一边触头,使之切向接触,并旋紧螺丝,再将旋板开关顺时针方向关上孔口,用卡尺测量触头间距,即为射流直径。
实验时将旋板置于不工作的孔口(或管嘴)上,尽量减少旋板对工作孔口、管嘴的干扰;(3)进行以上实验时,注意观察各出流的流股形态,并作好记录。
孔口流量系数
孔口流量系数一、什么是孔口流量系数?孔口流量系数是指在一定条件下,流经孔口的实际流量与理论流量之间的比值。
它是描述孔口流量特性的一个重要参数,通常用符号Cv表示。
二、孔口流量系数的计算方法孔口流量系数的计算方法有多种,常见的有以下几种: 1. 标准孔口流量系数:当流体的流速为标准流速时,孔口流量系数的值为1。
2. 实际孔口流量系数:当流体的流速不是标准流速时,可以通过实验或理论计算的方法来确定孔口流量系数的值。
三、孔口流量系数的影响因素孔口流量系数受到多种因素的影响,主要包括以下几个方面: 1. 孔口形状:不同形状的孔口对流体的流动产生不同的阻力,从而影响孔口流量系数的大小。
2. 孔口尺寸:孔口的尺寸越大,流体通过孔口的流量越大,孔口流量系数也相应增大。
3. 流体性质:流体的粘度、密度等性质对孔口流量系数有一定的影响。
4. 流体流速:流体的流速越大,孔口流量系数越小。
四、孔口流量系数的应用领域孔口流量系数在工程领域有广泛的应用,主要包括以下几个方面: 1. 流量测量:通过测量孔口流量系数,可以准确地计算流体的流量,用于工业生产中的流量测量和控制。
2. 水利工程:孔口流量系数可以用于设计水利工程中的水流控制设备,如堰闸、水闸等。
3. 石油工程:孔口流量系数在石油工程中的应用较多,可以用于石油井的产能测试和油气储层的评价等。
4. 空气动力学:在航空航天领域,孔口流量系数可以用于飞行器的气动特性分析和设计。
5. 气象学:孔口流量系数可以用于气象观测设备中的气流测量和分析。
五、孔口流量系数的实验方法为了准确地确定孔口流量系数的值,通常需要进行一系列的实验。
常用的实验方法有以下几种: 1. 试验台法:在试验台上设置孔口,通过改变流体流速和孔口尺寸,测量流体的流量和压力差,从而计算出孔口流量系数的值。
2. 标准孔口法:在流体管道中设置标准孔口,通过测量流体的流量和压力差,利用已知的标准孔口流量系数,计算出待测孔口的流量系数。
孔流流速系数
孔流流速系数
孔流流速系数是流体力学中一个重要的参数,用来描述流体在通过孔口时的流速情况。
它是指孔口出口处的实际流速与理论流速之比,通常用φ表示。
孔流流速系数的大小受到多种因素的影响,包括孔口的大小、流体性质、流体压力和温度等。
在实际应用中,孔流流速系数是用于描述流体流动特性的重要参数,它可以帮助人们了解流体流动的实际情况,从而进行有效的工程设计和优化。
例如,在化工、能源、水利等领域中,孔流流速系数对于管道设计、泵站设计、水力发电等领域都有着重要的应用。
在计算孔流流速系数时,通常需要使用一些经验公式或者实验数据来进行估算。
这些公式或者数据通常是通过实验或者实际工程经验得出的,具有一定的误差范围。
因此,在进行孔流流速系数的计算时,需要结合实际情况进行综合考虑,并根据具体需求进行选择和应用。
除了孔流流速系数外,流体力学中还有许多其他的参数和概念,例如流体阻力、流线、湍流等。
这些参数和概念在描述流体流动特性和解决实际问题中都有着重要的应用。
因此,对于从事流体流动相关领域的人员来说,掌握这些参数和概念是非常必要的。
流力实验实验十一孔口与管嘴出流实验
实验十一孔口与管嘴出流实验一、实验目的1.量测孔口与管嘴出流的流速系数、流量系数、侧收缩系数局部阻力系数及圆柱形管嘴内的局部真空度。
2.分析圆柱形管嘴的进口形状(圆角和直角)对出流能力的影响及孔口与管嘴过流能力不同的原因。
二、实验装置图二孔口、管嘴结构剖面图三、实验原理在恒压水头下发生自由出流时孔口管嘴的有关公式为:实验测得上游恒压水位及各孔口、管嘴的过流量,利用以上5个公式,从而得出不同形状断面的孔口、管嘴在恒压、自由出流状态下的各水力系数。
根据理论分析,直角进口圆柱形外管嘴收缩断面处的真空度为hv = Pv/ρg = 0.75H本实验装置可实测出直角进口圆柱形外管嘴收缩断面处的真空度,打开直角进口管嘴射流,即可观测到,测管处水柱迅速降低,hv = 0.6 ~ 0.7H。
说明直角进口管嘴在进口处产生较大真空。
但与经验值0.75H。
相比,真空度偏小,其原因主要是有机玻璃材料的直角进口锐缘难以达到象金属材料那样的强度。
观察孔口及各管嘴出流水柱的流股形态:打开各孔口管嘴,使其出流,观察各孔口及管嘴水流的流股形态,因各种孔口、管嘴的形状不同,过流阻力也不同,从而导致了各孔口管嘴出流的流股形态也不同:圆角管嘴出流水柱为光滑圆柱,直角管嘴为圆柱形麻花状扭变,圆锥管嘴为光滑圆柱,孔口则为具有侧收缩的光滑圆柱;圆锥管嘴虽亦属直角进口,但因进口直径渐小,不易产生分离,其侧收缩断面面积接近出口面积(µ值以出口面积计),故侧收缩并不明显影响过流能力。
另外,从流股形态看,横向脉动亦不明显,说明渐缩管对流态有稳定作用(工程或实验中,为了提高工作段水流的稳定性,往往在工作段前加一渐缩段,正是利用渐缩的这一水力特性)。
能量损失小,因此其µ值与圆角管嘴相近。
观察孔口出流在d/H > 0.1时与在d/H < 0.1时侧收缩情况:开大流量,使上游水位升高,使d/H < 0.1,测量相应状况下收缩断面直径dc;再关小流量,上游水头降低,使d/H > 0.1,测量此时的收缩断面直径d c’的值,可发现当d/H > 0.1时d c’增大,并接近于孔径d,这叫作不完全收缩,此时由实验测知,µ也增大,可达0.7左右。
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注册结构师流体力学复习知识点1、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。
圆柱形外管嘴恒定出流:先收缩后扩大到整满管。
2. 孔口外加了管嘴,增加了阻力,但流量并未减少,反而比原来提高了32%,这是因为收缩断面处真空起的作用。
