[交通运输]第5章 孔口管嘴管路流动ppt课件

1、第5章 孔口管嘴管路流动重点掌握内容：重点掌握内容：1孔口出流的分类 2薄壁、厚壁小孔口恒定出流 3孔口出流系数HOOCAACDCv0vC孔口出流孔口出流概述孔口出流：孔口出流：在容器壁上在容器壁上开孔，水经开孔，水经孔口流出的孔口流出的水力现象就水力现象就称为孔口出称为孔口出流流 CD34DvCvc分离、漩涡区分离、漩涡区管嘴出流在孔口周在孔口周边连接一长边连接一长为为34倍孔径倍孔径的短管，水的短管，水经过短管并经过短管并在出口断面在出口断面满管流出的满管流出的水力现象，水力现象，称为管嘴出称为管嘴出流。流。 vOO1122H有压管流有压管流不同点：沿程损失不一样见下表。 流动型式流动型式

2、局部损失局部损失沿程损失沿程损失孔口出流孔口出流管嘴出流管嘴出流很小，可忽略有压管流有压管流共同点共同点：同属压力流动：同属压力流动第一节 孔口自由出流一 、孔口出流分类Hd101 大孔口大孔口Hd101 1、按、按孔口直径孔口直径 d 和孔口形心在液面下和孔口形心在液面下深度深度H的比值不同可分的比值不同可分 2 、水头随、水头随 时间时间变化分变化分恒定恒定出流出流非恒定非恒定出流出流小孔口小孔口3 根据壁厚是否影响射流形状可分 薄壁孔口薄壁孔口：壁厚不影响射流形状：壁厚不影响射流形状厚壁孔口厚壁孔口：壁厚影响射流形状：壁厚影响射流形状 4 根据出流空间情况可分根据出流空间情况可分自由出流

3、自由出流：流体经孔口流入大气：流体经孔口流入大气吞没出流吞没出流：流体经孔口流入同种流体中：流体经孔口流入同种流体中 二、薄壁孔口二、薄壁孔口 薄壁孔口：当孔口具有锐缘时，孔壁与水流仅薄壁孔口：当孔口具有锐缘时，孔壁与水流仅在一条周线上接触，即孔口的壁厚对出流并不发生在一条周线上接触，即孔口的壁厚对出流并不发生影响。这种孔口叫做薄壁孔口。影响。这种孔口叫做薄壁孔口。三、薄壁小孔口恒定自由出流三、薄壁小孔口恒定自由出流1.1.收缩断面与收缩系数收缩断面与收缩系数 根据试验资料，收缩断面直径根据试验资料，收缩断面直径d dc=0.8c=0.8d d。 收缩系数：是指收缩断面面积收缩系数：是指收缩断

4、面面积A Ac c与孔口断面面与孔口断面面积积A A之比，以之比，以表示。表示。2.薄壁小孔口恒定自由出流的流速与流量计算薄壁小孔口恒定自由出流的流速与流量计算ecccchgVpZgVpZ 22220000 gVppZZHcc2)()(200000 令令断面断面0-00-0和收缩断面和收缩断面C-CC-C，列能，列能量方程量方程流速计算式流速计算式00101221121gHgHgHvCC 0022gHAgHAAvQCC流量计算式流量计算式全部完善收缩孔口全部完善收缩孔口孔口出流的各项系数孔口出流的各项系数孔口出流的流速孔口出流的流速系数和流量系数系数和流量系数值，决定了孔口值，决定了孔口的部分

5、阻力系数的部分阻力系数和收缩系数和收缩系数。孔口变水头出流孔口变水头出流孔口变水头出流：孔口变水头出流：孔口出流过程中，孔口出流过程中，如容器内水位随时间降低或升高，如容器内水位随时间降低或升高，导致孔口的流量随时间变化。导致孔口的流量随时间变化。截面积为截面积为S的柱形容器，的柱形容器，水经孔口变水头自由出流水经孔口变水头自由出流dtghAQdt2SdhdV设孔口出流过程中，某时刻设孔口出流过程中，某时刻t t孔口的水头为孔口的水头为h h，在，在dtdt时间段内，孔口流出的液体体积为：时间段内，孔口流出的液体体积为：hdhgASdt2变水头出流时的泄空时间等于在起始水头变水头出流时的泄空时

