工程流體力學(xué)放映章孔口管嘴

工程流體力學(xué)放映章孔口管嘴第一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日學(xué)習(xí)重點(diǎn)：掌握孔口、管嘴恒定流計(jì)算及相關(guān)概念；理解閘孔出流計(jì)算；了解消能措施。掌握寬頂堰水力計(jì)算；第二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日1、孔口出流——液體經(jīng)容器壁上所開小孔流出的水力現(xiàn)象，稱孔口出流。2、管嘴出流——液體經(jīng)容器壁上所接短管流出的水力現(xiàn)象，稱管嘴出流。3、閘孔出流——是一種大孔口出流。一、概念第三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日4、堰流現(xiàn)象）可按堰流計(jì)算。——當(dāng)孔口高度與上游水頭之比為>0.75eH時(shí)，（可能出現(xiàn)堰流

eH第四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日（3）能量損失計(jì)算式。（1）能量方程；（2）總流的連續(xù)性方程；二、任務(wù)：計(jì)算過流量Q。三、依據(jù)：第五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日一、孔口出流分類1、按

e

與H的關(guān)系：

eH小孔口：大孔口：§11—1恒定薄壁孔口出流第六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日2、按孔口的作用水頭是否穩(wěn)定：自由式出流；淹沒式出流。厚壁孔口出流。薄壁孔口出流；恒定孔口出流；非恒定孔口出流。3、按出流后周圍的介質(zhì)情況：4、按孔壁對出流的影響：第七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日H第八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日CgHvf=20gHAQm=20efm=CAAe=CCaxf+=1其中：二、薄壁小孔口自由出流1、流量公式：φ=0.97～0.98。μ=0.60～0.62；ε=0.64；對薄壁圓形完善收縮小孔口：第九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日（3）孔口的位置（對收縮系數(shù)有直接的影響）。（1）孔口的形狀；（2）孔口的邊緣情況；3、幾種孔口的收縮形式自閱全部收縮不全部收縮完善收縮、不完善收縮2、影響孔口出流的邊界因素：aL≥3aL≥3a第十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日——可將其分成無數(shù)的小孔口，再積分。三、薄壁大孔口自由出流1、流量公式：μ與小孔口不同，見表11—1第十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日1、流量公式：2、自由式與淹沒式對比：1>公式形式相同；2>φ、μ基本相同，但

H0不同；3>自由出流與孔口的淹沒深度有關(guān)，淹沒出流與上、下游水位差有關(guān)。四、薄壁孔口淹沒出流第十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日Hv0zv0v2H0=H+2gv02自由式：淹沒式：H0=z+2gv022gv22－第十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日rm2pAQD=五、氣體孔口出流（屬淹沒式）pD——孔口前后氣體的壓強(qiáng)差；ρ——?dú)怏w密度。

第十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日v1、孔板流量計(jì)；2、薄壁小孔口。六、應(yīng)用舉例第十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日見p120§11—2恒定管嘴出流1、管嘴的幾種連接形式：2、流體經(jīng)圓柱形管嘴或擴(kuò)張管嘴時(shí)，由于慣性作用，在管中某處形成收縮斷面，產(chǎn)生環(huán)行真空，從而增加了水流的抽吸力，使其出流量比孔口有所增加。第十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日1、自由式出流：一、圓柱形外接管嘴出流gvdlgvgvgvgvHc222222222221222200lxxaa+++=+如圖所示，列能量方程：2c2v0Hcv（1）推導(dǎo)公式：第十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日2c2v0Hcvξ1——經(jīng)孔口的局部損失；v2vC=ε0ξ2——擴(kuò)大的損失ACA=ε0其中：第十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日（2）公式：022gHvf=02gHAQm=82.0==fm（3）與孔口的對比：1>公式形式相同，但系數(shù)不同：孔口：μ=0.62φ=0.97ε=0.64管嘴：μ=φ=0.82ε=12>

H0

相同時(shí)，若A也相同，則管嘴出流是孔口出流量的1.32倍。第十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日gvgvpgvpaccc2222222222++=+xagag（4）外接管嘴真空1>對C—C，2—2列方程：gvvc2)(22-=2hj2=xv222g2c2v0Hcv可作為突然擴(kuò)大處理第二十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日=075.0Hpvg在C—C處形成0.75H0

真空度。2>真空計(jì)算：H0≤9mH0O水柱；L≈（3～4）d。

水柱時(shí)，管內(nèi)液體pvγ>7mH0O實(shí)驗(yàn)證明：將氣化，吸入空氣，破壞真空。（5）圓柱形外接管嘴正常工作的條件：第二十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日2、淹沒出流：02gHvf=02gHAQm=（1）公式：第二十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日gvHHpv275.022220ag--=D=02pAQrmccHH2v0v23、氣體經(jīng)管嘴出流：D0p全壓差（2）C—C處的真空：三、其它類型的管嘴出流基本公式同上，各系數(shù)可查表11—2。第二十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日解決的問題：只對作用液面緩慢變化的情況進(jìn)行討論。充水、泄水所需時(shí)間問題。1、公式推導(dǎo)：將液面高度的變化劃分成無數(shù)微小時(shí)段，每一微小時(shí)段作恒定流處理。W-=dHdV=dtQ×dtgHA2m流出體積液面減少的體積§11—3非恒定孔口、管嘴出流第二十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日-W=][2221HHgAtmmax11222QVgHAHt=W=m2、充、泄水時(shí)間：容器中無液體流入的自由出流或上游恒定，下游液面改變的淹沒出流。3、容器放空時(shí)20H=H1H2第二十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日§11—4閘孔出流

