流體力學(xué)自學(xué)PPT

1、 歡歡 迎迎 使使 用用 工程流體力學(xué) 多媒體授課系統(tǒng)多媒體授課系統(tǒng)燕燕 山山 大大 學(xué)學(xué)工程流體力學(xué)工程流體力學(xué)課程組課程組第八章第八章 孔口出流孔口出流 概述概述 8.1 8.1 孔口出流的分類孔口出流的分類 8.2 8.2 薄壁小孔口自由出流薄壁小孔口自由出流 8.3 8.3 孔口出流系數(shù)孔口出流系數(shù) 8.4 8.4 厚厚壁孔口自由出流壁孔口自由出流概述概述v孔口出流在工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，孔口出流在工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，在許多領(lǐng)域都可以見到。例如，水利工程在許多領(lǐng)域都可以見到。例如，水利工程上的閘孔，水力采煤用的水槍，汽車發(fā)動上的閘孔，水力采煤用的水槍，汽車發(fā)動機的汽化器，柴油

2、機的噴嘴，以及液壓技機的汽化器，柴油機的噴嘴，以及液壓技術(shù)中油液流經(jīng)滑閥、錐閥、阻尼孔等都可術(shù)中油液流經(jīng)滑閥、錐閥、阻尼孔等都可歸納為孔口出流問題。歸納為孔口出流問題。v本章討論液體孔口出流的基本概念，研究本章討論液體孔口出流的基本概念，研究流體出流的特征，確定出流速度、流量和流體出流的特征，確定出流速度、流量和影響它們的因素。通過對這些問題的研究，影響它們的因素。通過對這些問題的研究，以便使我們進一步掌握流體流動基本規(guī)律以便使我們進一步掌握流體流動基本規(guī)律的應(yīng)用。的應(yīng)用。8.1 8.1 孔口出流的分類孔口出流的分類 孔口出流：流體流經(jīng)孔口的流動現(xiàn)象孔口出流：流體流經(jīng)孔口的流動現(xiàn)象。 一、薄壁

3、孔口和厚壁孔口薄壁孔口和厚壁孔口1、如果液體具有一定的流速，能形成射流，且孔口、如果液體具有一定的流速，能形成射流，且孔口具有尖銳的邊緣，此時邊緣厚度的變化對于液體出具有尖銳的邊緣，此時邊緣厚度的變化對于液體出流不產(chǎn)生影響，出流水股表面與孔壁可視為環(huán)線接流不產(chǎn)生影響，出流水股表面與孔壁可視為環(huán)線接觸，這種孔口稱為觸，這種孔口稱為薄壁孔口薄壁孔口。 特征：L/d22、如果液體具有一定的速度，能形成射流，此時雖如果液體具有一定的速度，能形成射流，此時雖然孔口也具有尖銳的邊緣，射流亦可以形成收縮斷然孔口也具有尖銳的邊緣，射流亦可以形成收縮斷面，但由于孔壁較厚，壁厚對射流影響顯著，射流面，但由于孔壁較

4、厚，壁厚對射流影響顯著，射流收縮后又擴散而附壁，這種孔口稱為收縮后又擴散而附壁，這種孔口稱為厚壁孔口厚壁孔口或長或長孔口，有時也稱為管嘴孔口，有時也稱為管嘴。特征：2L/d43、收縮斷面：收縮斷面：薄壁孔口邊緣尖銳，而流線又不能突然轉(zhuǎn)折，經(jīng)過孔口后射流要發(fā)生收縮，在孔口下游附近的c-c斷面處，射流斷面積達到最小處的過流斷面。以Cc表示。4、收縮系數(shù)：收縮斷面面積與孔口的幾何斷面積收縮系數(shù)：收縮斷面面積與孔口的幾何斷面積之比，即之比，即 Cc = Ac/A。5、出流特征：液體從薄壁孔口出流時，沒有沿程能量損失，只有收縮而產(chǎn)生的局部能量損失，而液體從厚壁孔口出流時不僅有收縮的局部能量損失，而且還有

5、沿程損失。 二、大孔口和小孔口1、小孔口：以孔口斷面上流速分布的均勻性為衡量標準，如果孔口斷面上各點的流速是均勻分布的，則稱為小孔口。2、大孔口：如果孔口斷面上各點的流速相差較大，不能按均勻分布計算，則稱為大孔口。三、自由出流和淹沒出流1、自由出流：以出流的下游條件為衡量標準，如果流體經(jīng)過孔口后出流于大氣中時，稱為自由出流；2、淹沒出流：如果出流于充滿液體的空間，則稱為淹沒出流。8.2 8.2 薄壁小孔口自由出流薄壁小孔口自由出流一、分析一、分析液體從容器內(nèi)經(jīng)薄壁小孔口出流的情況如圖8-2所示。取圖中的1-1和c-c斷面列伯努利方程，則其中：得：2211 122cccpvpvHhgggggh2

