水力学：第8章 孔口、管嘴出流与堰流.ppt

第8章孔口、管嘴出流与堰流孔口（orifice）和管嘴（nozzle）出流属于有压流动，堰（weir）流则属于无压流动。三者具有的共同点是水头损失中，与局部水头损失相比，沿程水头损失可以忽略不计。8.1孔口出流容器壁上开孔，水经该孔流出的水力现象称孔口出流。孔口出流又有大、小孔口之分。小孔口指孔口形心位于水面之下十倍于孔径深度的孔口，即H≥10D，或D≤H/10，如此可认为孔口断面上个点的水头相等。当D＞H/10，孔口断面上个点的水头不相等，为大孔口。式中设一孔口出流，列伯努利方程于是有Hcc00再令为作用水头，或式中φo—孔口流速系数，φ=0.97；ε—孔口收缩系数，ε=0.64；μo—孔口流量系数，μ=εφ=0.64×0.97=0.62。（1）自有出流式中（2）淹没出流H10再令为作用水头，则式中ζse—水流自收缩至扩大局部阻力系数；其他符号同前。列两水箱水面伯努利方程H2011228.1.2孔口的变水头出流同时水面下降dh，截面积为At的容于是积分上式得水位由H1降至H2的时间水箱水位随时间变化的孔口出流称变水头出流。设一水箱，水面随水从孔口流出而下降。当水面降至距据孔口中心为h时，dt时段内流出孔口的体积为器内体积减少为AtH1H2hdh若令H2=0，即得容器放空时间为式中V—容器放空的体积；Qmax—开始出流的最大流量。8.2管嘴出流8.2.1圆柱形外管嘴恒定出流孔口上外接长度l=(3-4)D的短管，即圆柱形外管嘴。Hcc00令为作用水头，于是或式中ζn—管嘴阻力系数，ζn=0.5；μn—管嘴流量系数，μn=φn=0.82。设一管嘴出流，列0-0和b-b断面伯努利方程φn—管嘴流速系数，φn=0.82；bbHcc8.2.2收缩断面的真空列c-c和b-b断面伯努利方程根据连续性方程孔口与管嘴计算公式具有相同的形式，作用水头相同时，管嘴的流量是孔口流量的1.32倍。bb与圆管扩大局部阻力系数考虑到8.2.3圆柱形外管嘴的正常工作条件整理伯努利方程式得考虑到收缩断面最大真空高度不能超过7m，故最大作用与并将，及代入，得水头不能超过9m。另外，管嘴长度若过短，无法形成管嘴出流的形式，过长则要计及沿程水头损失。因此，圆柱形外管嘴正常工作必须满足：1.作用水头H0≤9m；2.管嘴长度l=(3～4)D。H8.3堰流8.3.1堰流及其特征（1）堰和堰流无压缓流中所设置的由顶部溢流的障壁称为堰，水流堰顶溢流的局部水流现象为堰流。δPP’H—堰上水头；δ—堰顶厚度；P—上游坎高；P’—下游坎高。（1）堰的分类按照堰顶厚度与堰上水头的比值范围，堰可分为三类：薄壁堰、实用堰与宽顶堰。v0—行近流速。v01）薄壁堰δ/H＜0.67由于惯性，水流与堰顶仅一条边线接触，堰顶厚度对水流没有影响。故称薄壁堰。H2）实用堰0.67≤δ/H＜2.5堰顶厚度对水流有影响，水3）宽顶堰2.5≤δ/H＜10堰顶厚度较大，水流过堰时，水流呈现两次跌落。宽顶若δ/H＞10，则需计及沿程水头损失，为明渠。0.67H面呈现一次降落。此种类型的堰多见于水利工程。堰流也代表了诸多水流现象。通常情况下，即下游水深不影响堰顶水流时，堰顶水流8.3.2宽顶堰溢流H0面c-c伯努利方程式中为作用水头。（1）基本公式01由于堰顶处过流断面小于上游，故流速大于上游，动能大于上游，势能则小于上游，水面则低于上