一、簡介1、閘門底的類型：平坎寬頂堰坎實(shí)用堰坎第二十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日2、閘門的型式：矩形平板閘門；弧形閘門3、閘孔的出流型式：自由式；淹沒式4、閘孔出流與堰流的判別標(biāo)準(zhǔn)：>0.65eH則為堰流；若（1）平坎、寬頂堰坎：（2）實(shí)用堰坎：則為堰流。>0.75eH若第二十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日5、影響閘孔出流的因素：閘門的型式；閘孔的尺寸；閘前的水頭；下游水位等。第二十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日二、閘孔出流計(jì)算AAc=eehc=eeHgBeQ-=em)(20

1、自由式閘孔出流二維、平坎、矩形閘門Hcchteε系數(shù)見表11—3。

Φ＝0.95~1.0(平坎)第二十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日)(20hHgBeQ-=m2、淹沒式

Hehchth二維、平坎、矩形閘門μ、B、e同自由式。h——由動(dòng)量方程推導(dǎo)，見式11—36第三十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日3、自由式、淹沒式判別標(biāo)準(zhǔn)：（1）自由式：不發(fā)生淹沒式水躍。（2）淹沒式：發(fā)生淹沒式水躍。hc’’<hthc’’—hc的共軛水深。hc’’>ht發(fā)生淹沒式水躍的條件:hc’’<ht第三十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日（2）判斷是自由式、淹沒式？（1）判斷是否閘孔出流？5、舉例。4、閘孔水力計(jì)算應(yīng)注意的問題：第三十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日§11—5堰流1、堰——一種既可蓄又可泄的溢流設(shè)施。2、堰流——水流經(jīng)明渠上的泄水構(gòu)筑物時(shí)，發(fā)生水面連續(xù)光滑跌落的現(xiàn)象。第三十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日寬頂堰：δH<0.67薄壁堰：實(shí)用堰：δH<2.50.67<δH10>>2.5δ3、堰的分類：（1）依據(jù)堰頂厚度：H第三十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日（2）依據(jù)水流行近堰體的條件：1>側(cè)收縮堰；2>無側(cè)收縮堰。Bb第三十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日1>正堰vv3>側(cè)堰v2>斜堰（3）依據(jù)堰與渠道中水流的方向：第三十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日（4）依據(jù)堰口的形狀：1>三角堰3>梯形堰2>矩形堰1>自由式；2>淹沒式。4>流線形堰（5）依據(jù)下游水位是否影響泄流：第三十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日一、薄壁堰1、完善堰流與非完善堰流：當(dāng)堰上水頭H較小時(shí)，水舌將貼壁而下，形成不完善堰流，影響泄流能力；當(dāng)H增加時(shí)，水舌離開壁面，但如果水舌與壁面間沒有良好的通風(fēng)，仍會(huì)出現(xiàn)不完善堰流，故在薄壁堰中應(yīng)保持水舌下通風(fēng)充分，以使其為完善堰流。第三十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日（1）自由式（完全堰）2、矩形薄壁堰完全堰——無側(cè)收縮、自由式、水舌下通風(fēng)、矩形、薄壁、正堰。2>有側(cè)收縮堰：1>完全堰:m0—式11—44m—式11—45m0——式11—46第三十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日堰下游水面高于堰頂；1>必要條件：hs>02>充分條件：Zp1<0.7下游發(fā)生淹沒水躍。（2）淹沒式堰流（潛堰）：σ—式11—48淹沒條件：第四十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日Hpp1hsZht3、三角形堰——可分成若干矩形堰，再積分?；竟酵匦?，可作適當(dāng)變換，如:式11—50，11—51。4、梯形堰自閱第四十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日二、實(shí)用溢流堰真空堰非真空堰（2）折線型實(shí)用堰（1）曲線型實(shí)用堰折線型曲線型——主要用于蓄水或擋水，其剖面可設(shè)計(jì)成曲線型，折線型。1、分類：第四十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日——堰面曲線輪廓低于水舌曲線下緣時(shí)，在設(shè)計(jì)水頭下，水舌將在局部范圍內(nèi)與堰面脫離，形成真空，即真空堰。真空堰因存在真空，可使過流能力增加，但負(fù)壓過大會(huì)造成堰表面發(fā)生汽蝕此處的最大允許真空值。為3～5米水柱。1>真空堰第四十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日2>非真空堰——堰剖面曲線與堰溢流時(shí)水的流線一致，水舌下緣與壁面曲線相吻合，保證在設(shè)計(jì)水頭下達(dá)到最大過流量，水流作用于液面上的壓強(qiáng)近似大氣壓。判別淹沒條件同薄壁堰。2、計(jì)算式（1）自由式無側(cè)收縮：第四十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日

