第六章-孔口出流-終

1、 6.1 薄壁孔口出流薄壁孔口出流6.2 厚壁孔口出流厚壁孔口出流6.3 孔口及機械中的氣穴現(xiàn)象孔口及機械中的氣穴現(xiàn)象6.4 變水頭作用下的孔口出流變水頭作用下的孔口出流厚壁孔口（管嘴）薄壁孔薄壁孔 口口有壓管道有壓管道有壓流有壓流無壓流無壓流短管短管長管長管自由出流自由出流淹沒出流淹沒出流水力計算中局部水頭損失起主要作用，沿程損失可以略去不計，用能水力計算中局部水頭損失起主要作用，沿程損失可以略去不計，用能量方程和連續(xù)方程導(dǎo)出計算流速和流量的公式，并由實驗確定式中的系數(shù)。量方程和連續(xù)方程導(dǎo)出計算流速和流量的公式，并由實驗確定式中的系數(shù)。2 dl二、薄壁孔口出流與管嘴出流的特點：二、薄壁孔口出

2、流與管嘴出流的特點：42 dl收縮：內(nèi)收縮收縮：內(nèi)收縮 外收縮外收縮收縮系數(shù)：收縮系數(shù)：AACcc 收縮斷面面積收縮斷面面積孔口面積孔口面積2 dlgvgvgpgvgpccc22222211列斷面列斷面1和收縮斷面和收縮斷面c的能量方程有的能量方程有AACcc 令收縮系數(shù)令收縮系數(shù)2211DdCvAAvvcccc 且：且：2ppc gvDdCgppcc2)(1 24221 )(2)(112142ppDdCvcc 11vC0)(4 Dd 小孔口：小孔口：值由實驗測定，大小與孔口形狀、大小、位置等因素有關(guān)。值由實驗測定，大小與孔口形狀、大小、位置等因素有關(guān)。 )(2)(112142ppDdCvcc

3、 所以小孔口的出流速度為：所以小孔口的出流速度為： pCpvvc 2211式中式中 為流速系數(shù)為流速系數(shù): vCCC =0.970.98 2. 孔口出流流量孔口出流流量 pACpACCAvCvAqqvcccccv 22式中式中 流量系數(shù)流量系數(shù)：qC 1ccvqCCCCgHp gHCpCvvvc22 gHACpACqqqv22 p )(2 pgHACqq 若既有若既有，又有，又有H，則，則， 11vCc 孔口出流系數(shù)包括：阻力系數(shù)孔口出流系數(shù)包括：阻力系數(shù)、流速系數(shù)、流速系數(shù)CvCv、流量系數(shù)、流量系數(shù)CqCq、收縮系數(shù)收縮系數(shù)CcCc。它們影響孔口出流的性能。它們影響孔口出流的性能。 是考慮

4、液體從孔口出流時的局部阻力損失而得到的系數(shù)，但是出流的是考慮液體從孔口出流時的局部阻力損失而得到的系數(shù)，但是出流的局部阻力損失很難由理論計算，只能通過實驗得到。局部阻力損失很難由理論計算，只能通過實驗得到。vC（1 1）流速系數(shù)）流速系數(shù)CvCv的測量的測量 221tgytuxcygxuc2 gHCuvc2 yHxCv 2消去時間消去時間t t，得收縮斷面上得平均，得收縮斷面上得平均流速：流速：同時，同時，則得，則得根據(jù)實測數(shù)據(jù)根據(jù)實測數(shù)據(jù)CvCv約為約為0.970.990.970.99。如果取平均值。如果取平均值0.980.98，可得孔口阻力系數(shù)，可得孔口阻力系數(shù)0.0420.042.3.3

5、.阿里特蘇曲線阿里特蘇曲線（2 2）流速系數(shù)）流速系數(shù)CvCv的物理意義的物理意義 pvgHvvvCccTcv 22 因此，流速系數(shù)是實際流速與理想流速之比，阻力系數(shù)越大，實際流因此，流速系數(shù)是實際流速與理想流速之比，阻力系數(shù)越大，實際流速越小。速越小。理想流速表述的孔口雷諾數(shù)理想流速表述的孔口雷諾數(shù)5510 R當(dāng)當(dāng)62. 0 qC97. 0 vC64. 0 vqcCCC06. 0112 vC 例：如圖示，在例：如圖示，在= 860 kg/m= 860 kg/m3 3、 的油管中的油管中, ,加裝一個薄壁小孔阻加裝一個薄壁小孔阻尼器以降低油流速度。已知尼器以降低油流速度。已知D = 25.4

