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 1、孔口、管嘴出流的特点 2、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/10 2、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 A A C C 0 0 d H0 H pa gva AA22wcccAAAA hgvpZgvpZ C 2222 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 ,221 gvhh cmw 移项整理得：     g vppZZgv AACACAcc 22 221  gvHH AA220 令：解 vc得： )(gHavcc 2152101 H0称为作用水头 ，是促使出流的全部能量 11  ca令：孔口出流流量公式 cc AvQ  AAc令 02 HgAAvQ c    令 02 HgAQ  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 22221 1 2 21 2 1 22 2 2 2ccvvvvHHg g g g     令 221 1 2 20 1 222vvH H Hgg   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 00121 22cv g H g H0022ccQ v A A g H A g H    0022ccQ v A A g H A g H    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 1 2 1111   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 H 0 0 P P′ v0 2H 1 1 N N hS 波状水跃 hc 0 . 7 00 . 8 00 . 9 01 . 0 00 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1σ shs/H0淹没系数 淹没标准 •当 时，下游水流绝对不会影响 堰顶溢水流性质 0sh  ph •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 0sh ph 08.0 Hh s d b b b 边墩 边墩 闸墩 闸墩 B 3. 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 BbBbHP12.01 43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 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； 堰上水头不宜过小，一般不宜小于 2.5m； 水舌下面的空间通气良好； H 。