1>

m曲：0.43～0.50折：0.35～0.43（2）有側(cè)收縮：（3）淹沒式：真：0.5；非：0.452>ε——式11—56。3>其它分別查有關(guān)表格。第四十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日三、寬頂堰小橋過水、無壓短涵管、分洪閘、泄水閘等一般都屬于寬頂堰水流計(jì)算。1、水力現(xiàn)象分析：（1）當(dāng)Hδ<42.5<時(shí)，堰頂水面只有一次跌落，堰坎末端偏上游處的水深為臨界水深hcr。第四十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日工程中常見的是第二種寬頂堰時(shí)，堰頂水面出現(xiàn)兩次跌落，Hδ<104<（2）當(dāng)其水深為：hc≈（0.8～0.92）hcr在最大跌落處形成收縮斷面，第四十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日2、堰流基本公式：注：對有側(cè)收縮和淹沒寬頂堰在上式的基礎(chǔ)上分別乘以側(cè)收縮系數(shù)ε和淹沒系數(shù)σ。系數(shù)：2>ε

同實(shí)用堰；3>σ

表11—7。1>m

查表11—8；2>σ

表11—7。有坎寬頂堰：無坎寬頂堰：1>m

式11—59，11—60；3>ε

已考慮進(jìn)m，不單算。第四十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日3、淹沒判別的標(biāo)準(zhǔn)：1>必要條件：hs≥(0.75～0.85)H0

hs>0；

2>充分條件：或hs≥(1.25～1.35)hcr三類水力計(jì)算，分別為計(jì)算：Q，H，B四、堰流水力計(jì)算薄壁堰、實(shí)用堰、寬頂堰第四十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日§11—6水工建筑物下游水流銜接與消能一、簡介1、消能——消除或縮短泄水建筑物下游急流段的措施，簡稱消能。2、消能的設(shè)計(jì)原則——在控制的局部流段內(nèi)，增加水流的紊亂、消減水流流速，消除對河床的有害能量。3、消能的方法:底流式消能、面流式消能、挑流式、人工加糙、單級(jí)跌水或多級(jí)跌水。第五十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日（1）底流式消能：特點(diǎn)：水流的主流在渠底，有消力池或消力檻。設(shè)計(jì)原則：在消力池或消力檻前造成淹沒式水躍，以利用水躍消能。適用范圍：多用于軟土地基上的中、低水頭泄水建筑物下游。（2）面流式消能：特點(diǎn)：將主流引向下游水面，并在河床與表層水之間形成旋渦區(qū)以消耗能量。利用平頂或小挑角鼻坎，將游急流送到下游水流表面。為了造成面流式消能，多用平頂或小挑角鼻坎，并將鼻坎頂端造成戽勺形，使水流在戽勺內(nèi)形成水躍，在坎后形成面流，在戽內(nèi)、跌坎下游、下游水面形成三個(gè)大旋渦以消能。故也稱戽流消能。設(shè)計(jì)原則：第五十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日優(yōu)點(diǎn)：對河床沖刷小，可節(jié)約防護(hù)工程投資。缺點(diǎn)：會(huì)引起下游水位激烈波動(dòng)，對岸坡的穩(wěn)定及航運(yùn)不利。下游水深較大且穩(wěn)定的水流。適用范圍：（3）挑流式：利用下泄水流具有的高流速，將水流挑射到遠(yuǎn)離泄水建筑物的下游河床中。因挑射水流受空氣阻力影響，水股發(fā)生分散，射入下游河床后，與下游水流劇烈混摻，大量的下泄能量被消耗掉，從而降低流速，保護(hù)河床。適用范圍：巖石地基上的中、高水頭泄水構(gòu)筑物下游。（4）人工加糙：在急流槽或在下游局部河床中，采用人工增加渠道的粗糙度以降低流速，達(dá)到消能。第五十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日（5）單級(jí)跌水或多級(jí)跌水：多用于地形較陡的河渠。單級(jí)跌水的組成：進(jìn)口渠槽消能設(shè)施跌坎消力池消力檻綜合消力池等二、底流銜接與消能以實(shí)用堰為例水流由堰頂溢流而下，勢能減小，動(dòng)能增加，在c—c處形成收縮斷面，c—c處的急流向下游緩流過渡，產(chǎn)生水躍。第五十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日1、水躍的銜接形式：（1）遠(yuǎn)驅(qū)式水躍：hc’’>hct

，躍前急流段較長，河床需加固段加長；（2）淹沒式水躍：hc’’<hct

，淹沒度較大，消能效果低，水躍段長度增加；（3）