工程流体力学放映章孔口管嘴

1、工程流体力学放映章孔口管嘴第1页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三学习重点：掌握孔口、管嘴恒定流计算及相关概念；理解闸孔出流计算；了解消能措施。掌握宽顶堰水力计算；第2页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三1、孔口出流液体经容器壁上所开小孔流出的水力 现象，称孔口出流。2、管嘴出流液体经容器壁上所接短管流出的水力 现象，称管嘴出流。3、闸孔出流是一种大孔口出流。一、概念第3页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三4、堰流现 象）可按堰流计算。当孔口高度与上游水头之比为 0.75eH时，（可能出现堰流 eH第4页，共58页，2022年，5月2

2、0日，4点15分，星期三（3）能量损失计算式。 （1）能量方程；（2）总流的连续性方程； 二、任务： 计算过流量Q。三、依据：第5页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三一、孔口出流分类1、按 e 与H 的关系： eH小孔口：大孔口：111 恒定薄壁孔口出流第6页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三2、按孔口的作用水头是否稳定：自由式出流；淹没式出流。厚壁孔口出流。 薄壁孔口出流；恒定孔口出流；非恒定孔口出流。3、按出流后周围的介质情况：4、按孔壁对出流的影响：第7页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三H第8页，共58页，2022年，5月20

3、日，4点15分，星期三CgHvf=20gHAQm=20efm=CAAe=CCaxf+=1其中：二、薄壁小孔口自由出流 1、流量公式：=0.970.98。=0.600.62；=0.64；对薄壁圆形完善收缩小孔口：第9页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三（3） 孔口的位置（对收缩系数有直接的影响）。（1） 孔口的形状； （2） 孔口的边缘情况； 3、几种孔口的收缩形式自阅全部收缩不全部收缩完善收缩、不完善收缩2、影响孔口出流的边界因素：aL3aL3a第10页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三可将其分成无数的小孔口，再积分。三、薄壁大孔口自由出流1、流量公式：

4、与小孔口不同，见表 111第11页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三1、流量公式：2、自由式与淹没式对比：1 公式形式相同；2 、基本相同，但 H0不同； 3 自由出流与孔口的淹没深度有关， 淹没出流与上、下游水位差有关。四、薄壁孔口淹没出流第12页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三Hv0zv0v2H0=H+2gv02自由式：淹没式：H0=z+2gv022gv22第13页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三rm2pAQD=五、气体孔口出流（属淹没式） pD孔口前后气体的压强差；气体密度。 第14页，共58页，2022年，5月20日，4点

5、15分，星期三v1、孔板流量计；2、薄壁小孔口。六、应用举例第15页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三见p120112 恒定管嘴出流1、管嘴的几种连接形式：2、流体经圆柱形管嘴或扩张管嘴时，由于惯性作用， 在管中某处形成收缩断面，产生环行真空，从而增 加了水流的抽吸力，使其出流量比孔口有所增加。第16页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三1、自由式出流：一、圆柱形外接管嘴出流gvdlgvgvgvgvHc222222222221222200lxxaa+=+如图所示，列能量方程：2c2v0Hcv（1）推导公式：第17页，共58页，2022年，5月20日，4点1

6、5分，星期三2c2v0Hcv1经孔口的局部损失；v2vC= 02扩大的损失ACA=0其中：第18页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三（2）公式： 022gHvf=02gHAQm=82.0=fm（3） 与孔口的对比： 1 公式形式相同，但系数不同：孔口： =0.62 =0.97 =0.64管嘴： =0.82 =12 H0 相同时，若A 也相同，则管嘴出流是孔口出流 量的1.32倍。第19页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三gvgvpgvpaccc2222222222+=+xagag（4） 外接管嘴真空1 对CC，22 列方程：gvvc2)(22-=2hj2

7、= xv222g2c2v0Hcv可作为突然扩大处理第20页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三=075.0Hpvg在 CC处形成 0.75H0 真空度。2 真空计算：H0 9 mH0O水柱；L（34）d。 水柱时，管内液体pv 7m H0O实验证明：将气化，吸入空气，破坏真空。（5） 圆柱形外接管嘴 正常工作的条件：第21页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三2、淹没出流：02gHvf=02gHAQm=（1） 公式：第22页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三gvHHpv275.022220ag-=D=02pAQrmccHH2v0v23、气

8、体经管嘴出流：D0p全压差（2） CC处的真空：三、其它类型的管嘴出流基本公式同上，各系数可查表112。第23页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三解决的问题：只对作用液面缓慢变化的情况进行讨论。充水、泄水所需时间问题。1、公式推导： 将液面高度的变化划分成无数微小时段，每一微小时段作恒定流处理。W-=dHdV=dtQ dtgHA2m流出体积液面减少的体积113 非恒定孔口、管嘴出流第24页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三-W=2221HHgAtmmax11222QVgHAHt=W=m2、充、泄水时间：容器中无液体流入的自由出流或上游恒定，下游液面改变的

9、淹没出流。3、容器放空时20H=H1H2第25页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三114 闸孔出流 一、简介1、闸门底的类型：平 坎 宽顶堰坎实用堰坎第26页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三2、闸门的型式：矩形平板闸门； 弧形闸门3、闸孔的出流型式：自由式； 淹没式4、闸孔出流与堰流的判别标准： 0.65eH则为堰流；若（1）平坎、宽顶堰坎：（2）实用堰坎：则为堰流。 0.75eH若第27页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三5、影响闸孔出流的因素：闸门的型式； 闸孔的尺寸；闸前的水头； 下游水位等。第28页，共58页，2022年，5

