第八章 孔口出流.ppt

1、欢 迎 使 用 工程流体力学 多媒体授课系统,燕 山 大 学 工程流体力学课程组,第八章 孔口出流,概述 8.1 孔口出流的分类 8.2 薄壁小孔口自由出流 8.3 孔口出流系数 8.4 厚壁孔口自由出流,概述,孔口出流在工程技术中有着广泛的应用，在许多领域都可以见到。例如，水利工程上的闸孔，水力采煤用的水枪，汽车发动机的汽化器，柴油机的喷嘴，以及液压技术中油液流经滑阀、锥阀、阻尼孔等都可归纳为孔口出流问题。 本章讨论液体孔口出流的基本概念，研究流体出流的特征，确定出流速度、流量和影响它们的因素。通过对这些问题的研究，以便使我们进一步掌握流体流动基本规律的应用。,8.1 孔口出流的分类,孔口出

2、流：流体流经孔口的流动现象。 一、薄壁孔口和厚壁孔口 1、如果液体具有一定的流速，能形成射流，且孔口 具有尖锐的边缘，此时边缘厚度的变化对于液体出 流不产生影响，出流水股表面与孔壁可视为环线接 触，这种孔口称为薄壁孔口。 特征：L/d2 2、如果液体具有一定的速度，能形成射流，此时虽 然孔口也具有尖锐的边缘，射流亦可以形成收缩断 面，但由于孔壁较厚，壁厚对射流影响显著，射流 收缩后又扩散而附壁，这种孔口称为厚壁孔口或长 孔口，有时也称为管嘴。特征：2L/d4,3、收缩断面：薄壁孔口边缘尖锐，而流线又不能 突然转折，经过孔口后射流要发生收缩，在孔口下 游附近的c-c断面处，射流断面积达到最小处的

3、过 流断面。以Cc表示。 4、收缩系数：收缩断面面积与孔口的几何断面积 之比，即 Cc = Ac/A。 5、出流特征：液体从薄壁孔口出流时，没有沿程 能量损失，只有收缩而产生的局部能量损失，而液 体从厚壁孔口出流时不仅有收缩的局部能量损失， 而且还有沿程损失。,二、大孔口和小孔口 1、小孔口：以孔口断面上流速分布的均匀性为衡 量标准，如果孔口断面上各点的流速是均匀分布 的，则称为小孔口。 2、大孔口：如果孔口断面上各点的流速相差较 大，不能按均匀分布计算，则称为大孔口。 三、自由出流和淹没出流 1、自由出流：以出流的下游条件为衡量标准，如 果流体经过孔口后出流于大气中时，称为自由出 流； 2、

4、淹没出流：如果出流于充满液体的空间，则称 为淹没出流。,8.2 薄壁小孔口自由出流,一、分析 液体从容器内经薄壁小孔口出流的情况如图8-2所 示。取图中的1-1和c-c断面列伯努利方程，则 其中： 得：,整理得： 当A1Ac,并注意到c1，则得 式中：流速系数 通过孔口的流量为,流量系数 Cd = CcCv 二、两种特例 1、若容器上部为自由液面且小孔自由出流时，有 2、高压系统（ ），则有,一、流速系数Cv 1、流速系数物理意义：实际流速与理想流速之比。 2、射流轨迹法测定Cv 如图8-3所示，孔口出流射入大气后成为平抛运 动，将坐标原点取在收缩断面上，测量射流上任一 点的坐标x和y，如果忽

5、略射流四周的空气阻力，则 消去时间t，得收缩断面c-c上的平均流速,8.3 孔口出流系数,代入 则得 二、流量系数Cd 1、定义理论流速 则： 2、流量系数的物理意义就是实际流量与理论流量 之比。,三、收缩系数与阻力系数 用实验得出的Cd与Cv，可以算出收缩系数 用实验测得的Cv，可以算出孔口的阻力系数c 流速系数Cv、流量系数Cd以及收缩系数Cc与阻力系 数c和雷诺数ReT的关系表示在图8-4上(其中ReT 为Cv1时理想流速下的雷诺数)。,四、完全收缩与部分收缩 （1）完全收缩：孔口距离器壁很远，因此器壁对孔口的收缩情况毫无影响，这种收缩称为完全收缩。 （2）非完全收缩：孔口四周都有收缩，

6、但某一边距离器壁较近，其收缩情况受到器壁的影响，因而这种收缩称为非完全收缩。 （2）部分收缩：有的边根本不收缩，只有部分边有收缩，因而称为部分收缩。,图8-6为带有外伸圆柱形厚壁孔口的容器。取1-1、 2-2两缓变流断面列伯努利方程 厚壁孔口只有内收缩而无外收缩，这是它与薄壁孔 口的区别之一。区别之二是厚壁孔口阻力损失由下 列三部分组成：一是入口阻力损失，二是c-c断面 后的扩大阻力损失，三是后半段上沿程能头损失。 因此,8.4 厚壁孔口自由出流,因 而扩大阻力损失系数为 所以 令 则 式中 为厚壁孔口流速系数 因而流量,式中Cd = Cv称为厚壁孔口流量系数。 特例分析：当液体从薄壁圆孔口出流时，其流量系 数Cd = 0.61，而厚壁孔口的流量系数Cd = 0.82 ， 为薄壁孔口的1.34倍。于是当孔口面积相同时，通 过厚壁孔口的流量大于薄壁孔口。产生这个结果的 原因可解释为：当液体从厚壁孔口流到大气中去时 流速为v2，在收缩断面上的流速vc v2 ，因此收缩 断面上的压强pc一定小于管嘴出流断面上的压强， 即小于大气压强pa ，这样就在厚壁孔口的内收缩 断面上产生真空，将液体从容器中吸入流体，从而 使厚壁孔口比面积相同的薄