中国地质大学(武汉)水力学课件11

'孔口出流 薄壁小孔口恒定出流如图，液体从容器中流入大气，孔口中心以上的水头H不变，这种情况的孔口出流为恒定自由出流。如孔径d与水头H相比很小，例如d/H<1/10，又如孔口是尖锐的，边壁对出流无影响，这种孔口称为薄壁孔口。水流经过孔口，走曲线，不断收缩，至c-c断面收缩完毕。将该断面和孔口的面积相比，称为收缩系数。 dH00CC 由能量方程，导出孔口自由出流的流量公式为根据实测，对于圆形小孔口自由出流，ε=0.63~0.64， 薄壁圆形小孔口淹没出流的情况取通过孔口中心线的水平面为基准面0-0和2-2两过水断面的势能，写出能量方程，得H1=H2+hwhw包括：0-0至孔口收缩断面c-c的局部水头损失，c-c至2-2断面的突然扩大损失 H1H2Z0022CC 所以，因为所以流量公式为实验证明，薄壁圆形小孔口淹没出流的流量系数μ与自由出流完全一样。 孔口的非恒定出流在孔口出流过程中，容器的水面不断变化，即孔口中心的水头H不断减小，孔口出流将是非恒定流。但是，如果容器的水面面积很大，则水位随时间变化的较缓慢，可以将整个非恒定流过程划分为许多时段，在各时段内的流动近似的作为孔口恒定出流考虑。在任意时刻t，孔口流量为式中，H为t时刻孔口中心的作用水头。 1122dHH2HH1AΩ120120dHH1HH2AΩ 在dt时段，经过孔口出流的水量为设孔口中心作用水头为H时，容器的水面面积为Ω，在dt时段内水头减小dH，容器中水量的改变为－ΩdH，且有负号因为H随时间增加而减小，dH为负值。由上式可得 如果已知容器水面面积随H而变的规律，即Ω=f(H)，由式可以求得孔口出流的容器水面从H1降到H2所需的时间；或者，可求得容器水面从H1上升到H2所需的时间。如果容器水面面积Ω不随水头H而变，则式变为若令H2=0，则可由上式计算容器放空或充满的时间为： 式中：ΩH1为容器放空或充满的液体体积；为恒定出流时，当水头为H1时流经孔口的流量；T为恒定出流情况下，当水头为H1时，经孔口放空或充满ΩH1体积液体所需的时间。可见，在孔口非恒定出流时，放空或充满容器的时间为恒定出流时流出同样体积所需时间的两倍。 上式还可近似计算放空水库的时间。已知水库混凝土坝内放水管进口中心以上各水位高程H1，H2，H3…Hn，相应的库水面积为Ω1，Ω2，Ω3…Ωn，取平均值代入式中的Ω，得 H1H2HnΩnΩ2Ω1 将t1-2，t2-3，…ti-n相加就得到出库水位从H1降至Hn所需得时间。上式中A为坝内放水孔管的面积。上述容器放空或充满的水力计算还可作为船闸泄水或冲水时的计算的基础。'