第5章 孔口管嘴与管路流动
合集下载
流体力学龙天渝课后答案第五章孔口管嘴管路流动
解�由题得� � � �
1 � 0.707
l
� d � �� �1
6.如上题�当管嘴外空气压强为当地大气压强时�要求管嘴出流流速为 30m/s。此时静压箱 内应保持多少压强�空气密度为 ρ=1.2kg/m3。
解� v � � 2 �p �得 �p � 1.08kN / m 2 �
7.某恒温室采用多孔板送风�风道中的静压为 200Pa�孔口直径为 20mm�空气温度为 20℃� μ=0.8。要求通过风量为 1m3/s。问需要布置多少孔口�
∴负压值为-2.93m 16.如图水泵抽水系统�管长、管径单位为 m�ζ 给于图中�流量 Q=40×10-3m3/s�λ=0.03。 求�
�1�吸水管及压水管的 S 数。 �2�求水泵所需水头。 �3�绘制总水头线。
5
解��1� S H1
=
� 8�� �
�
L1 d1
�
��1 �
2
d
4 1
g
�
2
� �� �
� 8� l1
解�(1)
S P1 �
d1
�
2
d
4 1
�8� l2
SP2 �
d2
�
2
d
4 2
� 8(� l3 � 1)
SP3 �
d3
�
2
d
4 3
S P � S P1 � S P 2 � S P3
p � SPQ2
解得� p � 2500 Pa
�2�铅直安装不会改变总压�因为同种气体位压等于零 �3� p � S P Q 2 � 2830 Pa 18. 并联管路中各支管的流量分配�遵循什么原理�如果要得到各支管中流量相等�该如何 设计管路�
第五章孔口、管嘴及有压管路
c 1
2
v
1
2 gH 0 n 2 gH 0
Q vA n A 2 gH 0 n A 2 gH 0
其中ζ 为管嘴的局部阻力系数，取0.5；则
流速系数 流量系数
n
1 1 0.82＜孔口 0.97 ~ 0.98 1 0.5
n n 0.82 ＞孔口 0.60 ~ 0.62
图1：Q1
Q2；图2：Q1
Q2。（填>、< 或＝）
第五章 有压管流
问题：水位恒定的上、下游水箱，如图，箱内水深为
H 和h。三个直径相等的薄壁孔口1,2,3位于隔板上的
不同位置，均为完全收缩。 问：三孔口的流量是否相等？为什么？ 若下游水箱无水，情况又如何？
答案
1=2，3不等；三孔不等
第五章 有压管流
v孔口 孔口 2 gH孔口 孔口 0.97 1 vn n 0.82 n 2 gHn
2.流量比较
Q孔口 孔口 A孔口 2 gH孔口 孔口 0.62 1 Qn n 0.82 n An 2 gHn
第五章 有压管流
【例】为使水流均匀地进入混凝沉淀池，通常在进口处 建一道穿孔墙如图，通过穿孔墙流量为125L/s，设若干 个15cmⅹ15cm的孔口，按规范要求通过孔口断面平均流速 在0.08~1.0m/s，试计算需若干孔口？
容器放空（即H2＝0）时间 t0
2 A0 H1
2 A0 H1 2V A g A 2 gH1 Qmax
结论：在变水头情况下，等横截面的柱形容器放空（或充满）所需的时间
等于在起始水头H1下按恒定情况流出液体所需时间的两倍。
第五章 有压管流
第二节、管嘴岀流
流体力学 第5章孔口管嘴出流与管路水力计算
5.2.3 其他类型管嘴出流
对于其他类型的管嘴出流，其流速、流量的计算公式与圆柱形管嘴公式形式相似。但 流速系数及流量系数各不相同，下面是几种常用的管嘴。
1. 流线形管嘴 如图 5.4(a)所示，流速系数ϕ = μ = 0.97 ，适用于水头损失小，流量大，出口断面上速 度分布均匀的情况。
2. 扩大圆锥形管嘴 如图 5.4(b)所示，当θ = 5°～7°时，μ＝ϕ＝0.42～0.50 。适合于将部分动能恢复为压能的 情况，如引射器的扩压管。
流体力学
收缩产生的局部损失和断面 C―C 与 B―B 间水流扩大所产生的局部损失，相当于一般锐缘
管道进口的局部损失，可表示为 hw
=ζ
VB 2 2g
。将
hw 代入上式可得到：
H0
=
(α
+ζ
) VB2 2g
其中， H 0
=
H
+
α
AV
2 A
2g
，则可解得：
V=
1 α + ζ 2gH 0
=ϕ
2gH 0
(5-8)
1. 自由出流 流体经孔口流入大气的出流称为自由出流。薄壁孔口的自由出流如图 5.1 所示。孔口 出流经过容器壁的锐缘后，变成具有自由面周界的流股。当孔口内的容器边缘不是锐缘状 时，出流状态会与边缘形状有关。