6、间等于在起始水头H H作作用下恒定出流流出同体积水所需时间的用下恒定出流流出同体积水所需时间的2 2倍。倍。)(2222121HHgAShdhgAStHHmax1222QVgAHSt1 1第二节 小孔口吞没出流gVgVhCCe22222197.011162.01.1.损失损失流量系数流量系数流速系数流速系数0021221gHgHvcgVgVpZgVpZcc2222212222221111 gVgVppZZHcc22)()(222211000 令令11222 AAc 取基准面取基准面O-O O-O ，列断面，列断面1-11-1与断面与断面2-22-2的能量方程的能量方程流速计算式流速计算式002

7、2gHAgHAAvQCC 流量计算式流量计算式注意：注意：自由出流时，水头H值系水面至孔口形心的深度； 吞没出流时，水头H值系孔口上、下游水面高差。流速、流量与孔口在水面下的深度无关，所以也无“大，“小孔口区别。 考考你：n请写出图7-5中两个孔口Q1和Q2的流量关系式A1=A2。n图1：Q1 ？Q2；n图2：Q1 ？ Q2。填、 或 2.=2.=1.1.3a或L3b，孔口出流的收缩不受距壁面远近的影响，这就是完善收缩如A 。 不完善收缩：不满足上述条件的孔口出流为不完善收缩如B 。 注注：不完善收缩、不完全收缩的流量系数较完善收缩、完全收缩的流量系数大。取过水断面取过水断面o-oo-o，管嘴

8、出口断，管嘴出口断面面b-bb-b，列能量方程：，列能量方程：gvgvgvHn22222200gvHH2200000221gHgHvnn管嘴出管嘴出流速度流速度管嘴出管嘴出流流量流流量0022gHAgHAQnn管嘴出流管嘴出流圆柱形外管嘴恒定出流圆柱形外管嘴恒定出流在直径为在直径为d d的孔口上外的孔口上外接长度为接长度为l=l=3 34 4d d的短管，就是圆柱形的短管，就是圆柱形外管嘴。外管嘴。在一样的作用水头下，同样断面积的管嘴的过流才能是孔口的在一样的作用水头下，同样断面积的管嘴的过流才能是孔口的1.321.32倍。因此，工程上常用管嘴作泄水管。倍。因此，工程上常用管嘴作泄水管。管嘴出

9、流的两个限制：管嘴出流的两个限制：1 1对收缩断面真空度的限制；对收缩断面真空度的限制；2 2对管嘴长度的限制。对管嘴长度的限制。圆柱形外管嘴正常工作的条件：圆柱形外管嘴正常工作的条件：1 1作用水头作用水头2 2管嘴长度管嘴长度dl)43(mH9其他形式管嘴其他形式管嘴圆椎形扩张管嘴，具有较大的过流才能和较低的出口流圆椎形扩张管嘴，具有较大的过流才能和较低的出口流速。速。圆椎形收敛管嘴，具有较大的出口流速。圆椎形收敛管嘴，具有较大的出口流速。流线型管嘴，过流才能最大。流线型管嘴，过流才能最大。收缩断面的真空收缩断面的真空 列收缩断面列收缩断面CC和出口断面的能量方程和出口断面的能量方程代入上

10、式代入上式连续性方程连续性方程 H OO1 1VC 2 2dlC C 22) 11() 1(cmAAvvAAvcc1gvdlgvgvgvppmcca22222222gvdlppca2) 11(11222代入相应代入相应参数参数由由说明在收缩断面的说明在收缩断面的真空度是作用水头真空度是作用水头75%，管嘴的作用相当于将孔口自由出流的作用水管嘴的作用相当于将孔口自由出流的作用水头增大了头增大了75%75%，从而管嘴流量大为增加。，从而管嘴流量大为增加。02gHv0222Hgv82. 0075. 0Hppphcavv 作用水头作用水头H0越大，收缩断面真空度也越大。当收缩断面真越大，收缩断面真空度

