水力学第8章孔口出流

'水力学教学课件主讲教师：刘伟答疑地点：综合实验楼106 本章为连续性方程、伯努利方程和水头损失规律的具体应用。本章学习要点1、孔口、管嘴出流的特点。2、孔口、管嘴出流的水力计算。第八章孔口、管嘴出流与堰流 孔口、管嘴出流：沿流动方向边界长度很小，只需考虑局部损失，不计沿程损失。例：门窗过流、节流孔板、消火栓、水龙头等。 一、孔口出流分类1、按孔口大小与其水头高度的比值分小孔口出流：若孔径d（或孔高e）＜H/10大孔口出流：若孔径d（或孔高e）≥H/102、按孔口作用水头（或压力）的稳定与否分恒定孔口出流：出流水头不变非恒定孔口出流：出流水头变化8.1孔口出流 3、按出口出流后的周围介质分自由出流：若液体经孔口流入大气，称自由出流。淹没出流：液体经孔流入充满液体的空间，称淹没出流。 4、按孔壁的厚度分薄壁孔口：液流与孔壁仅在一条周线上接触，壁厚对出流无影响。厚壁孔口（管嘴）：当孔壁厚度和形状使流股收缩后又扩开，与孔壁接触形成面而不是线，称这种孔口称为厚壁孔口(管嘴)。孔口出流：计算特点：hf≈0；出流特点：收缩断面 二、薄壁小孔口恒定出流1、自由出流液体从各个方向涌向孔口，由于惯性作用，流线只能逐渐弯曲，在孔口断面上仍然继续弯曲且向中心收缩，直至出流流股距孔口d/2处，过流断面收缩达到最小，此断面即为收缩断面c—c断面。自收缩断面后，液体质点受重力作用而下落。 AACC00dH0Hpa通过收缩断面形心引基准线0-0，列出A-A及C-C两断面的能量方程。对薄壁孔口来说移项整理得：解vc得： H0称为作用水头，是促使出流的全部能量。孔口出流流量公式令令φ称为流速系数ε为断面收缩系数μ为流量系数 流速系数，φ=0.97～0.98流量系数，μ=0.60～0.62断面收缩系数，ε=0.62～0.64通过实验测得，对圆形薄壁小孔口 令整理得2、淹没出流由于惯性作用，水流经孔口流束形成收缩断面c－c，然后扩大。列上、下游自由液面1－1和2－2的能量方程。式中水头损失项包括孔口的局部损失和收缩断面c－c至2－2断面流束突然扩大局部损失。 上两式中H0――作用水头，当出口两侧容器较大，v1≈v2≈0，则H0＝H1－H2＝H；ζ1――孔口的局部阻力系数，与自由出流相同；ζ2――液流在收缩断面后突然扩大的局部阻力系数，当A2>>Ac时，ζ2＝(1－Ac/A2)2≈1；φ――淹没孔口的流速系数，μ――淹没孔口的流量系数，μ＝εφ。 对于薄壁小孔口，试验证明，不同形状孔口的流量系数差别不大。但孔口在壁面上的位置对收缩系数却有直接影响。全部收缩是当孔口的全部边界都不与容器的底边、侧边或液面重合时，孔口的四周流线都发生收缩的现象；如图中I、Ⅱ两孔。不全部收缩是不符合全部收缩的条件；如图中Ⅲ、Ⅳ两孔。在相同的作用水头下，不全部收缩的收缩系数ε比全部收缩时大，其流量系数μ′值亦将相应增大。孔口出流各项系数 全部收缩的孔口分为：完善收缩：凡孔口与相邻壁面或液面的距离大于或等于同方向孔口尺寸的3倍(图中l1≥3a及l2≥3b)，孔口出流的收缩不受壁面或液面的影响。如图中I孔。不完善收缩：不符合完善收缩条件的。如图中Ⅱ孔。 问题1：薄壁小孔淹没出流时，其流量与有关。A、上游行进水头；B、下游水头；C、孔口上、下游水面差；D、孔口壁厚。（C）问题2：请写出下图中两个孔口Q1和Q2的流量关系式（A1＝A2）。（填>、<或＝）图2图1图1：Q1hn，整个断面为缓流状态，成为淹没出流。H00PP′v02H11NNhS波状水跃hc 淹没系数 淹没标准当时，下游水流绝对不会影响堰顶溢水流性质当时，为形成淹没式宽顶堰的必要条件实验证明，为形成淹没式宽顶堰的充分条件 dbbb边墩边墩闸墩闸墩B3.侧收缩影响有的堰顶过流宽小于上游渠宽；堰顶设闸墩及边墩，引起水流侧向收缩，降低过流能力，用侧收缩系数ε反映其影响。影响侧收缩的主要因素1)闸墩和边墩头部形状;2)闸墩数目;3)闸墩在堰上相对位置;4)堰上水头等 单孔宽顶堰 薄壁堰流的水力计算薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系，常作为水力模型或野外测量中一种有效的量水工具。当矩形薄壁堰无侧收缩，自由出流时，水流最为稳定，测量精度也较高；堰上水头不宜过小，一般不宜小于2.5m；水舌下面的空间通气良好；H'