图 5.1 薄壁孔口自由出流
由于质点惯性的作用，当水流绕过孔口边缘时，流线不能成直角地突然改变方向，只 能以圆滑曲线逐渐弯曲，流出孔口后会继续弯曲并向中心收敛，直至离孔口约 0.5d 处。流
5.3.1 短管计算
1. 自由出流
流 体 经 管 路 流 入 大 气 ， 称 为 自 由 出 流 ( 图 5.5) 。 设 断 面 A ― A 的 总 水 头 为
[流体力学课件]第五章孔口管嘴管路流动08
![[流体力学课件]第五章孔口管嘴管路流动08](https://img.taocdn.com/s3/m/ede1d66f69eae009591bec13.png)
2 C 2 vC H 0 1 1 2g
C
图5-3 淹没出流
H0——淹没出流的作用水头
江汉大学化环学院
流体力学与流体机械
物理意义：促使流体克服阻力流入到下游的全部能量 1 1 H0与孔口位置无关 2 H0 2
H1
特例：P1= P2=Pa，v1= v2 =0
H2
H0 z1 z2 H
H
孔口处的作用水头恒定，为恒定孔口出 流，反之，为非恒定孔口出流。
3、薄壁孔口出流和厚壁孔口出流：
如果孔壁厚度不影响孔口出流，流体与 孔壁的接触只是一条周线，此孔口为薄壁 孔口，反之，为厚壁孔口。
江汉大学化环学院
流体力学与流体机械
二、孔口自由出流
如图5-1所示，水箱侧壁上开一孔口，水从四面八方向孔口汇 集涌出。由于质点的惯性，当绕过孔口边缘时，流线不能成折弯 改变方向，只能逐渐弯曲，于是流出水股在孔口断面上继续弯曲 且向中心收缩，所以孔口断面上各流线是不平行的，呈急变流断 面。直到水股流出距孔口约1/2d处(d为孔径)，断面收缩达到最小， 流线趋于平直，这一断面称为收缩断面，如图5-1的C-C断面所示。
c
2
c 2
连续性方程
vC AC v2 A
江汉大学化环学院
流体力学与流体机械
AC 取 A
1 1
2
v2 2 gH0
p2 pa
0.82
0.02
l d 3
解得C-C断面真空值
允许真空值
pa pC 0.75H 0 g
hv 7m
的流量Q=80L/s，求两管嘴出流的流量q1、q2
江汉大学化环学院
流体力学与流体机械
C
图5-3 淹没出流
H0——淹没出流的作用水头
江汉大学化环学院
流体力学与流体机械
物理意义：促使流体克服阻力流入到下游的全部能量 1 1 H0与孔口位置无关 2 H0 2
H1
特例：P1= P2=Pa，v1= v2 =0
H2
H0 z1 z2 H
H
孔口处的作用水头恒定，为恒定孔口出 流，反之，为非恒定孔口出流。
3、薄壁孔口出流和厚壁孔口出流：
如果孔壁厚度不影响孔口出流，流体与 孔壁的接触只是一条周线，此孔口为薄壁 孔口，反之，为厚壁孔口。
江汉大学化环学院
流体力学与流体机械
二、孔口自由出流
如图5-1所示，水箱侧壁上开一孔口，水从四面八方向孔口汇 集涌出。由于质点的惯性，当绕过孔口边缘时，流线不能成折弯 改变方向，只能逐渐弯曲，于是流出水股在孔口断面上继续弯曲 且向中心收缩，所以孔口断面上各流线是不平行的，呈急变流断 面。直到水股流出距孔口约1/2d处(d为孔径)，断面收缩达到最小， 流线趋于平直，这一断面称为收缩断面，如图5-1的C-C断面所示。
c
2
c 2
连续性方程
vC AC v2 A
江汉大学化环学院
流体力学与流体机械
AC 取 A
1 1
2
v2 2 gH0
p2 pa
0.82
0.02
l d 3
解得C-C断面真空值
允许真空值
pa pC 0.75H 0 g
hv 7m
的流量Q=80L/s，求两管嘴出流的流量q1、q2
江汉大学化环学院
流体力学与流体机械
第五章 孔口、管嘴出流和有压管路
(2)管嘴长度l=(3～4)d。
5.2.4 其他形式管嘴
工程上为了增加孔口的泄水能力或为了增加(减少)出 口的速度，常采用不同的管嘴形式
(1)圆锥形扩张管嘴 （θ=5～7° ） (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
5.3 有压管路恒定流计算
1
从 1→2 建立伯努利方程，有
v2 H 0 00 n 2g 2g 2g
l (3 ~ 4)d
0v0 2
v 2
H
c
0 d
2
0
1 v n
2 gH0 n 2 gH0
c
2
