孔口(管嘴)出流.ppt

HYDRAULICS第8章孔口 管嘴 出流 堰顶溢流和闸下出流 李大美教授博士生导师武汉大学 Chapter8目录 8 1概述8 2孔口出流8 3管嘴出流8 4堰顶溢流8 5闸孔出流 8 1概述 孔口 管嘴 出流 堰顶溢流和闸孔出流属于急变流 其水头损失以局部损失为主 沿程损失往往忽略不计 这类水流形式在实际工程中广泛存在 本章着重讨论上述建筑物形体对过流能力的影响 及其常用的水力计算方法 1 孔口出流 液体经容器壁上孔口流出的水力现象 孔口分类 大孔口H d 10小孔口H d 10流动分类 恒定和非恒定出流出流分类 自由出流和淹没出流收缩分类 完善收缩和不完善收缩 2 管嘴出流 在孔口接一段长l 3 4 d的短管 液流经过短管并充满出口断面流出的水力现象 根据实际需要管嘴可设计成 1 圆柱形 内管嘴和外管嘴2 非圆柱形 扩张管嘴和收缩管嘴 3 堰顶溢流 水流经堰顶下溢的水力现象 水面呈连续降落曲线 堰的分类 薄壁堰 0 67实用堰0 67 2 5宽顶堰2 5 10 4 闸孔出流 水流从闸底缘与底板形成的孔口流出的水力现象 闸门分类 平板闸门和弧形闸门 第坎分类 曲线形实用堰和宽顶堰 出流分类 自由出流和淹没出流 8 2孔口出流 1 薄壁小孔口恒定出流薄壁 孔壁与出孔水流仅在一周线上接触 沿程损失可以忽略 小孔口 d H 1 10恒定出流 孔口水头H保持不变 孔口出流又分自由出流和淹没出流 1 自由出流 出孔水股流入大气为自由出流水流受孔口约束 在距孔口d 2处 形成断面最小的c c称为收缩系数 孔口自由出流流量公式 流速公式式中H0为作用水头 ActingHead 0孔口的局部阻力系数为孔口流速系数为孔口流量公式 适用于大 小孔口 关于孔口出流的各项系数 实验测得孔口流速系数孔口的局部阻力系数孔口的流量系数 对于薄壁小孔口 0 60 0 62 2 淹没出流 出孔水流淹没在下游水面之下当v1 v2 0 两式的形式完全相同 流速和流量系数亦同 与孔口的淹没深度无关 也无 大 小 孔口的区别 表8 1薄壁小孔口出流的各项系数 收缩系数 阻力系数 流速系数 流量系数 0 640 060 970 62 2 孔口非恒定出流 水头H不断变化 H H t 为非恒定出流 设某时刻t 孔口的水头h 容器内水的表面积为 孔口面积为A 在微小时段dt内 经孔口流出的液体体积为从孔口流出的液体体积应该和容器中液体体积减少量相等 泄空容器所需时间 分离变量积分当 常数当H1 H H2 0 即得容器 泄空 例8 1洒水车储水箱长l 3m 直径D 1 5m 底部设有泄水孔 孔口面积A 100c 流量系数 0 62 试求泄空一箱水所需时间 根据孔口非恒定流公式水箱内水面面积 8 3管嘴出流 1 圆柱形外管嘴恒定出流管嘴出口速度管嘴流量式中管嘴阻力系数 n 0 5 管嘴流速系数和流量系数 管嘴与孔口的流量系数 孔口流量管嘴流量显然 在相同条件下 管嘴过流能力是孔口的1 32倍 这是因为管嘴内收缩断面出现了真空 2 圆柱形外管嘴的真空 建立c c和b b断面能量方程式中 圆柱形外管嘴正常工作条件 1 作用水头H0 9m2 管嘴长度l 3 4 d 3 其它形式的管嘴a 圆锥形扩张管嘴 具有较大过流能力和较低出口流速 b 圆锥形收敛管嘴 具有较大出口流速 c 流线型管嘴 管嘴内无收缩 扩张 阻力系数最小 8 4堰顶溢流 堰流的基本问题是确定堰的过流能力 根据下游水位是否影响堰的过流能力 分为淹没溢流和自由溢流 根据堰宽是否等于上游渠宽以及是否有隔墩 分为无侧收缩和有侧收缩 1 堰流的基本公式 建立0 0和1 1断面能量方程1 1断面水舌厚度 过水断面面积 平均压强水头 关于堰流流量公式 堰流流量公式是针对矩形薄壁堰推导而得的 但对实用堰和宽顶堰同样适用 为避免试算 可将公式改写成式中若考虑淹没影响若考虑侧向收缩影响 2 矩形薄壁锐缘堰 薄壁堰是流量量测工具 1 水舌形状堰壁上游3H处 水面降落0 003H 堰顶 水舌上缘降落0 15H 堰壁下游0 27H处 水舌下缘高出堰顶0 112H 堰壁下游0 67H处 水舌下缘与堰顶同高 2 薄壁堰流溢流特点 稳定的水舌形式 稳定的流速分布和压强分布 稳定的水头 流量关系 因此 薄壁堰常用作流量量测工具 此外 薄壁堰水舌下缘形状也是曲线型实用堰的剖面设计依据 3 矩形薄壁堰流计算 计算公式流量系数 Bazin公式 1898 适用条件 H 1 24m b 2m P 1 13m若考虑侧收缩可用Hegly公式 3 三角形薄壁堰 当流量Q 100l s 堰顶水头H 3cm 将会产生贴壁流 宜改用三角形薄壁堰 取微小堰宽视为矩形薄壁堰由几何关系 当H 0