与孔口自由出流相比,孔口出流收缩断面在大气中,而管嘴出流收缩断面为真空区,真空度达作用水头的0.75倍,真空对液体起抽吸的作用,相当于把孔口的作用水头增大75%,这就是管嘴出流比孔口出流增大的原因。
3. 圆柱形外管嘴的正常工作条件当收缩断面的真空高度超过7米水柱时,空气将会从管嘴出口吸入,使得收缩断面的真空被破坏,管嘴不能保持漫流。
所以圆柱形外管嘴的工作条件是:(1) 作用水头H0<9m(2) 管嘴长度L=(3~4)d。
结构师考试钢结构复习资料(一)热裂纹热裂纹是指高温下所产生的裂纹,又称高温裂纹或结晶裂纹,通常产生在焊缝内部,有时也可能出现在热影响区,表现形式有:纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹弧坑裂纹和热影响区裂纹。
其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象,低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析,凝固以后强度也较低,当焊接应力足够大时,就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹。
此外,如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质,当焊接拉应力足够大时,也会被拉开。
总之,热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。
针对其产生原因,其预防措施如下:(1)限制母材及焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体)中易偏析元素和有害杂质的含量,特别应控制硫、磷的含量和降低含碳,一般用于焊接的钢材中硫的含量不应大于0.04 5% ,磷的含量不应大于0.055% ;另外钢材含碳量越离,焊接性能越差,一般焊缝中碳的含量控制在0.10% 以下时,热裂纹敏感性可大大降低。
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1131 10 d= 121 00
371 70 31 00
401 26 d= 71 16
231 49 11 71
P 4
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1
a2
a2
ab
3 4
a2
1131 13 a= 71 96
401 93 21 76
1131 64 a= 101 66
421 64 21 67
1131 40 a= 151 00 b= 71 56
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1121 80 a= 161 14
481 42 21 33
391 10 a= 41 68
241 06 11 63
381 94 a= 61 24
241 96 11 56
Key words: o rifice discharg e co ef f icient ; g eo metry o f orifice; CFD
引言
孔结构参数是孔射流的重要影响因素之一[ 1] ,
相关文献报道主要涉及孔径板厚比 d/ t 对孔流系数 Co 的影响[ 2-4] , 也有文献报道了孔倾角的影响[ 5-6] , 其他孔结构参数的研究未见报道。因此, 本项目开
391 47 a= 81 97 b= 41 40
261 74 11 48
401 83 a= 91 71
291 13 11 40
第5期
曹睿等: 垂直锐边孔口的自由出流特性 ( Ó)
# 1123 #
F ig1 2
图 2 典型小孔的孔流系数曲线 Or ifice dischar ge coefficient curv es o f typical small
第 60 卷 第 5 期 2009 年 5 月
化工学报 CIESC Jo urnal
V ol1 60 N o1 5 M ay 2009
研究简报
垂直锐边孔口的自由出流特性 ( Ó) 孔几何形状对孔流系数的影响
曹 睿, 刘艳升
( 中国石油大学 ( 北京) 化学科学与工程学院, 北京 102249)
关键词: 孔流系数; 孔几何形状; 计算流体力学
CAO Rui, LIU Yansheng
( F aculty o f Chemical Science and Eng ineer ing , China Univers ity o f Petro leum, Beij ing 102249, China)
Abstract: T he behavior o f t he fluid f low ing t hr oug h vert ical sharp- edged o rifices w it h t he sam e crosssect ion area but dif ferent g eomet ry w as invest igat ed experiment ally on ty pical / larg e o rifice0 and / sm all orif ice0 1 T he pro files of orif ice discharg e coef ficient curves of circular, ellipt ical, square, rect ang ular and tr iangular o rifices w ere sim ilar, and t he prof ile of t he circular one is the highest and t hat of t he triangular one is t he low est1 It can be concluded that the orifice. s geom et ry has some eff ect on o rifice discharge, but it is not t he key param