孔口和管嘴泄流(共7頁(yè))

1、§5-5 孔口和管嘴泄流§5-5 孔口和管嘴泄流教學(xué)目的要求通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)工程流體力學(xué)中的自流泄流原理有基本的認(rèn)識(shí)，掌握孔口管嘴泄流的計(jì)算方法和實(shí)際應(yīng)用。要求學(xué)生掌握孔口管嘴的基本概念、基本公式及工程應(yīng)用，掌握流量系數(shù)、流速系數(shù)、收縮系數(shù)的物理意義及其關(guān)系，分析比較孔口泄流與管嘴泄流的流量大小與流速大小，了解各種不同形式泄流的出流系數(shù)。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1.孔口、管嘴出流的特點(diǎn)； 2.流量系數(shù)、流速系數(shù)、收縮系數(shù)的物理意義及其關(guān)系；3.孔口泄流與管嘴泄流的水力計(jì)算。難點(diǎn)：1.孔口泄流與管嘴泄流的水力計(jì)算（恒定管嘴出流真空計(jì)算）； 2.孔口、管嘴的比較。教學(xué)內(nèi)容組

2、織與課堂教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)內(nèi)容主要講授孔口泄流及管嘴泄流的分類；定水頭孔口泄流及管嘴泄流的特點(diǎn)；定水頭孔口泄流及管嘴泄流的水力計(jì)算；簡(jiǎn)單介紹各種不同形式泄流的出流系數(shù)。1.教學(xué)環(huán)節(jié)本章課程的教學(xué)環(huán)節(jié)主要有【回顧與說明】、【課題引入】、【講授與訓(xùn)練】、【本節(jié)小結(jié)】。2.教學(xué)方法與手段本章課程講授靈活運(yùn)用多媒體教學(xué)法、互動(dòng)式教學(xué)法、啟發(fā)式、案例教學(xué)等多種教學(xué)方法。主要采用老師講授與學(xué)生討論結(jié)合。思考與訓(xùn)練作業(yè)1.舉例說明管嘴泄流及孔口泄流在石油工程中的應(yīng)用。2.習(xí)題P169-170，5-16，5-18。教案實(shí)施效果追記是否掌握孔口管嘴的基本概念、基本公式及工程應(yīng)用，是否掌握流量系數(shù)、流速系數(shù)、收縮系

3、數(shù)的物理意義及其關(guān)系，是否能比較分析比較孔口泄流與管嘴泄流的流量大小與流速大小?？卓诤凸茏煨沽鹘虒W(xué)內(nèi)容與設(shè)計(jì)本次課程主要講授孔口泄流及管嘴泄流的分類；定水頭孔口泄流及管嘴泄流的特點(diǎn)；定水頭孔口泄流及管嘴泄流的水力計(jì)算；簡(jiǎn)單介紹各種不同形式泄流的出流系數(shù)。通過本次課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握孔口管嘴的基本概念、基本公式及工程應(yīng)用，掌握流量系數(shù)、流速系數(shù)、收縮系數(shù)的物理意義及其關(guān)系，分析比較孔口泄流與管嘴泄流的流量大小與流速大小，了解各種不同形式泄流的出流系數(shù)。具體教學(xué)環(huán)節(jié)如下： 首先回顧與說明 （35分鐘）一. 回顧 回顧本章之前所講的能量方程及壓力管路的水力計(jì)算。 恒定總流的能量方程（伯努利方程）為：

4、 ； ； （達(dá)西公式），（包達(dá)公式）。前面我們學(xué)習(xí)了一般管路，包括簡(jiǎn)單長(zhǎng)管及串并聯(lián)管路和短管的水力計(jì)算，計(jì)算基礎(chǔ)就是以上我們復(fù)習(xí)的能量方程、達(dá)西公式和包達(dá)公式。在本節(jié)，我們將學(xué)習(xí)一種新的特殊的管路：孔口與管嘴泄流，它們常用在儲(chǔ)水塔的設(shè)計(jì)與油庫(kù)的設(shè)計(jì)中，孔口與管嘴的水力計(jì)算也是基于我們剛復(fù)習(xí)的上述公式。二. 說明本章的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】【主要內(nèi)容】【重點(diǎn)難點(diǎn)】那什么是孔口泄流與管嘴泄流呢？ 接著課題導(dǎo)入 （1525分鐘）一.學(xué)生觀看孔口泄流與管嘴泄流動(dòng)畫 （略） 播放孔口泄流與管嘴泄流動(dòng)畫二. 課堂討論1.孔口泄流與管嘴泄流與普通管路有何區(qū)別？問題啟示：孔口泄流與管嘴泄流是不施加外來能量，

