流体力学第五章 孔口出流PPT课件

第五章孔口出流、孔口出流、孔口出流：水通过孔口流出的水力现象称为孔口出流，当容器壁开孔时，薄壁孔口出流：l/D2厚壁孔口出流：喷嘴出流。小喷孔：当喷孔中心上方的喷孔直径d(或高度e)与喷孔高度h之比小于0.1，即d/H0.1时，应考虑喷孔射流横截面上各点处沿喷孔高度的水头、压力和速度的变化，此时的喷孔称为大喷孔。根据d/H比：大孔、小孔、分级、不稳定排放：当水箱中的水不能补充时，孔的水头不断变化，此时的流出称为不稳定流出。恒定排放：当孔板排放时，如果水箱中的水量可以连续补充，使孔板的水头不变，此时的恒定排放称为恒定排放。根据孔口水头的变化，出流可分为恒定出流、非恒定出流和淹没出流：如果通过孔口的出流不进入空气而是流入下游水体，导致孔口淹没在下游水面以下，这称为淹没出流。自由排放：如果通过孔板流出的水直接进入空气，收缩段的压力可视为大气压力，即pc=pa，那么孔板排放称为孔板自由排放。根据流出条件的不同，可分为自由流出和淹没流出。喷嘴出口：一根直径为34倍的短管连接在喷孔周围。水流过短管并用管子填充出口部分的水力现象称为喷嘴流出。一般来说，孔口的边缘是切割边缘的形状，并且各种结构形式的阀口大多是薄壁小孔的类型。5.1薄壁孔口流出，5.1.1节流孔流出速度和流量计算，收缩系数，第1-1节，C-C伯努利方程：流出速度简化为：流量：2)如果d与d之差不大，则是大孔流出，收缩系数是其经验公式，流出速度是，流量是，流量系数，流量系数，流量系数，1，流量系数：5.1.2出口流量系数，出口速度：和理想流速：(1)，(2)，比较(1)和(2):孔口阻力系数越大，实际流速越小，流速系数越小。应注意实际流量与理想流量的比率和流量系数的确定：从孔板流出的气流进入大气后会水平移动。流量系数：实际流量与理想流量的比率。流量为：理想流量为：(1)、(2)，比较(1)和(2)可知：(1)厚壁孔口只有内部收缩，没有外部收缩，收缩系数CC=1，与小孔口出流相比，具有以下特点：(2)总局部阻力系数包括三部分：a)入口系数(相当于薄壁孔口出流；c-c段的反膨胀阻力系数(通过突然膨胀计算)，以及c)后半段沿程的等效系数。5.2.1厚壁孔口的排放速度和流量，5.2.2厚壁孔口的排放系数，收缩系数：阻力系数：速度系数：流量系数：1，0.5，0.82，0.82，5.3几种孔板类型的排放性能比较，为什么厚壁孔板的流量大于薄壁孔板的流量？5.4机械中的气穴现象，5.4.1气穴现象的概念，气穴现象的条件：局部地区的高速和低压。5.4.2节流气穴、5.4.3泵入口处的气穴以及防止泵前气穴的方法：1。降低吸水高度；2.降低吸水管和吸油管沿线的局部阻力；3.增加管道直径以降低流速；4.减少进水管的输送长度。5.5相似性原则，嘿。嘿。嘿。嘿。嘿。5.5.1相似性概念，机械相似性是指物理流和模型流在相应点上应具有一定的比例关系，包括几何相似性、运动相似性和动态相似性：1)几何相似性：即模型流和模型流具有相似的边界形状有以下比例：嘿。嘿。2)运动相似性：即物理流和模型流的流线应在几何上相似，相应点的速度应成比例。速度标度、时间标度、加速度标度、流量标度、运动粘度标度、角速度标度、动态相似性：即物理流量和模型流量应受到相同的外力影响，相应的应力是成比例的。