第六章-孔口出流-终

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 孔口及机械中的气穴现象孔口及机械中的气穴现象6.4 变水头作用下的孔口出流变水头作用下的孔口出流厚壁孔口（管嘴）薄壁孔薄壁孔 口口有压管道有压管道有压流有压流无压流无压流短管短管长管长管自由出流自由出流淹没出流淹没出流水力计算中局部水头损失起主要作用，沿程损失可以略去不计，用能水力计算中局部水头损失起主要作用，沿程损失可以略去不计，用能量方程和连续方程导出计算流速和流量的公式，并由实验确定式中的系数。量方程和连续方程导出计算流速和流量的公式，并由实验确定式中的系数。2 dl二、薄壁孔口出流与管嘴出流的特点：二、薄壁孔口出

2、流与管嘴出流的特点：42 dl收缩：内收缩收缩：内收缩 外收缩外收缩收缩系数：收缩系数：AACcc 收缩断面面积收缩断面面积孔口面积孔口面积2 dlgvgvgpgvgpccc22222211列断面列断面1和收缩断面和收缩断面c的能量方程有的能量方程有AACcc 令收缩系数令收缩系数2211DdCvAAvvcccc 且：且：2ppc gvDdCgppcc2)(1 24221 )(2)(112142ppDdCvcc 11vC0)(4 Dd 小孔口：小孔口：值由实验测定，大小与孔口形状、大小、位置等因素有关。值由实验测定，大小与孔口形状、大小、位置等因素有关。 )(2)(112142ppDdCvcc

3、 所以小孔口的出流速度为：所以小孔口的出流速度为： pCpvvc 2211式中式中 为流速系数为流速系数: vCCC =0.970.98 2. 孔口出流流量孔口出流流量 pACpACCAvCvAqqvcccccv 22式中式中 流量系数流量系数：qC 1ccvqCCCCgHp gHCpCvvvc22 gHACpACqqqv22 p )(2 pgHACqq 若既有若既有，又有，又有H，则，则， 11vCc 孔口出流系数包括：阻力系数孔口出流系数包括：阻力系数、流速系数、流速系数CvCv、流量系数、流量系数CqCq、收缩系数收缩系数CcCc。它们影响孔口出流的性能。它们影响孔口出流的性能。 是考虑

4、液体从孔口出流时的局部阻力损失而得到的系数，但是出流的是考虑液体从孔口出流时的局部阻力损失而得到的系数，但是出流的局部阻力损失很难由理论计算，只能通过实验得到。局部阻力损失很难由理论计算，只能通过实验得到。vC（1 1）流速系数）流速系数CvCv的测量的测量 221tgytuxcygxuc2 gHCuvc2 yHxCv 2消去时间消去时间t t，得收缩断面上得平均，得收缩断面上得平均流速：流速：同时，同时，则得，则得根据实测数据根据实测数据CvCv约为约为0.970.990.970.99。如果取平均值。如果取平均值0.980.98，可得孔口阻力系数，可得孔口阻力系数0.0420.042.3.3

5、.阿里特苏曲线阿里特苏曲线（2 2）流速系数）流速系数CvCv的物理意义的物理意义 pvgHvvvCccTcv 22 因此，流速系数是实际流速与理想流速之比，阻力系数越大，实际流因此，流速系数是实际流速与理想流速之比，阻力系数越大，实际流速越小。速越小。理想流速表述的孔口雷诺数理想流速表述的孔口雷诺数5510 R当当62. 0 qC97. 0 vC64. 0 vqcCCC06. 0112 vC 例：如图示，在例：如图示，在= 860 kg/m= 860 kg/m3 3、 的油管中的油管中, ,加装一个薄壁小孔阻加装一个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, 阻尼器两端压强差阻尼器两端压强差 pp = = 0.110.1110105 5 Pa Pa，试求管中流速及流量。，试求管中流速及流量。 sm /104 . 826例：已知某冷却塔喷水管的圆柱形管嘴直径例：已知某冷却塔喷水管的圆柱形管嘴直径d = 30 mm, d = 30 mm, 管嘴长度管嘴长度L=4d,L=4d,冷却的水量冷却的水量为为Q Q0.38 m0.38 m3 3/s/s，管嘴的作用水头，管嘴的作用水头H H0 0=6m.=6m.试计算：试计算：1 1）单个管嘴的喷水量？）单个管嘴的喷水量？2 2）需要对少个管嘴才

7、能满足冷却水量的要求？）需要对少个管嘴才能满足冷却水量的要求？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 参见：图参见：图3-26列出列出Cq,表表5-8列突然缩小的收缩系数列突然缩小的收缩系数Cc及及 a.入口阻力系数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数gHCpCvvvc22 gHACpACqqqv22 2.管嘴出流系数82. 0 vcqCCC82. 011 vC1 cC （1）阻力系数 146. 01 b.收缩后扩

8、张阻力系数316. 02 c.沿程当量阻力系数04. 03 只有内收缩只有内收缩5 . 0321 （2）流速系数 （2）流速系数 （3）收缩系数 （4）收缩系数管嘴自由出流的流速和流量公式与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与孔口自由出流的流速和流量公式的形式类似，管嘴淹没出流的流速和流量公式与孔口淹没出流的流速和流量公式式类似，管嘴淹没出流的流速和流量公式与孔口淹没出流的流速和流量公式的形式也类似，只是系数不同罢了。的形式也类似，只是系数不同罢了。比较孔口和管嘴的流速系数和流量系数 管嘴管嘴Cc=1Cc=1CvCv=0.82=0.82CqCq=0.82 =0.82

9、薄壁孔口薄壁孔口Cc=0.64Cc=0.64CvCv=0.97=0.97CqCq=0.62 =0.62 二、管嘴的种类类型特点圆柱外伸管嘴损失较大，流量较大圆柱内伸管嘴损失大、隐蔽外伸收缩形管嘴损失小、速度大（消防龙头）外伸扩张形管嘴损失大、流速低、压力大（扩压管）流线形外伸管嘴损失小、动能大、流量大1.气穴现象一、气穴现象及气穴产生的条件2.气穴产生的条件局部地区的高速和低压 有些部位（泵入口、节流孔处）液体的速度比较大，压强出现真空，当真空度增大到一定程度，就会有气泡从液体中游离出来 ，气泡进入高压区迅速破裂，产生高压水力冲击和振动的现象。空气分离压：液体饱和蒸汽压：水中溶解气体不超过2油

10、中溶解气体常达6123.气蚀4.管嘴正常使用条件防止气蚀列C-C、B-B断面能量方程wBBCChgvgpgvgp2222gvdlhBw22AvAvBCC连续性方程取AAC21102gHvB82. 002. 03dlaBpp 解得C-C断面真空值075. 0HgppCa允许真空值 OmHhv27OmHH203 . 975. 07H0的极限值管嘴正常使用条件之一管嘴正常使用条件之二dl43OmHH20775. 0如图，柱形容器、没有流量注入、孔口自由泄流。容器内自由表面积如图，柱形容器、没有流量注入、孔口自由泄流。容器内自由表面积为，在为，在dt时段内水头的增量为时段内水头的增量为dH，则，则dt时段内孔口的泄水量为时段内孔口的泄水量为:等截面S容器，t时刻孔口水头H1dt内流出体积dtgHACqdtdVq2 容器减少体积SdHdV 取取 ，应用定常流孔口自由出流的流量公式得，应用定常流孔口自由出流的流量公式得HH 0SdHdtgHACq 2HdHgACSdtq2 即即 当当 时，上式写成时，上式写成