n 0.5
式中：
1 n n
1
n 为管咀流速系数， n 0.82
pc
0.75H 0
对圆柱形外管嘴：
α=1， ε=0.64， φ=0.82
5.2.3 圆柱形外管嘴的正常工作条件
收缩断面的真空是有限制的，如长江中下游地区， 当真空度达7米水柱以上时，由于液体在低于饱和蒸汽 压时会发生汽化 。 圆柱形外管嘴的正常工作条件是： (1)作用水头H0≤9米；
5.2 管嘴出流
一、圆柱形外伸管嘴的恒定出流
计算特点: 出流特点:
hf 0
在C-C断面形成收缩，然后再扩大，逐步充满 整个断面。 1
l (3 ~ 4)d
H
c
0 d
2
0
c
2
1
在孔口接一段长l=(3～4)d的 短管，液流经过短管并充满出口 断面流出的水力现象成为管嘴出 流。 根据实际需要管嘴可设计成： 1）圆柱形：内管嘴和外管嘴 2）非圆柱形：扩张管嘴和收缩 管嘴。
工程流体力学 第5章 管路管嘴
以0-0作为基准面，写出1-1和2-2断面的总流 伯努利方程 2 2 p a 1 v1 pa 2 v2 H 0 hl 2g 2g 上式中， v1
0
因为是长管，忽略局部阻力
2 2
2v h r 和速度水头 ， 则 hl h f ，故 2g H hf （5.1）
5.1.2 长管的水力计算
对于一般输水管道，常取y =1/6，即曼宁公 式 1 1 c R6 （5.5） n 管壁的粗糙系数值随管壁材料、内壁加工 情况以及铺设方法的不同而异。一般工程 初步估算时可采用表5.1数值。
5.1.2 长管的水力计算
序号 1 壁面种类及状况 安装及联接良好的新制清洁铸铁 管及钢管；精刨木板
5.1.1 短管的水力计算
水泵的吸水管、虹吸管、液压传动系统的输油管 等，都属于短管，它们的局部阻力在水力计算时 不能忽略。短管的水力计算没有什么特殊的原则， 主要是如何运用前一章的公式和图表。
[例题5.1] 水泵管路如图5.1所示， 铸铁管直径d=150mm，管长 l=180m ，管路上装有吸水网（无 底阀）一个，全开截止阀一个，管 半径与曲率半径之比为 r/R=0.5 的 弯头三个，高程h=100m，流量 Q=225m3/h，水温为20℃。试求水 泵的输出功率。
5.2.2 并联管路
根据连续性方程，有 Q Q1 Q2 Q3 （5.11） 根据式（5.10）和式（5.11）可以解决并联管路水 力计算的各种问题。 强调 ：虽然各并联管路的水头损失相等，但这只说 明各管段上单位重量的液体机械能损失相等。由 于并联各管段的流量并不相等，所以各管段上全 部液体重量的总机械能损失并不相等，流量大的 管段，其总机械能损失也大。
第五章 孔口管嘴出流及管路计算
hw 2 s2
1 s2
hw 3 s3
1 s3
Q1 Q2
s2
Q2 ; s1 Q3
s3
Q3 ; s1 Q1
s3 s1
或者：
Q1 : Q2 : Q3 1 s1 : 1 s2 : 1 s3
流量分配规律
第四节 流体通过缝隙液流动 一、平行平板缝隙 图示为在两块平行平板所形成的缝隙间充 满了液体，缝隙高度为h，缝隙宽度和长度 为b和l，且一般恒有b＞＞h和l＞＞h。
QA QB QC Q0 Q
管路水力计算
2.阻力损失关系：串联管路系统的总水头损失（压头）损失 等于各管段水头损失之和。
hw hw A hwB hwC
2 2 2 hw S A Q A S B QB S C QC
第三节
三、并联管路计算
由不同直径或粗糙度的 简单管道连接在一起的 管道叫做串联管道 1.流量关系：
管路水力计算
列1-1及2-2断面伯努利方程：
2 pa v12 p a v2 H 0 hw g 2 g g 2 g 2 v2 H hw 2g v2 l 对于短管： hw h f h j d 2g l 8 hw 2 4 Q 2 hw SQ2 d gd
第二节
1、管嘴出流流量
管嘴出流
以管嘴中心线为基准线，列1-1及b-b断面伯努利方程：
αV V2 H ζ 2g 2g 2g
2 1 1
α V2
令
1
H0 H
1v12
2g
管嘴出口速度为
V
αζ
2 gH0 n 2 gH0
管嘴流量 Q VA n A 2gH 0 un A 2gH 0
第5章 孔口、管嘴出流和有压管路 121页PPT文档
（1）虹吸管的水力计算
虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高 于上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使水流则能通 过虹吸管最高处引向其他处。
虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。 虹吸管 长度一般不长，故按照短管计算。
1 pa
1
虹吸管顶部 zs
2z
2
虹吸管顶部的真空的理论值不能大于最大真空值 （10mH2O）。
孔口、管嘴的水力特性
§5.3 简单短管中的恒定有压流
简单管道的水力计算可分为自由出流 和淹没出流两种情况。
1.自由出流
管道出口水流流入大气，水股四周都受 大气压强的作用，称为自由出流管道。
图5－1中，列断 面1－1、2－2的能量方
程z1p 12 1 g1 2z2p 22 2 g2 2hw 12
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
2g
( c
0
)
vc2 2g
vc
1 c 0
2gH0 2gH0
Q vc Ac A 2gH0 A 2gH0
薄壁小孔口自由出流的基本公式
薄壁小孔口出流的各项系数
当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体 将产生汽化，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏， 故一般虹吸管中的真空值7～8mH2O。
例 有一渠道用两根直径为1.0m的混凝土虹吸管来跨 越山丘， 渠道上游水位为▽1＝100.0m，下游水位为▽2 ＝99.0m，虹吸管长度l1 = 8m l2= 15m；l3 = 15m，中间 有60°的折弯两个，每个弯头的局部水头损失系数为 0.365，若进口局部水头损失系数为0.5；出口局部水头 损失系数为1.0。试确定：
虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高 于上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使水流则能通 过虹吸管最高处引向其他处。
虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。 虹吸管 长度一般不长，故按照短管计算。
1 pa
1
虹吸管顶部 zs
2z
2
虹吸管顶部的真空的理论值不能大于最大真空值 （10mH2O）。
孔口、管嘴的水力特性
§5.3 简单短管中的恒定有压流
简单管道的水力计算可分为自由出流 和淹没出流两种情况。
1.自由出流
管道出口水流流入大气，水股四周都受 大气压强的作用，称为自由出流管道。
图5－1中，列断 面1－1、2－2的能量方
程z1p 12 1 g1 2z2p 22 2 g2 2hw 12
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
2g
( c
0
)
vc2 2g
vc
1 c 0
2gH0 2gH0
Q vc Ac A 2gH0 A 2gH0
薄壁小孔口自由出流的基本公式
薄壁小孔口出流的各项系数
当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体 将产生汽化，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏， 故一般虹吸管中的真空值7～8mH2O。
例 有一渠道用两根直径为1.0m的混凝土虹吸管来跨 越山丘， 渠道上游水位为▽1＝100.0m，下游水位为▽2 ＝99.0m，虹吸管长度l1 = 8m l2= 15m；l3 = 15m，中间 有60°的折弯两个，每个弯头的局部水头损失系数为 0.365，若进口局部水头损失系数为0.5；出口局部水头 损失系数为1.0。试确定：
《流体力学》第五章孔口管嘴管路流动
2g
A
C O
C
(C
1)
vc2 2g
(ZA
ZC )
pA
pC
Av
2 A
2g
令
H0
(Z A
ZC )
pA
pC
AvA2
2g
§5.1孔口自由出流
1
则有
vc
c 1
2gH0
H0
(Z A
ZC )
pA
pC
AvA2
2g
H0称为作用水头,是促使
力系数是不变的。