密度标度、质量标度、力标度、力矩标度、压力(应力)标度、动态粘度标度、功率标度、无量纲系数标度、无量纲系数标度等。相似的物理流和模型流之间存在着对应的、平等的关系，这为测量速度系数、流量系数、阻力系数等提供了可能。模型流上的物理流。在所有机械相似的标度中，基本标度L、V和是独立的。在基本尺度确定后，可以确定所有其他物理量的尺度，并且可以确定所有物理量在模型流和物理流之间的转换关系。大多数物体和模型都在相同的重力范围内，因此单位质量的重力比例通常等于1，即，1)，弗劳德数代表惯性力与重力的比率。弗劳德数，5.5.2相似标准。2)，欧拉数代表压力与惯性力的比值。欧拉数3)和雷诺数代表惯性力与粘滞力之比。综上所述，从上面可以看出，如果两种流动在力学上相似，它们的弗劳德数、欧拉数和雷诺数必须相等。它被称为不可压缩流体稳定流动的力学相似准则。据此，可以判断两个流程是否相似。相似性标准不仅是判断相似性的标准，也是设计模型的标准，因为满足相似性标准本质上意味着相似尺度之间应保持以下三种相互制约的关系：在设计模型时，如果所选择的三种基本尺度能够满足这三种制约关系，当然，模型流和物理流是完全机械相似的。但这很难。近似模型法，5.5.3近似模型法，不能保证综合力学相似性。在水利工程和明渠无压流中，主要受力位置是重力。以水位下降形式表示的重力是控制流量的主要原因，而重力是水工建筑物中的主要矛盾。粘滞力有时不起作用，有时起不到很好的作用，所以弗劳德模型法可以用来解决这样的问题：1)弗劳德模型法，同时，几何形状相似，重力加速度在一般模型流和物理流中是相同的，所以，或者，这个公式表明，在弗劳德模型法中，速度尺度不能再用作被选择的基本尺度。弗劳德模型法在水利工程中应用广泛。大型水利工程设计必须经过模型试验验证后才能投入施工。(2)雷诺模型法，管道中的压力流是在压差作用下克服管道摩擦产生的流动。粘滞力决定压差的大小，粘滞力决定管道中的流动性质。此时，重力是一个无关紧要的次要因素。因此，雷诺模型方法可以用来解决这个问题。雷诺准则是：雷诺模型法广泛应用于管道流动、水力技术、水力机械等。与此同时，几何形状相似，粘性流中有一种特殊现象。当雷诺数增加到一定极限时，惯性力与粘滞力的比值也增加到一定程度，粘滞力的影响相对减弱。此时，继续增加雷诺数不会对流动现象和流动性能产生任何定性或定量影响。这时，尽管雷诺数不同，粘性效应是相同的。这种现象称为自动建模，出现这种现象的雷诺数范围称为自动模型区域。当雷诺数处于自动模型区域时，雷诺准则失去了判别相似性的功能。3)欧拉模型法，也就是说，当自动模型区域中的雷诺数不满足雷诺准则时，粘滞力相似性将自动发生。因此，在设计模型时不需要考虑粘滞力的影响。如果它在管道或气体中流动，就不需要考虑重力的影响。这样，我们只需要考虑欧拉准则，它代表压力与惯性力的比值。欧拉模型法适用于管道内的流动、风洞试验和自动模型区周围的气体流动。(2)作用在闸门上的力矩，由在模型上测量的流动收缩截面的速度决定，实施例1:该图显示了弧形闸门下深度为H=6米的水流。(1)试着找出模型上的水深，试着找出物理流上的流速，收缩段上的速度，作用在闸门上的力和力矩。(2)解决方案；闸门下的水流是在重力作用下的，因此模型的设计应采用弗劳德模型法。(1)、(弗劳德数相等)。例2:设计一种新型汽车，其主要高度为1.5米，速度为108公里/小时=30米/秒，准备在风洞中进行试验。给定风速