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第五章孔口、管嘴与管路流动
§5-1孔口出流与管嘴出流
§5-2管路计算基础
§5-3管网的概念与有压管中的水击
§5-4****题课(2h)
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§5-1孔口出流与管嘴出流
0、概述
容器壁上开孔,水经孔口流出的水力现象称为孔口出流;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。孔口出流在工程技术中有着广泛的应用,在许多领域都可以见到。例如,
水利工程上的闸孔,水力采煤用的水枪,汽车发动机的汽化器,柴油机的喷嘴,
以及液压技术中油液流经滑阀、锥阀、阻尼孔等都可归纳为孔口出流问题。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。
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。
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0、概述
孔口
小孔口
大孔口
管嘴
管路
短管
长管
简单管路
复杂管路
※复杂管路
串联管路
并联管路
管网
枝状管网
环状管网
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一、薄壁小孔口的自由恒定出流
1、薄壁小孔口
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,这种孔口称为薄壁小孔口。
特征:L/d≤2
2、厚壁孔口
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
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一、薄壁小孔口的自由恒定出流
3、自由出流
以出流的下游条件为衡量标准,如果流体经过孔口后出流于大气中时,称为自由出流;
4、薄壁小孔口的自由恒定出流的计算
计算特点:
出流特点:收缩现象
取图中的1-1和c-c断面列伯努利方程:
其中:;;
得:
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一、薄壁小孔口的自由恒定出流
4、薄壁小孔口的自由恒定出流的计算
定义作用水头:
则得:
定义流速系数:(~)
通过孔口的流量为:
定义收缩系数:
定义流量系数:
对于圆形薄壁小孔口,μ=~.
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一、薄壁小孔口的自由恒定出流
4、薄壁小孔口的自由恒定出流的计算
(2)高压系统(),则有:
两种特例:
(1)若容器上部为自由液面且小孔自由出流时,有:
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一、薄壁小孔口的自由恒定出流
5、全部收缩与非全部收缩
(1)全部收缩
孔口各个方向都发生收缩。全部收缩又分为:
完善收缩:孔口距离器壁很远,因此器壁对孔口的收缩情况毫无影响。
非完善收缩:孔口四周都有收缩,但某一边距离器壁较近,其收缩情况受到器壁的影响,因而这种收缩称为非完全收缩。
(2)非全部收缩
孔口部分方向发生收缩,有的边根本不收缩。
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二、孔口淹没式出流(液体(气体)出流于充满液体(气体)的空间)
取符合渐变流条件的断面1-1,2-2列伯努利方程:
定义作用水头:
定义流速系数:
(与自由式出流公式完全相同)
孔口淹没出流的流速和流量均与孔
口的淹没深度无关,也无“大”、
“小”孔口的区别。
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