10、月20日，4点15分，星期三二、闸孔出流计算AAc=eehc=eeHgBeQ-=em)(20 1、自由式闸孔出流二维、平坎、矩形闸门Hcchte系数见表113。 0.951.0(平坎)第29页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三)(20hHgBeQ-=m2、淹没式 Hehchth二维、平坎、矩形闸门、B、e同自由式。h 由动量方 程推导， 见式 1136第30页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三3、自由式、淹没式判别标准：（1）自由式：不发生淹没式水跃。（2）淹没式：发生淹没式水跃。hc ht发生淹没式水跃的条件:hc ht第31页，共58页，2022年，

11、5月20日，4点15分，星期三（2）判断是自由式、淹没式？（1）判断是否闸孔出流？5、举例。4、闸孔水力计算应注意的问题：第32页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三115 堰 流1、堰 一种既可蓄又可泄的溢流设施。2、堰流水流经明渠上的泄水构筑物时，发生水面 连续光滑跌落的现象。第33页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三宽顶堰： H 0.67薄壁堰：实用堰：H 2.50.67 2.53、堰的分类：（1） 依据堰顶厚度：H第34页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三（2） 依据水流行近堰体的条件：1 侧收缩堰；2 无侧收缩堰。Bb第35页

12、，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三1 正堰vv3 侧堰v2 斜堰（3） 依据堰与渠道中水流的方向：第36页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三（4） 依据堰口的形状：1 三角堰3 梯形堰2 矩形堰1 自由式；2 淹没式。4 流线形堰（5） 依据下游水位是否影响泄流：第37页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三一、薄壁堰1、完善堰流与非完善堰流： 当堰上水头H 较小时，水舌将贴壁而下，形成不完善堰流，影响泄流能力；当H 增加时，水舌离开壁面，但如果水舌与壁面间没有良好的通风，仍会出现不完善堰流，故在薄壁堰中应保持水舌下通风充分，以使其为完善

13、堰流。第38页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三（1）自由式 （完全堰）2、矩形薄壁堰完全堰无侧收缩、自由式、水舌下通风、 矩形、薄壁、正堰。2 有侧收缩堰：1完全堰:m0式1144 m式1145m0式1146第39页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三堰下游水面高于堰顶；1 必要条件： hs 02 充分条件：Zp1真空堰第43页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三2非真空堰堰剖面曲线与堰溢流时水的流线一致，水 舌下缘与壁面曲线相吻合，保证在设计水 头下达到最大过流量， 水流作用于液面上 的压强近似大气压。判别淹没条件同薄壁堰。 2、计算

14、式（1）自由式无侧收缩：第44页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三 1 m曲：0.430.50折：0.350.43（2）有侧收缩：（3）淹没式：真：0.5；非：0.452式 1156。3 其它分别查有关表格。第45页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三三、宽顶堰 小桥过水、无压短涵管、分洪闸、泄水闸等一般都属于宽顶堰水流计算。1、水力现象分析：（1）当H 42.5 时，堰顶水面只有一次跌落，堰坎末端偏上游处的水深为临界水深 h cr 。第46页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三工程中常见的是第二种宽顶堰时，堰顶水面出现两次跌落，H 10

15、4 同实用堰； 3 表117。 1 m 查表118； 2 表117。 有坎宽顶堰：无坎宽顶堰：1 m 式1159，1160；3 已考虑进 m，不单算。第48页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三3、淹没判别的标准：1 必要条件：h s (0.750.85)H 0 h s 0 ； 2 充分条件：或 h s (1.251.35) h cr三类水力计算，分别为计算：Q ，H，B四、堰流水力计算薄壁堰、实用堰、宽顶堰第49页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三116 水工建筑物下游水流衔接与消能一、简介1、消能消除或缩短泄水建筑物下游急流段的措施，简称消能。2、消能

16、的设计原则在控制的局部流段内，增加水流的紊乱、消减水流流速，消除对河床的有害能量。3、消能的方法:底流式消能、面流式消能、挑流式、人工加糙、单级跌水或多级跌水。第50页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三（1）底流式消能：特点：水流的主流在渠底，有消力池或消力槛。设计原则：在消力池或消力槛前造成淹没式水跃，以利用水跃消能。适用范围：多用于软土地基上的中、低水头泄水建筑物下游。（2）面流式消能：特点：将主流引向下游水面，并在河床与表层水之间形成旋涡区以消耗能量。利用平顶或小挑角鼻坎，将游急流送到下游水流表面。为了造成面流式消能，多用平顶或小挑角鼻坎，并将鼻坎顶端造成戽勺形，使水

17、流在戽勺内形成水跃，在坎后形成面流，在戽内、跌坎下游、下游水面形成三个大旋涡以消能。故也称戽流消能。设计原则：第51页，共58页，2022年，5月20日，4点15分，星期三优点：对河床冲刷小，可节约防护工程投资。缺点：会引起下游水位激烈波动，对岸坡的稳定及航运不利。下游水深较大且稳定的水流。适用范围：（3）挑流式：利用下泄水流具有的高流速，将水流挑射到远离泄水建筑物的下游河床中。因挑射水流受空气阻力影响，水股发生分散，射入下游河床后，与下游水流剧烈混掺，大量的下泄能量被消耗掉，从而降低流速，保护河床。适用范围：岩石地基上的中、高水头泄水构筑物下游。（4）人工加糙：在急流槽或在下游局部河床中，采用人工增加渠道的粗糙度以降低流速，达到消能。 第52页，共58页，2022年，5月20日，4