流体力学5-3、4

1、5-3 5-3 管嘴（厚壁孔口管嘴（厚壁孔口) )出流出流 在孔口断面处接一直径与孔口完全相同的圆柱形短管，其长度l(3-4)d，这样的短管称为圆柱形外管嘴，如图所示。水流进入管嘴后，同样形成收缩，并在收缩断面C-C处主流与管壁分离，形成旋涡区；然后又逐渐扩大，在管嘴出口断面上，水流充满整个断面流出。列符合渐变流条件的过水断面A-A和管嘴出口断面B-B伯努利方程，即：222222AAABBBBABPvPvvZZggggggvgppZZHAABABA2)(20令00122BBvgHgH管嘴流量:对于B端面，是满管流，有=1，=。0022VBQv AAgHAgH式中：式中： 管嘴阻力系数，即管道锐

2、缘进口局部阻力系数，管嘴阻力系数，即管道锐缘进口局部阻力系数， 查得查得 =0.5=0.5； =0.82=0.82gvHBB2)(20CD34DvCvc管嘴出流的局部损失由两部分组成，即管嘴出流的局部损失由两部分组成，即孔口的局部水头损失及收缩断面后扩展孔口的局部水头损失及收缩断面后扩展产生的局部损失，水头损失大于孔口出产生的局部损失，水头损失大于孔口出流流,出流速度只有孔口出流速度的出流速度只有孔口出流速度的84%。但是管嘴出流为满流，收缩系数为但是管嘴出流为满流，收缩系数为1，因，因此流量系数仍比孔口大此流量系数仍比孔口大.%8484. 097. 082. 0孔口管嘴孔口管嘴vv. 3/1

3、, 0A%8432. 1.32. 1262. 0282. 082. 05 . 0115 . 0, 1C000孔口增加了抽吸的作用，故流量比面产生了内真空，起着可见管嘴在收缩截定性分析：。孔口的倍，而流速只为是孔口的相同时，管咀出流流量结论：在锐缘进口损失分析：孔口嘴aBcBcBpppvvAHAgHgHQQ 圆柱形外管嘴收缩断面处真空度可达作用水头的真空度可达作用水头的0.75倍，倍，相当于把管嘴的作用水头增大了75%，这就是相同直径、相同作用水头下的圆柱形外管嘴的流量比孔口大的原因。 形成真空时作用水头不可能无穷大，因为当真形成真空时作用水头不可能无穷大，因为当真空度达到一定时，其压强小于汽化

4、压强，出现空度达到一定时，其压强小于汽化压强，出现汽蚀汽蚀破坏破坏，而且会将空气从管嘴处吸入，而且会将空气从管嘴处吸入，破坏真空破坏真空，而，而成为孔口出流。成为孔口出流。 实验测得，当液流为水流，管嘴长度实验测得，当液流为水流，管嘴长度 l =(34)d 时，管嘴正常工作的最大真空度为时，管嘴正常工作的最大真空度为7.0m，则作用水则作用水头头m3 . 975. 0m70H 说明说明圆柱形外管嘴正常工作条件是：圆柱形外管嘴正常工作条件是： l = (3 4) dH09.3m例5-4 ：液体从封闭的立式容器中经管嘴流入开口水池，管嘴直径d=8cm,h=3m,要求流量为0.05m3/s.试求作用

5、于容器内液面上的压强为多少？解：按管嘴出流流量公式： 求作用水头:取得忽略上下游液面速度，则有：解得：02gHAQv22202AgQHv82. 0mH5 . 7)08. 0785. 0(82. 08 . 9205. 022220hgpHHgppHa02100)(kPamkNpmhHgp41. 4/41. 48 . 910005 . 45 . 435 . 720005-4 5-4 简单管路简单管路 管径、流量都相同的管路相同。管径、流量都相同的管路相同。2 2、阻抗、阻抗222222000002(1)22221()2fmvHhhgvvvvllHgdggdgvlHdg因出口局部阻力系数等于，把其包

6、括到，则有：422242224222)(8)(8)(8)4(21)(ddlSQSQgSgHPgddlSQSQgddldQgdlHPpHHH对气体管路：对液体管路结论：结论：简单管路中，总阻力损失简单管路中，总阻力损失=流量的平方乘以阻抗。流量的平方乘以阻抗。例题：例题： 如图所示虹吸管，上下游水池的水位差如图所示虹吸管，上下游水池的水位差H=2.5mH=2.5m，管，管长长L LACAC=15m,L=15m,LCBCB=25m=25m，管径，管径d=200mm,d=200mm,沿程阻力系数沿程阻力系数=0.025=0.025，入口和出口局部阻力系数入口和出口局部阻力系数e=1.0e=1.0，各

7、弯头局部阻力系数，各弯头局部阻力系数0.20.2，管顶允许真空度，管顶允许真空度7m7m，求通过流量及最大允许超高，求通过流量及最大允许超高h hs s。smSHQQSHZZgddLLSHvvHbeCBACH/0713. 03 .39322-13 .3938 . 92 . 014. 3) 12 . 0312 . 02515025. 0( 8)3( 8322142420断面的能量方程知：由管中流速：列1-c断面间能量方程smodQvv/27. 22 . 014. 3713. 04422mghgvdLgpphZZgvdLgvgpZgPZbeACcacbeACcCa88. 5227. 2) 12 .

8、 0212 . 015025. 0(72) 12(2)2(20221221 通常包括：通常包括： 管道管道 动力源动力源（水泵、风机、轮机）（水泵、风机、轮机） 各种部件各种部件（弯头、阀门、突缩结构、扩张结（弯头、阀门、突缩结构、扩张结构和分叉等）。构和分叉等）。 给定管路尺寸和流量，确定管路压降（损失），选择动力头；给定管路尺寸和流量，确定管路压降（损失），选择动力头； 给定管路尺寸和压降（动力头），确定流量；给定管路尺寸和压降（动力头），确定流量； 根据给定的流量和压降，设计管路尺寸（管径）。根据给定的流量和压降，设计管路尺寸（管径）。水泵向压力水箱送水的简单管路：水泵向压力水箱送水的简单管路： 由有能量输入的佰努利方程:结论：水泵的扬程（即水泵的水头），不仅用来提高流体的位置水头、结论：水泵的扬程（即水泵的水头），不仅用来提高流体的位置水头、压强水头，还用来在输送流体的过程中，克服流动阻力而做功。压强水头，还用来在输送流体的过程中，克服流动阻力而做功。 此时，此时，水泵的有效功率水泵的有效功率:kWWHgQNive或202121122201