流体力学孔口管嘴流动.ppt
流体力学孔口管嘴流动一、孔口管嘴出流一、孔口管嘴出流二、简单管路二、简单管路三、管路的串联和并联三、管路的串联和并联四、有压管中的水击、虹吸四、有压管中的水击、虹吸基本内容及要点基本内容及要点1 1、孔口自由出流：孔口自由出流：在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口出流在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口出流 到大气中。到大气中。一、孔口管嘴出流一、孔口管嘴出流如图所示：给出一自由出流孔口，如图所示：给出一自由出流孔口，容器中液体由四周流向孔口。容器中液体由四周流向孔口。通过收缩断面形心引基准线通过收缩断面形心引基准线0-0,0-0,列出列出A-AA-A及及C-CC-C两断面的能量方程。两断面的能量方程。HOOCAACDCv0vCCD34DvCvc分离、漩涡区分离、漩涡区这类流动损失均发生在局部这类流动损失均发生在局部,有有:移项整理得移项整理得:速度为：速度为：定义速度系数：定义速度系数：收缩系数：收缩系数：流流 量：量：定义流量系数：定义流量系数：则则2 2、孔口淹没出流：孔口淹没出流：液体通过孔口出流到另一个充满液体的空间称为淹没出流。液体通过孔口出流到另一个充满液体的空间称为淹没出流。结构形式如图示。结构形式如图示。以孔口中心线为基以孔口中心线为基准线，取上下游自由液准线，取上下游自由液面面1-11-1及及2-22-2，列能量方，列能量方程：程：上式移项整理，得上式移项整理，得:显然式中的显然式中的H0为作用水头为作用水头:由此式可得速度由此式可得速度:流量流量:淹没出流时突括系数约为淹没出流时突括系数约为1，所以取淹没出流速度系数为，所以取淹没出流速度系数为:流量公式改写流量公式改写:定义流量系数定义流量系数:孔口淹没出流之有压容器：孔口淹没出流之有压容器：出流形式可分为自由出流和淹没出流。出流形式可分为自由出流和淹没出流。流量公式形式如前流量公式形式如前:自由出流时：自由出流时：不计上流速度则变为：不计上流速度则变为：淹没出流时：淹没出流时：但此时的作用水头有差别。但此时的作用水头有差别。气体自然为淹没出流：气体自然为淹没出流：式中：式中：均匀管道中认为流速不变，则：均匀管道中认为流速不变，则：应用：孔板流量计应用：孔板流量计3 3、管嘴出流、管嘴出流 液体出流通道约等于液体出流通道约等于3-4d3-4d时，无论管壁厚还是接出的短管。时，无论管壁厚还是接出的短管。此时的出流工工况称为圆柱形外管嘴出流，简称管嘴出流。此时的出流工工况称为圆柱形外管嘴出流，简称管嘴出流。沿沿A-A/B-B断面列方程：断面列方程：与前述出流公式形式相同，左侧与前述出流公式形式相同，左侧为作用水头。为作用水头。所以：所以：出口断面流体呈充满流动，此时收缩系数为出口断面流体呈充满流动，此时收缩系数为1，则此时的流，则此时的流速系数和流量系数为：速系数和流量系数为：动能修正系数取动能修正系数取1，则：，则：锐缘进口局阻系数取锐缘进口局阻系数取0.5，则：，则：进口速度忽略不计，则：进口速度忽略不计，则：管嘴出流正常工作的条件：管嘴出流正常工作的条件：作用水头越大，则收缩区的真空值越大，当局部负压达到一作用水头越大，则收缩区的真空值越大，当局部负压达到一定程度时，常温的水也会发生汽化。水汽及空气会使液柱和管定程度时，常温的水也会发生汽化。水汽及空气会使液柱和管壁分离，这样就变成了孔口出流。所以要保证正常的管嘴出流，壁分离，这样就变成了孔口出流。所以要保证正常的管嘴出流，就必须控制真空度，也就是必须控制作用水头。就必须控制真空度，也就是必须控制作用水头。以以0-0为准，列断面为准，列断面1-1、2-2间能量方程：间能量方程：出口局阻出口局阻=1,将之归到和里面，将之归到和里面，则有：则有：二、简单管路二、简单管路 实际的工程在实际应用中，常常要对复杂管路系统做计算。实际的工程在实际应用中，常常要对复杂管路系统做计算。一个复杂的管路系统是由简单管路组成的。所以，应当从简单管一个复杂的管路系统是由简单管路组成的。所以，应当从简单管路开始进行阻力及流量特性研究。这里引入了阻抗的概念。