第六章孔口、管嘴、管路.ppt

Department of Engineering Mechanics Taiyuan University of Technology FLUID MECHANICS Email: illtlx@163.com PassWord: 123456 Q.Y Zhang 第六章 孔口、管嘴、管路 6.1 孔口出流 自由出流：在容器侧壁或底部开一小孔, 液体自孔口直接流入大气。 淹没出流：液体经孔口流入到充满液体的容器中。 概念 a. 小孔口：d0.1H。大孔口：d0.1H。 b. 薄壁孔口： 。厚壁孔口： 。 ? d 2 ? d 2 6.2 孔口自由出流 截面收缩系数 ? 孔口实际流量： 以孔0-0为基准, 列截面1-1和c-c 的伯努利方程 式中： 式中: c? 是流速系数 如果液面敞开, 则 小孔的流量 式中: cq 是流量系数 在理想状态下, ?c =1, 局部损失系数 ?=0, 流速系数 c?=1, 流量系数cq= ?。因此， 由此得出孔口出流时流速系数的物理意义为 对于薄壁小孔在充分收缩的情况下: 当Re=105时, 流体的粘性影响可以忽略不计, 主要是惯性力起作用。这时, 收缩系数 ? =0.6~0.64, 流速系数c?=0.95~0.98, 流量系数cq=0.60~0.62, 孔口阻力系数ζ=0.06。 实际流体的流速 理想状态下流体的流速 6.3 孔口淹没出流 以0-0为基准, 列1-1, 2-2 的伯努利方程 式中: z1=H1, z2=H2, z1-z2=H。如两容器同为敞开, 则 两容器液面高度变化很小，因此， ζ为孔口淹没出流局部阻力系数， 因截面2-2比截面c-c大的多， 自由出流与淹没出流计算公式的形式与内容完全相同。 对于气体孔口淹没出流, 其流速： 流量： 6.4 孔板出流 列1-1、2-2 的伯努利方程 式中: ?1= ?2= ?, ?1= ? 2= 1 p1-p2是流体流经孔板前后截面1-1、2-2 处的压强损失。 实际测得的是紧挨孔板前后的压强差 令 因此, 上述表达式因加以修正，如下 故 6.5 管嘴出流 列1-1、2-2 的伯努利方程 流速系数 管嘴出流的流速及流量 因ε=1，所以cq=cυ。 流量 注意：上式所有阻力系数，都是对管嘴出口截面而言, 如果对υc 速度水头而言, 取ζ孔=0.06,ε=0.63，再将其转化成为对υc 而言的阻力系数ζ收缩，即： 由此得出 , 结合实测取 。又因出口无壁面对流体发生作用, ?2 =1, 测得流速系数 取λ=0.02, l=3d，则 且 cq= cυ=1 从孔口流量公式及管嘴流量公式可知, 当水深 H 及两者出口断面积 A 相等时, 两者流量大小决定于各自的流量系数cq 。不论上述分析还是实验都已经证明, cq孔口 cq管。因此 H 及 A 相同时管嘴出流的流量比孔口流量大。 6.6 管嘴出流的特点及条件 列1-1、c-c 的伯努利方程 ? 管嘴出流的特点 式中h真空 是收缩断面上的真空度。因 c-c 截面速度水头为 代入求真空度关系式中，得 将cq= 0.82,ε=0.64, 代入上式, 得 h真空 =0.75H。 这说明管嘴出流在收缩断面上的真空度为0.75H 。该数值可用测压管测得。在管嘴内出现真空, 使得管嘴像一个水泵一样, 有从容器内向外抽吸液体的作用, 这就是管嘴出流优于孔口出流的原因。 ? 管嘴出流的条件 第一个条件: 位置水头H要适当。通常h真空越大则Q越大。但如果 h真空 过大, 即c-c断 面处绝对压力过低, 该处流体会发生汽化而产生气泡, 沿管嘴内表面被水流带走, 外部空气在大气压力作用下, 也会沿管嘴内壁冲进管嘴内。结果使得管嘴内的流体脱离管壁, 这时管嘴出流与孔口出流一样, 达不到增加流量的目的。对于水来说, 防止接近汽化压力而允许的h真空 =0.7mH2O。因此, 水头H就不能高于7/0.75=9.3m, 这时保证管嘴正常工作的。 第二个条件: 管嘴长度L要适当。为了达到增加管嘴Q的目的, 管嘴不能太长也不能太短, 太长会使沿程阻力过大, 太短则流体来不及充满整个管嘴就会流出。通常取 L=(3~4)d, 这是保证管嘴正常工作的。 6.7 管嘴的种类 a. 薄壁管嘴 b. 外管嘴 c. 内管嘴 d. 流线型管嘴 e. 扩张管嘴 f. 收缩管嘴 类型 阻力系数 收缩系数 流速系数 流量系数 薄壁孔口 0.06