§5.4 简单管路
SH、Sp对已给定的管路是一个定数，它综合 反映了管路上的沿程和局部阻力情况，称为 管路阻抗。
H SHQ2
p SpQ2
简单管路中，总阻力损失与体积流量平方成 正比。
§5.4 简单管路
例5-5：某矿渣混凝土板风道，断面积为1m*1.2m, 长为50m，局部阻力系数Σζ=2.5，流量为14m3/s, 空气温度为20℃，求压强损失。
2v22
2g
1
vc2 2g
2
vc2 2g
令 H0 (H1 ζH12:局)液部体p阻1 经力p孔2系口数处1v的122g1 2v22
1
H1 H
H2
2
2
H0 (1 2 ) 2vcg2突ζ然2:液扩体大在的收局缩部断阻面力之系后数 C
C
§5.2 孔口淹没出流
1
c 1
2gH0
Q A 2gH0 A 2gH0
出流
H0
流体力学 第五章 孔口管嘴管路流动(第二次)
l d
22
2g
2
l d
2 2
2g
由 2 2gH
得
对于圆柱形管嘴，经实验得：
22 2 H
2g
0.64, 0.02, l / d 3， 0.82
得 pa pc 0.75H 0
负压
表明在收缩断面的真空度是作用水头75%，管嘴的 作用相当于将孔口自由出流的作用水头增大了75%， 从而管嘴流量大为增加。
（2）但是，随着作用水头的增加，真空度亦将增 大。当真空值降低到液体的空气分离压，甚至到饱 和蒸汽压时，液体将气化产生大量气体，必然破坏 流动的连续性而使管嘴不能正常工作。因此，一般 对于水，其作用水头不应大于9～9.5m。
五、管嘴出流的两个限制条件
（1）对收缩断面真空度的限制
1.当流体为水时，在真空值达到7～8mH2O，常温下 的水会发生汽化而不断产生气泡，破坏了连续流动。
2.外界空气在较大压差作用下，近2-2断面冲入真空 区，破坏了真空。
真空值上限
真空值控制在7mH2O以下，故作用水头的极限值 [H2O]=7/0.75=9.3m.
穷究于理，成就与工
流体力学
内容回顾
核心问题1： 孔口出流分类
孔口出流：容器壁
上开孔，水经孔口
流出的水力现象。
H
d
l
d H 10 小孔口
孔口
d H 10 大孔口
孔口断面 流速分布
1、小孔口：以孔口断面上流速分布的均匀性为衡 量标准，如果孔口断面上各点的流速是均匀分 布的，则称为小孔口。
2、大孔口：如果孔口断面上各点的流速相差较大， 不能按均匀分布计算，则称为大孔口。
第五章孔口管嘴及缝隙流动1
得
2
3
Q1 Q3 7 Q,Q2 7 Q
H
0
0
0
0
v2
2g
n
v2 2g
v
1
n
0
2gH n 2gH
n
1
n
式中： n为管咀流速系数， n 0.82
1 H
d
1
l (3 ~ 4)d
c2 0
c2
Q Av n A 2gH 式中： n为管咀流量系数， n n 0.82
★管嘴正常工作条件
l 3 ~ 4d
H 9m
例题1
（1）流线形管嘴，如图（a），φ=μ=0.97， 适用于要求流量大，水头损失小，出口断面 上速度均匀分布的情况。 （2）收缩圆锥形管嘴，如图（b），出流与 收缩角度θ有关，φ=0.963，μ =0.943, 为最大值。适用于要求加大喷射速度的场合。 如消防水枪。 （3）扩大圆锥形管嘴，如图（c）， 当θ =5°-7°时，φ= μ =0.42~0.50。 用于要求将部分动能恢复为压能的情况， 如引射器的扩散管。
弯
v2 2g
例题2
Hs
p2
g
l吸 d
进
弯
v2 2g
hv
l吸 d
进
弯
v2 2g
H s max
hv
l吸 d
进
弯
v2 2g
式中：hv 为泵进口真空度，一般 hv 7 ~ 8 m H2O
实际的安装高度 H只s 要小于或等于 H，sma即x 可。
例题3
[例3]如图所示虹吸管，通过虹吸作用将左侧水输至下游。已知 d、H1、H 2、l1、l2、、e、b ，试求：
城市给水管网是由许多管路组合形成的复杂管路， 通常视为长管计算。
流体力学龙天渝课后答案第五章孔口管嘴管路流动
�
L5
d
5 5
)
H并
�
S
2
Q
2 2
� 11.15m
H 1�5 � S1�5Q 2 � 13m 7
∴ H � 11.15 � 13 � 24.15m
23.管段 1 的管径为 20mm�管段 2 为 25mm�l1 为 20m�l2 为 10m��� 1 � �� 2 � 15 �� � 0.025 �
1
� �� �
