流体力学第7章孔口、管嘴出流和有压管理

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1 10.97210.06
③孔口的收缩系数 Ac / A = 0.60～0.64
④孔口的流量系数μ，。
对薄壁小孔口μ= 0.60～0.62。
Fluid Mechanics
流体力学
§7-1 孔口出流
收缩系数 由于边壁的整流作用，它的存在会影响收缩系数，故有完全收缩 与非完全收缩之分，视孔口边缘与容器边壁距离与孔寸之比的大 小而定，大于3则可认为完全收缩。
小孔面积为A,液流从各个方向涌向孔口,由于惯性作用,流线只能逐渐弯曲,水股
在出口后继续收缩,直至离开孔口1/2孔径处,过流断面达到最小,此断面即为收缩
断面c-c。收缩断面c-c上流速为vc,面积为Ac,则面积收缩系数ε为
A c
A
对面O-O和面C-C列Bernoulli方程
H
p 0
av2 00
p c
av2 cc
c
H 为有效水头或全水头 0
Q vcA cA 2g0 H A2g0 H为孔口的流速 系1数，1
ac 1
为孔口的流量系数，
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§7-1 孔口出流
（2）孔口出流的各项系数
①流速系数
1 1 ac 1
实验测得孔口流速系数 = 0.97～0.98。
②孔口的局部阻力系数ζ,
v2 c
2g 2g 2g
p p p
0
c
a
H
av2 00
av2 cc
v2 c
2g 2g 2g
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§7-1 孔口出流
H a0v02 acvc2 vc2
2g 2g 2g
令H 0
H
来自百度文库
a0 v0 2 2g
则
H0
(ac
)
vc 2 2g
v 1 2gH 2gH
c a
0
0
第7 章
孔口、管嘴出流和有压管流
Fluid Mechanics
流体力学
第7章 孔口、管嘴出流和有压管流
§7-1 孔口出流 §7-2 管嘴出流 §7-3 短管的水力计算 §7-4 长管的水力计算 §7-5 有压管路中的水击 §7-6＊ 离心泵的原理和选用
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第7章 孔口、管嘴出流和有压管流
1
射流而产生截面收缩。与自由式 出流不同的是，截面收缩后还有 一个迅速扩散的过程。 出流阻力由孔口收缩和扩大两部
z
Pa
H1
2
2
c
H2 c
分组成。
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§7-1 孔口出流
以过孔口中心的水平线0-0为基准线，列1-1和2-2断面的伯努利方程
H1
pa
g
1v12
2g
H2
大孔口 当孔口直径d与孔口形心以上的水头高H的比值大
于0.1，即d/H>0.1时，需考虑在孔口射流断面上 各点的水头、压强、速度沿孔口高度的变化，
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§7-1 孔口出流
② 水头随时间变化分
恒定出流 当孔口出流时，容器中的水量如能得到不断补充，从
而使孔口的作用水头不变的这种出流称为恒定出流。
孔口淹没出流的特点2：只考虑局部损失 hwhf hj hj
h j 局部损失分为两部分
流束收缩产生的局部损失
h j1
v
2 c
2g
流束突扩产生的局部损失
h j2
se
v
2 c
2g
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——流股收缩的局部阻力系数
与孔口自由出流相同
se——圆管突然扩大的局部阻力系数
e
1
Ac A
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第7章 孔口、管嘴出流和有压管流
§7-1 孔口出流
孔口出流（orifice discharge）：在容器壁上开孔， 水经孔口流出的水力现象就称为孔口出流。
应用：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。
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§7-1 孔口出流
1 薄壁小孔口恒定出流
薄壁孔口（thin-wall orifice）：当孔口具有锐缘时， 孔壁与水流仅在一条周线上接触，即孔口的壁厚对出 流并不发生影响。这种孔口叫做薄壁孔口。
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§7-1 孔口出流
（1）自由出流(free discharge)
第7章 孔口、管嘴出流和有压管流
由于孔口出流的情况是多种多样的，根据孔口结构和出流 条件，有不同的分类:
① 按孔口直径d和孔口形心在液面 下深度H的比值不同可分
小孔口
当孔口直径d与孔口形心以上的 水头高度H的比值小于0.1，即
d/H≤0.1时，可认为孔口射流断
面上的各点流速相等，且各点水
头亦相等.
以上各章中讨论了液体运动的基本规律，导出了水力学 的基本方程——连续方程、能量方程及动量方程，并阐述了 水头损失的计算方法，应用这些基本原理即可研究解决工程 中常见的水力计算问题，如有压管道中的恒定流、明渠恒定 流及水工建筑物的水力计算等。本章讨论的重点是有压管中 恒定流的水力计算。即短管（水泵装置、虹吸管、倒虹吸 管）、长管的水力计算和测压管水头线和总水头线的绘制。
非恒定出流 反之，即为非恒定出流。
③ 根据壁厚是否影响射流形状可分
L
薄壁孔口：壁厚不影响射流形状
d
厚壁孔口：壁厚影响射流形状
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§7-1 孔口出流
• 根据出流空间情况可分 自由出流：流体经孔口流入大气 淹没出流：流体经孔口流入同种流体中
H
H
H1
H2
由于孔口沿流动方向的边界长度很短，水头损失只有局部损失。
pa
g
2v22
2g
hw
H1
1v12
2g
H2
2v22
2g
hw
H1
1v12
2g
——1-1断面的总水头
H2
2v22
2g
——2-2断面的总水头
设1-1、2-2断面的水头损失为：
H
（H1
a1v12 2g
）（H
2
a2v22 2g
）
hw
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§7-1 孔口出流
若孔口两侧容器较大，v 1 0 ,v 2 0 H H 1 H 2 h w
完全收缩的薄壁圆形小孔口
ε=0.64
=0.97
μ=0.62
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§7-1 孔口出流
（3）淹没出流(submerged discharge)
孔口位于下游水位以下，从孔口流出的水流流入下游水体中， 这种出流称为孔口淹没出流。
特征：液体在两容器水头差作用
Pa
下，自孔口流出的液体首先形成 1
2
1
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§7-1 孔口出流
Hse2 vcg 2
vc
1
se
2gH
c0
2gH
0.06 se 1