6、mmD = 25.4 mm，d = 5 mm, d = 5 mm, 阻尼器兩端壓強差阻尼器兩端壓強差 p = p = 0.110.1110105 5 Pa Pa，試求管中流速及流量。，試求管中流速及流量。 sm /104 . 826例：已知某冷卻塔噴水管的圓柱形管嘴直徑例：已知某冷卻塔噴水管的圓柱形管嘴直徑d = 30 mm, d = 30 mm, 管嘴長度管嘴長度L=4d,L=4d,冷卻的水量冷卻的水量為為Q Q0.38 m0.38 m3 3/s/s，管嘴的作用水頭，管嘴的作用水頭H H0 0=6m.=6m.試計算：試計算：1 1）單個管嘴的噴水量？）單個管嘴的噴水量？2 2）需要對少個管嘴

7、才能滿足冷卻水量的要求？）需要對少個管嘴才能滿足冷卻水量的要求？同小孔口出流公式：同小孔口出流公式：gHCpCvvvc22 gHACpACqqqv22 但：但：42)(11DdCCcv 4)(37. 063. 0DdCc 42)(1DdCCCCCccvcq 參見：圖參見：圖3-26列出列出Cq,表表5-8列突然縮小的收縮系數(shù)列突然縮小的收縮系數(shù)Cc及及 a.入口阻力系數(shù)1.管嘴出流公式的短管的短管42 dl一、管嘴出流公式及出流系數(shù)gHCpCvvvc22 gHACpACqqqv22 2.管嘴出流系數(shù)82. 0 vcqCCC82. 011 vC1 cC （1）阻力系數(shù) 146. 01 b.收縮后

8、擴張阻力系數(shù)316. 02 c.沿程當(dāng)量阻力系數(shù)04. 03 只有內(nèi)收縮只有內(nèi)收縮5 . 0321 （2）流速系數(shù) （2）流速系數(shù) （3）收縮系數(shù) （4）收縮系數(shù)管嘴自由出流的流速和流量公式與孔口自由出流的流速和流量公式的形管嘴自由出流的流速和流量公式與孔口自由出流的流速和流量公式的形式類似，管嘴淹沒出流的流速和流量公式與孔口淹沒出流的流速和流量公式式類似，管嘴淹沒出流的流速和流量公式與孔口淹沒出流的流速和流量公式的形式也類似，只是系數(shù)不同罷了。的形式也類似，只是系數(shù)不同罷了。比較孔口和管嘴的流速系數(shù)和流量系數(shù) 管嘴管嘴Cc=1Cc=1CvCv=0.82=0.82Cq=0.82 Cq=0.82

9、 薄壁孔口薄壁孔口Cc=0.64Cc=0.64CvCv=0.97=0.97Cq=0.62 Cq=0.62 二、管嘴的種類類型特點圓柱外伸管嘴損失較大，流量較大圓柱內(nèi)伸管嘴損失大、隱蔽外伸收縮形管嘴損失小、速度大（消防龍頭）外伸擴張形管嘴損失大、流速低、壓力大（擴壓管）流線形外伸管嘴損失小、動能大、流量大1.氣穴現(xiàn)象一、氣穴現(xiàn)象及氣穴產(chǎn)生的條件2.氣穴產(chǎn)生的條件局部地區(qū)的高速和低壓 有些部位（泵入口、節(jié)流孔處）液體的速度比較大，壓強出現(xiàn)真空，當(dāng)真空度增大到一定程度，就會有氣泡從液體中游離出來 ，氣泡進(jìn)入高壓區(qū)迅速破裂，產(chǎn)生高壓水力沖擊和振動的現(xiàn)象。空氣分離壓：液體飽和蒸汽壓：水中溶解氣體不超過2

10、油中溶解氣體常達(dá)6123.氣蝕4.管嘴正常使用條件防止氣蝕列C-C、B-B斷面能量方程wBBCChgvgpgvgp2222gvdlhBw22AvAvBCC連續(xù)性方程取AAC21102gHvB82. 002. 03dlaBpp 解得C-C斷面真空值075. 0HgppCa允許真空值 OmHhv27OmHH203 . 975. 07H0的極限值管嘴正常使用條件之一管嘴正常使用條件之二dl43OmHH20775. 0如圖，柱形容器、沒有流量注入、孔口自由泄流。容器內(nèi)自由表面積如圖，柱形容器、沒有流量注入、孔口自由泄流。容器內(nèi)自由表面積為，在為，在dt時段內(nèi)水頭的增量為時段內(nèi)水頭的增量為dH，則，則dt時段內(nèi)孔口的泄水量為時段內(nèi)孔口的泄水量為:等截面S容器，t時刻孔口水頭H1dt內(nèi)流出體積dtgHACqdtdVq2 容器減少體積SdHdV 取取 ，應(yīng)用定常流孔口自由出流的流量公式得，應(yīng)用定常流孔口自由出流的流量公式得HH 0SdHdtgHACq 2HdHgACSdtq2 即即 當(dāng)當(dāng) 時，上式寫成時，上式寫成