1 l
� d � �� �1
证�∵ H 0
�
v2 2g
� ��
v2 2g
��
l d
v2 2g
∴ v � � 2 gH 0
其中� �
1 l
� d � �� �1
5.某诱导器的静压箱上装有圆柱形管嘴�管径为 4mm�长度 l =100mm�λ=0.02�从管嘴入 口到出口的局部阻力系数 �� � 0.5 �求管嘴的流速系数和流量系数�见上题图�。
由于 H 不变� Q3 减小�所以 Q 2 减小 25.三层供水管路�各管段的�值皆 106s2/m5� 层高均为 5m。设 a 点的压力水头为 20m�求 Q1、Q2、Q3�并比较三流量�得出结论来。�忽 略 a 处流速水头�
解� Q' � Q2 � Q3
Q � Q1 � Q' � Q1 � Q2 � Q3
解�Q= n�A 2 �p �得 n � 218.4 �所以需要 219 个 �
8.水从 A 水箱通过直径为 10cm 的孔口流入 B 水箱�流量系数为 0.62。设上游水箱的水面高
程 H 1 =3m 保持不变。
�1�B 水箱中无水时�求通过孔口的流量。
�2�B 水箱水面高程 H 2 =2m 时�求通过孔口的流量。
水力学教程 第5章
第五章孔口、管嘴出流和有压管流从本章开始，将在前面各章的理论基础上，具体研究各类典型流动。
孔口、管嘴出流和有压管流就是水力学基本理论的应用。
容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象称为孔口出流(Orifice Flow)；在孔口上连接长为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(Spout Flow)；水沿管道满管流动的水力现象称为有压管流(Flow in Pressure Conduits)。
给排水工程中各类取水、泄水闸孔，以及某些量测流量设备均属孔口；水流经过路基下的有压涵管、水坝中泄水管等水力现象与管嘴出流类似，此外，还有消防水枪和水力机械化施工用水枪都是管嘴的应用；有压管道则是一切生产、生活输水系统的重要组成部分。
孔口、管嘴出流和有压管流的水力计算，是连续性方程、能量方程以及流动阻力和水头损失规律的具体应用。
§5-1 液体经薄壁孔口的恒定出流在容器壁上开一孔口，若孔壁的厚度对水流现象没有影响，孔壁与水流仅在一条周线上接触，这种孔口称为薄壁孔口，如图5-1-1所示。
图5-1-1一般说，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相同。
但是，当孔口直径d(或开度e)与孔口形心以上的水头高H相比较很小时，就认为孔口断面上各点水头相等，而忽略其差异。
因此，根据d/H的比值大小将孔口分为大孔口与小孔口两类：若d ≤H /10，这种孔口称为小孔口，可认为孔口断面上各点的水头都相等。
若d ≥H /10，称为大孔口。
当孔口出流时，水箱中水量如能得到源源不断的补充，从而使孔口的水头H 不变，这种情况称为恒定出流。
本节将着重讨论薄壁小孔口恒定出流。
1．小孔口的自由出流从孔口流出的水流进入大气，称自由出流(Free Efflux)，如图5-1-1所示，箱中水流的流线从各个方向趋近孔口，由于水流运动的惯性，流线不能成折角地改变方向，只能光滑、连续地弯曲，因此在孔口断面上各流线并不平行，使水流在出孔后继续收缩，直至距孔口约为d /2处收缩完毕，形成断面最小的收缩断面，流线在此趋于平行，然后扩散，如图5-1-1所示的c -c 断面称为孔口出流的收缩断面。
第五章孔口管嘴管路流动优品ppt
q1 q2 q3 q
h hf1 hf 2 hf 3
2、并联管路 并联管路特点：各分路阻力损失相等，总流量等于各分
路流量之和。如图有
q q1 q2 q3 hf 1 hf 2 hf 3 hfAB
需要注意并联管路各管段上的水头损失相等，并不意味 着它们的能量损失也相等。
§5.6 管网计算基础
• 已有泵和风机，即已知作用水头，并知用户所需流量及末端水头，在 管路布置后已知管长，求管径。 这类问题是先求得单位长度上的允许损失水头，查手册确定当 量长度，求出管径，最后校合计算。
有压管中的水击
水击（又名水锤）：
在有压管道中的流速发生急剧变化时，引起压强的剧烈
适当延长阀波门开动启时，间，并使 在整。 个管长范围内传播的现象。