6、v2cc1 1ccAvAv11ccAvvA221112cccccppAvHgAg整理得：當(dāng)A1Ac,并注意到c1，則得 式中：流速系數(shù)通過孔口的流量為 121112cccccppvgHAA12ccvppvCgHcv11C22vcccccvdppqv AC AvC C AgHC AgH流量系數(shù)流量系數(shù) Cd = CcCv二、兩種特例1、若容器上部為自由液面且小孔自由出流時，有 2、高壓系統(tǒng)（ ），則有2cvvCgH2vdqC AgHpgH2cvpvC2vdpqC A一、流速系數(shù)Cv1、流速系數(shù)物理意義：實際流速與理想流速之比。2、射流軌跡法測定Cv如圖8-3所示，孔口出流射入大氣后成為平拋運動，

7、將坐標原點取在收縮斷面上，測量射流上任一點的坐標x和y，如果忽略射流四周的空氣阻力，則消去時間t，得收縮斷面c-c上的平均流速 8.3 孔口出流系數(shù)212cxv tygt2cgvxy代入 則得二、流量系數(shù)Cd1、定義理論流速則：2、流量系數(shù)的物理意義就是實際流量與理論流量之比。2cvvCgHHyxC2v2()TpvgH2vvvdTvTqqqCAvqpAgH三、收縮系數(shù)與阻力系數(shù)用實驗得出的Cd與Cv，可以算出收縮系數(shù)用實驗測得的Cv，可以算出孔口的阻力系數(shù)c流速系數(shù)Cv、流量系數(shù)Cd以及收縮系數(shù)Cc與阻力系數(shù)c和雷諾數(shù)ReT的關(guān)系表示在圖8-4上(其中ReT為Cv1時理想流速下的雷諾數(shù))。vC

8、CCdc211cvC四、完全收縮與部分收縮（1）完全收縮：孔口距離器壁很遠，因此器壁對孔口的收縮情況毫無影響，這種收縮稱為完全收完全收縮縮。（2）非完全收縮：非完全收縮：孔口四周都有收縮，但某一邊距離器壁較近，其收縮情況受到器壁的影響，因而這種收縮稱為非完全收縮非完全收縮。（2）部分收縮：有的邊根本不收縮，只有部分邊有收縮，因而稱為部分收縮部分收縮。圖8-6為帶有外伸圓柱形厚壁孔口的容器。取1-1、2-2兩緩變流斷面列伯努利方程 厚壁孔口只有內(nèi)收縮而無外收縮，這是它與薄壁孔口的區(qū)別之一。區(qū)別之二是厚壁孔口阻力損失由下列三部分組成：一是入口阻力損失，二是c-c斷面后的擴大阻力損失，三是后半段上沿

9、程能頭損失。因此8.4 厚壁孔口自由出流2211 122222PvPvHhgggggdLgghcc2v2v2v222222因 而擴大阻力損失系數(shù)為所以令 則式中 為厚壁孔口流速系數(shù)因而流量 221cccAvvvAC222111ccCAA2222112cccLvhCCdg12pppgg22vpvCgH1222211cvccLCCCd22vdpqAvC AgH式中Cd = Cv稱為厚壁孔口流量系數(shù)。特例分析：當(dāng)液體從薄壁圓孔口出流時，其流量系數(shù)Cd = 0.61，而厚壁孔口的流量系數(shù)Cd = 0.82 ，為薄壁孔口的1.34倍。于是當(dāng)孔口面積相同時，通過厚壁孔口的流量大于薄壁孔口。產(chǎn)生這個結(jié)果的原因可解釋為：當(dāng)液體從厚壁孔口流到大氣中去時流速為v2，在收縮斷面上的流速vc v2 ，因此收縮斷面上的壓強pc一定小于管嘴出流斷面上的壓強，即小于大氣壓強pa ，這樣就在厚壁孔口的內(nèi)收縮斷面上產(chǎn)生真空，將液體從容器中吸入流體，從而使厚壁孔口比面積相同的薄壁孔口流出更多的流量v本章小結(jié)本章小結(jié)v幾個基本概念：薄壁孔口、厚壁孔