流体力学 第7章 1-3节.ppt

1、15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,1,第七章孔口、管嘴出流和有压管流,本章所用知识点连续性方程能量方程沿程水头损失局部水头损失,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,2,第一节孔口出流,孔口出流：在容器侧壁或底壁上开孔，水经孔口流出的水力现象就称为孔口出流。如果出流到大气中，称为孔口自由出流。如果出流到充满液体的空间，则称为淹没出流。,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,3,应用：排水工程中各类取水、泄水闸孔，以及某些量测流量设备均属孔口。,第一节孔口出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,4,第一节孔口出流,薄壁孔口：当孔口具有锐缘时，孔壁与水流仅在

2、一条周线上接触，即孔口的壁厚对出流并不发生影响。这种孔口叫做薄壁孔口。,厚壁孔口或管嘴：当孔口具有一定厚度时，孔壁厚度和形状促使流股收缩后又扩开，孔壁与水流接触形成面而不是线，这种孔口叫做厚壁孔口或管嘴。,能量损失发生在孔与嘴的局部,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,5,第一节孔口出流,孔口断面上：急变流收缩断面（0.5d处）：渐变流,1-1及c-c两断面间能量方程,薄壁孔口自由出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,6,第一节孔口出流,薄壁孔口：,令,作用水头,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,7,第一节孔口出流,作用水头,物理意义：促使流体克服阻力，流入

3、大气的全部能量,位差,压差,流速水头,位差：液面至孔口中心的高度差,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,8,小孔口：当孔口直径d（或高度e）与H的比值小于0.1，即d/H0.1时，可认为孔口射流断面上的各点流速相等，且各点水头亦相等，这时的孔口称为小孔口。,第一节孔口出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,9,第一节孔口出流,对于自由出流且具有自由液面的情况：,忽略不计,自由液面，自由出流：,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,10,第一节孔口出流,令,速度系数,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,11,第一节孔口出流,讨论：流动无损失,若,15:19

4、:44,同济大学航空航天与力学学院,12,第一节孔口出流,孔口流量,收缩系数,其中,流量系数,孔口自由出流基本公式,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,13,第一节孔口出流,全部收缩孔口：孔口四周的流线全部发生弯曲，水股在各方向都发生收缩。,非全部收缩孔口。,在相同的作用水头下，非全部收缩时的收缩系数比全部收缩时的大，其流量系数值也相应增大。,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,14,第一节孔口出流,全部收缩时的孔口流量系数,系数，圆孔取0.13，方孔取0.15,未收缩部分周长,X为孔口全部周长,非全部收缩孔口：,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,15,第一节孔

5、口出流,全部收缩的水股，又根据器壁对流线弯曲有无影响而分为完善收缩与不完善收缩,全部完善收缩,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,16,第一节孔口出流,不完善收缩,全部完善收缩时孔口流量系数,A：孔口面积,A0：孔口所在壁的全部面积,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,17,第一节孔口出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,18,第一节孔口出流,当液体通过孔口出流到另一个充满液体的空间时称为淹没出流,1-1及2-2两断面间能量方程,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,19,作用水头,第一节孔口出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,20,出

6、流流量,液体经孔口处的局部阻力系数,液体在收缩断面之后突然扩大的局部阻力系数,第一节孔口出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,21,淹没出流速度系数,淹没出流流量公式,第一节孔口出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,22,作用水头,具有自由液面，且忽略上下游液面的速度水头时：,出流流量与孔口在液面下开设的位置高低无关,第一节孔口出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,23,第一节孔口出流,孔口的变水头出流,截面积为F的柱形容器,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,24,第一节孔口出流,容器放空,即,变水头出流的放空时间,等于在起始水头H1作用下

7、,流出同体积水所需时间的2倍,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,25,第二节管嘴出流,圆柱型外管嘴出流：在孔口上连接长为34倍孔径的圆短管(或者圆孔壁厚为34孔径），水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象。,应用：消防水枪和水力机械化施工用水枪。,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,26,取过水断面1-1，管嘴出口断面b-b，列能量方程：,圆柱形外管嘴恒定出流,在直径为d的孔口上外接长度为l=(34)d的短管，就是圆柱形外管嘴。,令,旋涡区：收缩断面c-c前后,第二节管嘴出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,27,管嘴出流,管嘴出流流量：,第二节管嘴出流,

8、15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,28,取,则,锐缘进口,讨论作用水头：,第二节管嘴出流,流量系数为孔口出流流量系数的1.32倍,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,29,在收缩断面C-C前后流股与管壁分离，中间形成漩涡区，产生负压，出现了管嘴的真空现象,第二节管嘴出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,30,收缩断面的真空,列收缩断面CC和出口断面b-b的能量方程,第二节管嘴出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,31,又,第二节管嘴出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,32,表明在收缩断面的真空度是作用水头75%，管嘴的作用相当于

9、将孔口自由出流的作用水头增大了75%，从而管嘴流量大为增加。,收缩断面CC上的真空值：,第二节管嘴出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,33,在相同的作用水头下，同样断面积的管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。因此，工程上常用管嘴作泄水管。,管嘴出流的两个限制：（1）对收缩断面真空度的限制；（2）对管嘴长度的限制。,作用水头H0越大，收缩断面真空度也越大。当收缩断面真空度超过7m水柱时：（1）水将汽化；（2）空气将会从管嘴出口断面被“吸入”，使收缩断面真空被破坏，管嘴不能保持满管出流。,第二节管嘴出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,34,圆柱形外管嘴正常工作的条件：

10、(1)作用水头(2)管嘴长度,作用水头的极限值,为防止气化，真空值必须控制在7mH2O以下,第二节管嘴出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,35,其他形式管嘴,(a)流线形管嘴，流量大，水头损失小，出口断面上速度分布均匀。(b)收缩圆锥形管嘴，喷射速度大。(c)扩大圆锥形管嘴，部分压能恢复为动能，如引射器的扩压管。,第二节管嘴出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,36,第三节短管的水力计算,管路的分类根据阻力在总阻力中的比重不同分为：“长”管：指管道中水头损失以沿程损失为主，局部损失和流速水头所占比重较小，在计算中可忽略不计的管道。“短”管：指水头损失中，局部损失和

11、沿程损失都占有相当比重，均不能忽略的管道。,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,37,根据管道的布置方式不同分为：,1简单管道：单一直径没有分支的管道2复杂管道：两根以上管道所组成的管系，如串联管路、并联管路及管网等。,第三节短管的水力计算,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,38,如图所示,0-0为基准线，1-1及2-2两断面间能量方程,第三节短管的水力计算,短管,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,39,第三节短管的水力计算,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,40,第三节短管的水力计算,1-1及2-2两断面间能量方程,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,41,第三节短管的水力计算,淹没出流,15:19:44,同济大学航空航天与力学学院,42,扬程的计算,略去速度水