11、也越大。当收缩断面真空度超过空度超过7m水柱时，空气将会从管嘴出口断面被水柱时，空气将会从管嘴出口断面被“吸入吸入，使收缩断面真空被破坏，管嘴不能保持满管出流。使收缩断面真空被破坏，管嘴不能保持满管出流。由公式由公式mH901、作用水头、作用水头2、管嘴长度、管嘴长度l=(34)d 圆柱形外管嘴圆柱形外管嘴正常工作条件正常工作条件?水柱水柱 圆柱外管嘴的正常工作条件 075. 0Hppphcavv第四节 简单管路n有压管道的分类有压管道的分类n根据阻力在总阻力中的比重不同分为：n“长管长管：指管道中水头损失以沿程损失为主,部分损失和流速水头所占比重较小，在计算中可忽略不计的管道。“短管短管：指

12、水头损失中，部分损失和沿程损失都占有相当比重，均不能忽略的管道。2 根据管道的布置方式不同分为根据管道的布置方式不同分为简单管道：单一直径没有分支的管道复杂管道：两根以上管道所组成的管系，如串联管路、并联管路及管网等。 二、管路计算及阻抗CBAdlldlBDAB)(gvdlgvgvH2)(2002022200 gvdlH2)(20 24dQv 2420)(8QgddlH gddl42H)(8S 令令2HQSH 则则简单管路的水利计算简单管路的水利计算以连接水池的简单管路为例，以连接水池的简单管路为例，取过水断面取过水断面1-11-1，2-22-2，列能量方程：，列能量方程：fmhhgvH200

13、00222fmhhgv2222fhH 其中：其中：那么：那么：长管的全部作用水头都消耗于沿程水头损失，总水头线是一根连接长管的全部作用水头都消耗于沿程水头损失，总水头线是一根连接水池水面和管道出口中心的直线，并与测压管水头线重合。水池水面和管道出口中心的直线，并与测压管水头线重合。25228)4(21lQdgdQgdlhHf528dg2lQhHf比比阻阻Q3Q2l1,d1l2,d2l3,d3Q1q1q2hf1hf2hf3H一、串联管路串联管路串联管路有压管路中的水击有压管路中的水击第一阶段。增压波从阀门向管道进口传播阶段。第一阶段。增压波从阀门向管道进口传播阶段。紧靠阀门的水体，速度由紧靠阀门

14、的水体，速度由 变为零，相应压强升高变为零，相应压强升高 。随之。随之相邻水体相继停顿流动，同时压强升高，这种减速增压的过相邻水体相继停顿流动，同时压强升高，这种减速增压的过程是以波速程是以波速a自阀门向上游传播，经过自阀门向上游传播，经过 后，水击波传后，水击波传到水池。这时，全管液体处于被压缩状态。到水池。这时，全管液体处于被压缩状态。0vdlt/p第二阶段。减压波从管道进口向阀门传播阶段。第二阶段。减压波从管道进口向阀门传播阶段。全管停顿流动，压强增高只是暂时现象。由于上游水池体积很全管停顿流动，压强增高只是暂时现象。由于上游水池体积很大，水池水位不受管路压力增高的影响而产生与大，水池水

15、位不受管路压力增高的影响而产生与 相应的流相应的流速速 ，向水池流去。与此同时，被压缩的水体和膨胀了的管壁，向水池流去。与此同时，被压缩的水体和膨胀了的管壁也都恢复原状。至也都恢复原状。至 时刻，整个管中都有正常压强时刻，整个管中都有正常压强 ，及向水池流动的流速及向水池流动的流速 。p0vdlt/20v第三阶段。减压波从阀门向管道进口传播阶段。第三阶段。减压波从阀门向管道进口传播阶段。由于惯性作用，水仍向水池倒流，而阀门全关闭无水由于惯性作用，水仍向水池倒流，而阀门全关闭无水补充，以致阀门端的水体必须首先停止运动，补充，以致阀门端的水体必须首先停止运动， 变为变为零，压强降低，密度减小，管壁收缩。这个减压波向零，压强降低，密度减小，管壁收缩。这个减压波向上游传播，在上游传播，在 时刻传至管道进口，