5、完全考自然位差獲得能量來源輸送或排泄液體的管路，是自流管路。 2.孔口泄流與管嘴泄流有何不同？在定水頭的情況下，相同位置水頭，相同孔徑的管嘴與孔口泄流哪個(gè)在相同的時(shí)間內(nèi)排出的流體更多？ 問題啟示： 孔口泄流是直接在容器壁或底部打開小孔（孔口）進(jìn)行泄流；而管嘴泄流是在孔口處接出短管進(jìn)行泄流。兩者的主要區(qū)別在于阻力不同，管嘴泄流除了局部阻力外還有沿程阻力。老師拋磚引玉管路泄流的概念帶著問題，我們一起分析孔口泄流與管嘴泄流的水力計(jì)算，及兩種管件的區(qū)別，進(jìn)入課程講授： 進(jìn)入課程講授與訓(xùn)練一、1、孔口泄流的分類（一般講授）；2、孔口泄流的特點(diǎn)（重點(diǎn)講授）；3、孔口泄流的水力計(jì)算（重點(diǎn)講授）。二、1、管嘴

6、泄流的特點(diǎn)（一般講授）；3、孔口泄流與管嘴泄流流量與流速的比較（重點(diǎn)講授）。三、各種不同形式泄流的出流系數(shù)（簡(jiǎn)單介紹）一、孔口泄流1、孔口泄流的分類（一般講授）之前首先介紹孔口泄流的幾個(gè)幾何參數(shù)，如右圖所示： 孔徑d，壁厚，水頭H，孔口面積A，收縮斷面面積Ac。（1） （2）（3）（4）本節(jié)只討論薄壁小孔口的定水頭出流。2、孔口泄流的特點(diǎn)（重點(diǎn)講授）薄壁小孔口恒定自由出流的分析，是孔口泄流的基礎(chǔ)。液體流經(jīng)孔口時(shí)，出流的速度可視為均勻的。由于流線不能轉(zhuǎn)折，故液體射出時(shí)，將先向內(nèi)部收縮形成收縮斷面C-C（約在距出口d/2處），其處dc小于d，其斷面大小比值：，稱為收縮系數(shù)。3、孔口泄流的水力計(jì)算（

7、重點(diǎn)講授）如右圖所示，取自由液面與收縮斷面列能量方程有：其中 令為孔口出流作用水頭。則：，這就是孔口泄流公式，為孔口阻力系數(shù)。式中為流速系數(shù)，則流量，式中為流量系數(shù)，其值通常由實(shí)驗(yàn)確定。對(duì)于圓形薄壁小孔口，這些系數(shù)都接近常數(shù)，即，。討論：對(duì)于理想流體，以上系數(shù)有何變化？（請(qǐng)同學(xué)回答）。二、管嘴泄流1、管嘴泄流的特點(diǎn)（一般講授）管嘴：由孔口接上與孔徑d相同而長(zhǎng)度l=（34）d的短管。液流流經(jīng)管嘴的特點(diǎn)：液流先在管嘴內(nèi)收縮形成真空，然后擴(kuò)張充滿整個(gè)斷面，封住管口均勻地泄出，因此增設(shè)管嘴影響了出流的速度系數(shù)，進(jìn)而影響了流量系數(shù)。2、管嘴泄流的水力計(jì)算（重點(diǎn)講授）如右圖所示，取1-1與2-2斷面列能量方程有：其中， 對(duì)于管嘴，。比較孔口和管嘴的流速系數(shù)和流量系數(shù)：孔口 管嘴 因此對(duì)于相同作用水頭的孔口泄流與管嘴泄流，在孔徑相同的情況下：柱狀管嘴內(nèi)的真空度：取2-2與c-c斷面列能量方程有：而且三、各種不同形式泄流的出流系數(shù)（簡(jiǎn)單介紹）外伸管嘴薄壁孔口內(nèi)伸管嘴擴(kuò)張管嘴收縮管嘴流線性管嘴損失系數(shù)收縮系數(shù)Cc流速系數(shù)Cv流量系數(shù)Cq0.060.510.0940.040.63110.98110.970.820.710.960.450.980.610.820.710.950.450.98最后本次課程單元小結(jié)（35分鐘）一、內(nèi)容小節(jié)本節(jié)重點(diǎn)講授了控制的概念、必要性、作用，即闡釋了何謂控