q vc Ac 2gH0 Ac A 2gH0 A 2gH0 式中流量系数： ，其值通常由实验确定。
§5.2 孔口淹没出流
在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口 出流到液体中，称为孔口淹没出流。如图为孔口淹没出流， 列1、2两断面的能量方程有
z 1v12
2g
2v22
2g
hw
qdt dH，取 H0 H，应用定常流孔口自由出流的流量公
式得 A 2gH dt dH
即
dt dH
A 2g H
对上式积分可得水头从H1降到H2所需的时间t
t
t dt
H2 dH 2
0
A 2g H1 H A 2g
H1 H2
当H1 H，H2 0时，上式写成 t 2H A 2gH
§5.4 简单管路
管路系统的水力计算可 分为简单管路的水力 计算和复杂管路的水 力计算。等径无分支 管的管路系统称为简 单管路。
孔口、管嘴管路出流
H
p1
v
2 1 1
2g
0
pc
v
2 c c
2g
hl
对于薄壁hf=0,
2 vc hl 2g
H
0
H d
C 0 C
（用C点的流速水头表示） 代入上式得：
0
2 vc ( c 1 ) 2g 2g
H
令：
p1 pc
1v12
H0 H
p1 pc
令
1 c 1
为流速系数，
实验测得，对于圆截面孔口，
0.97 ~ 0.98 （变化范围不大）.
的物理意义： 对于孔口出流： vc 2gH 0 对于理想流体： c
1, 1 0, 1, vc 2 gH 0 （无粘,流速均匀分布,无损失）
vc 实际流体的流速 vc 理想流体的流速
收缩面与出口 断面相接近， 阻 力 较 大 ， 管内几乎不产 流 量 较 前 者 生真空流量几 小一些 乎与孔口相等， 流体动能增加 保持流量，增 加流速。如： 消防水栓、水 轮机、水力冲 击器、喷射器
有收缩面， 流量较小
实 一般用途 例
外形需隐蔽 之处或过滤 杂质
较少采用
一般用途
16
vc 2gH 0
v
2 1 1
为作用水头。
2g
v H 0 ( c 1 ) 2g
4
2 c
开口容器：自由出流，P1=Pa,Pc=Pa,.
H0 H
1v12
2g
容器很大：液面的流速可以忽略不计的时候，H0=H（水面高度距孔口中心的距离）
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
其中， A c 称为收缩系数， 称为流量系数。 A
0.6~ 20.640.60~0.62
3、收缩系数
1)全部收缩与非全部收缩 2)全部完善收缩与全部非完善收缩
二、孔口淹没出流
Tianjin Institute of Urban Construction
以孔口中心线为基准线，在上下游自由液面1、2两断面间 列能量方程
1
/
2：管嘴（厚壁孔口）
特点 孔壁厚度和
形状促使流股收缩后又
扩开；
流股与孔壁接触形成面 而不是线。
孔口
d/H
0 .1：小孔口
看作是常数，
0 .1：大孔口
壁面上各点的参数可 v , H 0 相同； 需考虑在孔口的射流
断面上各点的
v , H 0， p沿孔口高度的变化。
出流条 件不
同
自由出流：流体自孔口
淹没出流：流体自孔口
直接出流到大气中。 出流到另一充满液体的
空间。
“孔口”：薄壁、小孔口
能量损失 管 孔角 路 口度 ： 、以 管沿 嘴程 ： （损 局 发失 部 生为 损 在主 失 孔或 ）嘴
第一节 薄壁孔口出流
一、孔口自由出流
1、流动分析
Tianjin Institute of Urban Construction
v2 2g
2H 0
0.82Βιβλιοθήκη hvp v papc 0.75H0
表明在收缩断面的真空度是作用水头75%，管嘴的作用相 当于将孔口自由出流的作用水头增大了75%，从而管嘴流量 大为增加。
圆柱外管嘴的正常工作条件
Tianjin Institute of Urban Construction
由公式
hv p v papc 0.7H 50
管道
管道的自由出流
管道的淹没出流
Tianjin Institute of Urban Construction
6
Tianjin Institute of
1 / 2：薄壁孔口 特点 出流流股与孔口壁
接触仅一条周线；厚度
对流动无影响；射流
Urban Construction