路开始进行阻力及流量特性研究。这里引入了阻抗的概念。将其代入公式：将其代入公式：令令则上式简化为：则上式简化为：可知速度表达式：可知速度表达式：如管道内是气体，则水头改为全压，上式仍可使用：如管道内是气体，则水头改为全压，上式仍可使用：令令则则 由以上公式可以看出，由以上公式可以看出，Sp和和SH对给定管路而言是一个定值，对给定管路而言是一个定值，它综合反映可管路上沿阻和局阻的情况，称为阻抗。它综合反映可管路上沿阻和局阻的情况，称为阻抗。它可以简练的表示出：简单管路中，总阻力损失和体积流它可以简练的表示出：简单管路中，总阻力损失和体积流量平方成正比。量平方成正比。一、串联管路一、串联管路串联管路是由许多简单管路首尾相接组合而成。串联管路是由许多简单管路首尾相接组合而成。流动特点：流动特点：结论：无中途的分流或合流，则各管段流量相同，阻力叠加，结论：无中途的分流或合流，则各管段流量相同，阻力叠加，总管段的阻抗等于各管段阻抗叠加。这就是串联管路的计算原总管段的阻抗等于各管段阻抗叠加。这就是串联管路的计算原则。则。三、管路的串联与并联三、管路的串联与并联二、并联管路二、并联管路 液体从总管路节点液体从总管路节点a处分出两根以上的管段，而这些管段同处分出两根以上的管段，而这些管段同时又汇集到另一节点时又汇集到另一节点b处，在节点处，在节点a和和b之间的各管段称为并联管之间的各管段称为并联管路。并联管路同样遵循基本守恒原理。路。并联管路同样遵循基本守恒原理。简单推导，由：简单推导，由：得：得：即：即：代入流量公式：代入流量公式：已知已知：消去消去h得得：或有：或有：有压管中运动着的液体，由于阀门或水泵突然关闭，使得液有压管中运动着的液体，由于阀门或水泵突然关闭，使得液体速度和动量发生急剧变化，从而引起液体压强的骤然变，这种体速度和动量发生急剧变化，从而引起液体压强的骤然变，这种现象称为水击。现象称为水击。四、水击和虹吸四、水击和虹吸一、水击现象一、水击现象过程分析：如图所示过程分析：如图所示水击的危害和防止措施水击的危害和防止措施1、水击的危害、水击的危害2、直接水击和间接水击直接水击和间接水击 设备损毁，管道破裂设备损毁，管道破裂。噪音、震动。噪音、震动。直接：直接：直接直接水击时压强增值最大，危害也最大，此时采用水击时压强增值最大，危害也最大，此时采用儒科夫斯基公式计算：儒科夫斯基公式计算：水击波传递速度水击波传递速度：公式中参数含义：公式中参数含义：密度密度关阀前后速度关阀前后速度水击波传递速度水击波传递速度水中的声速，一般为水中的声速，一般为1425m/s1425m/s水的弹性系数水的弹性系数管子内径管子内径管壁厚度管壁厚度管材的弹性系数管材的弹性系数间间接：接：直接水击时压强增值直接水击时压强增值较小较小，危害也，危害也比较小。比较小。3、防止措施防止措施 要满足要满足T Ts s2l/C2l/C即即lCTlCTs s/2/2条件，应尽量避免直接水击，使条件，应尽量避免直接水击，使pp值减小。值减小。增加管路关闭（或开启）时间增加管路关闭（或开启）时间T Ts,s,使过程长使过程长 在管路中装置各种安全瓣，或把部分空气引入管中。在管路中装置各种安全瓣，或把部分空气引入管中。二、虹吸现象二、虹吸现象、原理：大气压力、原理：大气压力、特点：负压区、特点：负压区、正常工作条件：、正常工作条件：hv=78.5m(真空高度真空高度)以图所示为对象求解流量及真以图所示为对象求解流量及真空高度以空高度以0-0为基准线，取为基准线，取断面断面1-1、2-2列能量方程。列能量方程。移项得：移项得：（式中（式中SH为阻抗）为阻抗）则则 H0=Z1-Z2=H则：则：同时同时 p1=p2=pa v1=v2 可表示为：可表示为：H0=hl1-2=SHQ2如图示中如图示中 L=L1+L2 eb0将以上数值代入流量计算公式中：将以上数值代入流量计算公式中：则：则：此即虹吸管的速度及流量计算公式。此即虹吸管的速度及流量计算公式。求最大真空高度：求最大真空高度：求最大真空高度：求最大真空高度：取断面取断面1-1及及C-C，列方程：，列方程：要点v1、阻抗v2、扬程（全压）、阻抗、流量关系。v3、管路串并联公式。v4、水击。v5、虹吸。谢谢大家！结结 语语