et er, because it do esn. t change t he o rif ice. s flo w mechanism essentially1 T he ef f ects of the o rifice. s g eomet ry on energy lo sses w ere evaluat ed based on t he analy sis of t he hydraulic radius of orif ice, interf acial t ension in acut e angle, and penetr at ing phenom enon of jet f low t hro ug h non- cir cular orif ices, w hich m ight com plement t he flow mechanism of the circular orifice t he aut hors st udied bef ore1 Af terw ards, the or if ice f low w as simulat ed w it h CFD sof t w are F luent 61 2 in o rder t o investig at e the ef fect of orif ice. s g eo metr y on velocit y dist ribut ion and energy losses of orif ice discharg e1 It can be seen fro m the sim ulat ed flo w field t hat t he geom et ry of or if ice had lit t le eff ect o n the ov er all rang e and velocity dist ribut ion of t he cont ribut ing flow r eg io n in fr ont of t he or if ice, and t he energ y dissipat ion in f ront of the orif ice st ill could be calculated by t he hemispher e m odel1 It may help t o underst and t hat t he dif f erence of mechanical energy lo sses in or if ice f low appears aft er f low ing int o the or if ice.
11 2 孔及孔板结构 本研究对孔面积 相等的 圆形、椭圆形、正方
形、矩形和三角形通孔分别进行了典型大孔和典型小 孔的 Co 实验, 被测孔口结构尺寸见表 1。孔板采用不 锈钢材质, 孔端去除毛刺, 孔壁绝对粗糙度 3132 Lm。 11 3 实验结果及分析 11 31 1 孔流系数随 Reynolds 数和液层高度的变化
中图分类号: T Q 0221 12
文献标识码: A
文 章编号: 0438- 1157 ( 2009) 05- 1121- 06
Characteristics of vertical sharp-edged orifice discharge ( Ó) E ffect o f geometry on orifice discharge coefficient
图 1 是各种孔形典型大孔的 h- Co 和 R e- Co 曲线,
1 实验部分
11 1 实验装置与流程 实验装置与流程详见前期研究报道[ 7] 。
图 1 典型大孔的孔流系数曲线 F ig1 1 Or ifice dischar ge coefficient curves of t ypical
larg e or ifice ( dcir = 121 00 mm, t= 41 00 mm)
w et t ing perimet er/ mm hydraulic radius/ mm t ypical s mal l orifice ( dcir = 71 16 mm, t = 101 00 mm ) area/ m m2 charact eris ti c dim ens ion / mm
2008- 11- 03 收到初稿, 2009- 01- 04 收到修改稿。 联系人: 刘艳升。 第一作者: 曹 睿 ( 1973 ) ) , 女, 硕士 研究 生, 讲师。 基金项目: 国家自然科学基金项目 ( 20476059) 。
Received date: 2008- 11- 03. Corresponding author: Prof . L IU Y an sheng. E- mail: w super @ cu p1 edu1 cn Foundat ion item: su pport ed b y t he N at ional N at ural Science Foundati on of Ch ina ( 20476059) .
# 1122 #
化工学报
第 60 卷
展了不同孔结构参数下孔流特性的系统研究。前期 工作首先考察了 d 和 t 对垂直圆孔射流的影响[ 7] , 研究结果表明, d 和 t 对 Co 的作用是协同的, 根 据 d/ t 可将孔流划分为两种机理, 具有较小 d/ t 的 孔流曲线随 Reynolds 数 R e 或液层高 h 单调递增, 称为 / 小孔0 或 / 厚壁孔0 机理; 具有较大 d/ t 的 孔流曲线存在峰值, 称为 / 大孔0 或 / 薄壁孔0 机 理。为了进一步研究不同 d/ t 下孔流机理的差异, 前期工作还将孔流分为孔前流 动和孔道流动 两部 分, 提出了孔前流动影响区的物理模型[ 8] , 即液位 不很低时, 将孔前整个液层内的流动阻力损失简化为 经过一个近似半球形范围的阻力损失, 影响区以外能 量损失可忽略。该模型将复杂的孔前流动简化为影响 区流动, 使得孔前速度场和压力场描述大为简化。