/ d
孔口断面：急变流
收缩断面：特点
距孔 处；断面最小； 流线接近平行； 渐变流
2、出流速度及流量的计算
Tianjin Institute of Urban Construction
对A—A液面与C—C断面列能量方程：
p AH2 A gA 2 p c2 c gc 2he
he
hm
c2
2g
若令
H0HpApC2AgA 2
H0
(c
)c2
2g
出口流速：
c
1
c
2gH 0 2gH 0
H0称为作用水头，是促使出流的全部能量，包括A、C间的位
差、压差和上游速度头，0.97~0.98称为流速系数。
Tianjin Institute of
孔口出流量 ：
Urban Construction
Q cA c A2g0 H A2g0 H
自由出流
1
c 1
淹没出流 1 1 2
1 1
c
11
1 1
2
11
（2）作用水头不同：
Tianjin Institute of Urban Construction
•自由出流
液面相对压强为p0
H0
H0v0 2
2g
p0
若 v0 0 p0 pa 0
H0 H
•淹没出流
若容器也是封闭的
H 0(H 1p 12 1v g1 2)(H 2p 22 2v g2 2)
H 1p 12 1 g 1 2H 2p 22 2 g 2 212 g c 222 g c 2
1
：液体经孔口处的局部阻力系数
2 ：液体在收缩断面之后突然扩大的局部阻力系数
2
(1
Ac A2
)2
1
令
H 0H 1H 2p1p211 22 g2
2 2
Tianjin Institute of Urban Construction
若 v1v2 0 p1p2pa0
H0 H1H2
Tianjin Institute of
第二节 圆柱形外管嘴出流 Urban Construction
在直径为d的孔口上外
接长度为l=(3～4)d的
短管，就是圆柱形外 管嘴。
取过水断面o-o，管嘴出口断面b-b， 列能量方程：
H0v02
2g
v2
2g
n
作用水头H0越大，收缩断面真空度也越大。当收缩断面真 空度超过7m水柱时，空气将会从管嘴出口断面被“吸入”， 使收缩断面真空被破坏，管嘴不能保持满管出流。
圆柱形外管嘴 正常工作条件
1、作用水头 2、管嘴长度
列收缩断面C－C和出口断面的能量方程
pa pc vc2 v2 v2
2g 2g 2g
1
H
A Ac
2
1
1
12
O
d
连续性方程
vc
A Ac
v
1
v
1
代入上式
papc
121(11)22vg 2
2
C
O
VC
C
l2
Tianjin Institute of Urban Construction
由 v 2gH0
v2 2g
H0
H
0v02
2g
管嘴出 流速度
1 v
n
2gH 0 2gH 0
管嘴出 流流量
A 2gH0 A 2gH0
在相同的作用水头下，同样断面积的管嘴的过流能力是孔口的 1.32倍。因此，工程上常用管嘴作泄水管。 0.82
收缩断面的真空
Tianjin Institute of Urban Construction
第5章 孔口管嘴与管路流动
基本要求
Tianjin Institute of Urban Construction
1、会计算孔口、管嘴的流速和流量。 2、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管
流动和短管流动的条件。 3、掌握简单管道的水力计算。 4、了解复杂管道的特点和计算方法。
2
孔口
孔口自由出流 O H v0 O
c11 2
1
2g0 H 11
2g0 H 2g0 H
—淹没出流速度系数
p若1p2 0，12则0 H0。 H
流量： QA 2gH0
比较孔口自由出流与淹没出流？
Tianjin Institute of Urban Construction
（1）计算公式一样，各项系数值相同，但要注意，流速 系数含义不同；
Tianjin Institute of Urban Construction
C
d A AC
vC
C
Tianjin Institute of Urban Construction
管嘴
Tianjin Institute of Urban Construction
分离、漩涡区
C
vc
v
d
C (3～4)d