水力学_第8章 孔口出流.ppt

水力学教学课件主讲教师：刘伟答疑地点：综合实验楼106本章为连续性方程、伯努利方程和水头损失 规律的具体应用本章学习要点本章学习要点 1 1、孔口、管嘴出流的特点孔口、管嘴出流的特点 2 2、孔口、管嘴出流的水力计算孔口、管嘴出流的水力计算 第八章 孔口、管嘴出流与堰流• 孔口、管嘴出流：沿流动方向边界长度 很小，只需考虑局部损失，不计沿程损 失例：门窗过流、节流孔板、消火栓 、水龙头等一、孔口出流分类1、按孔口大小与其水头高度的比值分小孔口出流：若孔径d（或孔高e）＜ H/10大孔口出流：若孔径d（或孔高e）≥ H/102、按孔口作用水头（或压力）的稳定与否分恒定孔口出流：出流水头不变非恒定孔口出流：出流水头变化8.1 孔口出流3、按出口出流后的周围介质分自由出流：若液体经孔口流入大气，称自由出流淹没出流：液体经孔流入充满液体的空间，称淹没出流4、按孔壁的厚度分薄壁孔口：液流与孔壁仅在一条周线上接触，壁厚对出流无影响厚壁孔口（管嘴）：当孔壁厚度和形状使流股收缩后又扩开，与孔壁接触形成面而不是线，称这种孔口称为厚壁孔口(管嘴)孔口出流：计算特点：hf≈0；出流特点：收缩断面二、薄壁小孔口恒定出流1、自由出流液体从各个方向涌向孔口，由于惯性作用，流线只能逐渐弯曲，在孔口断面上仍然继续弯曲且向中心收缩，直至出流流股距孔口d/2 处，过流断面收缩达到最小，此断面即为收缩断面c—c断面。

自收缩断面后，液体质点受重力作用而下落AACC00dH0 Hpa通过收缩断面形心引基准线0-0，列出A-A及C-C两断面的能量方程对薄壁孔口来说移项整理得：解vc得：H0称为作用水头，是促使出流的全部能量孔口出流流量公式令令φ称为流速系数ε为断面收缩系数μ为流量系数流速系数，φ =0.97～0.98流量系数，μ =0.60～0.62断面收缩系数，ε =0.62～0.64通过实验测得，对圆形薄壁小孔口令 整理得2、淹没出流由于惯性作用，水流经孔口流束形成收缩断面c－c，然后扩大列上、下游自由液面1－1和2－2的能量方程式中水头损失项包括孔口的局部损失和收缩断面c－c至2－2断面流束突然扩大局部损失上两式中 H0――作用水头，当出口两侧容器较大，v1≈v2≈0，则 H0＝H1－H2＝H；ζ1――孔口的局部阻力系数，与自由出流相同；ζ2――液流在收缩断面后突然扩大的局部阻力系数，当 A2>>Ac时，ζ2＝(1－Ac/A2)2≈1；φ――淹没孔口的流速系数，μ――淹没孔口的流量系数，μ＝εφ对于薄壁小孔口，试验证明，不同形状孔口的流量系数差别不大但孔口在壁面上的位置对收缩系数却有直接影响。

全部收缩是当孔口的全部边界都不与容器的底边、侧边或液面重合时，孔口的四周流线都发生收缩的现象；如图中I、Ⅱ两孔 不全部收缩是不符合全部收缩的条件；如图中Ⅲ、Ⅳ两孔在相同的作用水头下，不全部收缩的收缩系数 ε 比全部收缩时大，其流量系数μ′ 值亦将相应增大孔口出流各项系数全部收缩的孔口分为：完善收缩：凡孔口与相邻壁面或液面的距离大于或等于同方向孔口尺寸的3倍(图中l1≥3a及l2≥3b)，孔口出流的收缩不受壁面或液面的影响如图中I孔不完善收缩：不符合完善收缩条件的如图中Ⅱ孔问题1：薄壁小孔淹没出流时，其流量与 有关A、上游行进水头； B、下游水头；C、孔口上、下游水面差； D、孔口壁厚 C）问题2：请写出下图中两个孔口Q1和Q2的流量关系式（A1＝A2）填>、 hn，整个断面为缓流状态，成为淹没出流H00PP′v02H11NNhS波状水跃hc淹没系数淹没系数淹没标准淹没标准•当 时，下游水流绝对不会影响 堰顶溢水流性质•当 时，为形成淹没式宽顶堰的 必要条件•实验证明， 为形成淹没式 宽顶堰的充分条件dbbb边墩边墩闸墩闸墩B3. 侧收缩影响有的堰顶过流宽小于上游渠宽；堰顶设闸墩及边墩，引起水流侧向收缩，降低过流能力，用侧收缩系数ε反映其影响。

影响侧收缩的主要因素1) 闸墩和边墩头部形状; 2)闸墩数目;3)闸墩在堰上相对位置; 4)堰上水头等单孔宽顶堰薄壁堰流的水力计算薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系，常作为水力模型或野外测量中一种有效的量水工具v当矩形薄壁堰无侧收缩，自由出流时，水流最 为稳定，测量精度也较高；v堰上水头不宜过小，一般不宜小于2.5m；v水舌下面的空间通气良好；H。