第8章 孔口管嘴出流与堰流精选文档.ppt

第8章 孔口管嘴出流与堰流本讲稿第一页，共十三页式中式中 设一孔口出流，列伯努利方程设一孔口出流，列伯努利方程 于是有于是有 Hcc00再令再令为作用水头，为作用水头，或或 式中式中 o 孔口流速系数，孔口流速系数，=0.97；孔口收缩系数，孔口收缩系数，=0.64；o 孔口流量系数，孔口流量系数，=0.640.97=0.62。（1）自有出流）自有出流本讲稿第二页，共十三页式中式中 （2）淹没出流）淹没出流 H10再令再令为作用水头，为作用水头，则则 式中式中 se 水流自收缩至扩大局部阻力系数；水流自收缩至扩大局部阻力系数；其他符号同前。其他符号同前。列两水箱水面伯努利方程列两水箱水面伯努利方程 H201122本讲稿第三页，共十三页 8.1.2 孔口的变水头出流孔口的变水头出流 同时水面下降同时水面下降 dh，截面积为，截面积为 At 的容的容于是于是积分上式得水位由积分上式得水位由H1 降至降至H2 的时间的时间 水箱水位随时间变化的孔口出流称变水头出流。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 据孔口中心为据孔口中心为 h 时，时，dt 时段内流出孔口的体积为时段内流出孔口的体积为 器内体积减少为器内体积减少为AtH1H2hdh本讲稿第四页，共十三页若令若令 H2=0，即得容器放空时间为，即得容器放空时间为 式中式中 V 容器放空的体积；容器放空的体积；Qmax 开始出流的最大流量。开始出流的最大流量。8.2 管嘴出流管嘴出流8.2.1 圆柱形外管嘴恒定出流圆柱形外管嘴恒定出流孔口上外接长度孔口上外接长度 l=(3-4)D 的短管，即圆柱形外管嘴。的短管，即圆柱形外管嘴。本讲稿第五页，共十三页Hcc00令令为作用水头，于是为作用水头，于是或 式中式中 n 管嘴阻力系数，管嘴阻力系数，n=0.5；n 管嘴流量系数，管嘴流量系数，n=n=0.82。设一管嘴出流，列设一管嘴出流，列 0-0 和和 b-b 断面伯努利方程断面伯努利方程 n 管嘴流速系数，管嘴流速系数，n=0.82；bb本讲稿第六页，共十三页Hcc 8.2.2 收缩断面的真空收缩断面的真空列列 c-c 和和 b-b 断面伯努利方程断面伯努利方程根据连续性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，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管嘴的流量是孔口流量的1.32倍。倍。bb与圆管扩大局部阻力系数与圆管扩大局部阻力系数 本讲稿第七页，共十三页考虑到考虑到 8.2.3 圆柱形外管嘴的正常工作条件圆柱形外管嘴的正常工作条件 整理伯努利方程式得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考虑到收缩断面最大真空高度不能超过 7 m，故最大作用，故最大作用 与与并将并将，及及代入，得代入，得水头不能超过水头不能超过 9 m。另外，管嘴长度若过短，无法形成管嘴出。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：正常工作必须满足：1.作用水头作用水头 HH0 0 9m 9m；2.管嘴长度管嘴长度 l l=(3=(34)4)D D 。本讲稿第八页，共十三页H 8.3 堰流堰流 8.3.1 堰流及其特征堰流及其特征 （1）堰和堰流）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。溢流的局部水流现象为堰流。PPH 堰上水头；堰上水头；堰顶厚度；堰顶厚度；P 上游坎高上游坎高；P下游坎高下游坎高。（1）堰的分类）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：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。薄壁堰、实用堰与宽顶堰。v0行近流速行近流速。v0本讲稿第九页，共十三页 1）薄壁堰）薄壁堰 /H0.67 由于惯性，水流与堰顶仅由于惯性，水流与堰顶仅 一条边线接触，堰顶厚度对水流一条边线接触，堰顶厚度对水流没有影响。故称薄壁堰。没有影响。故称薄壁堰。H 2）实用堰）实用堰 0.67/H2.5 堰顶厚度对水流有影响，水堰顶厚度对水流有影响，水 3）宽顶堰）宽顶堰 2.5/H10堰顶厚度较大，水流过堰堰顶厚度较大，水流过堰时，水流呈现两次跌落。宽顶时，水流呈现两次跌落。宽顶 若若/H10，则需计及沿程水头损失，为明渠。，则需计及沿程水头损失，为明渠。0.67H面呈现一次降落。此种类型的堰面呈现一次降落。此种类型的堰多见于水利工程。多见于水利工程。堰流也代表了诸多水流现象。堰流也代表了诸多水流现象。本讲稿第十页，共十三页 通常情况下，即下游水深不影响堰顶水流时，堰顶水流通常情况下，即下游水深不影响堰顶水流时，堰顶水流 8.3.2 宽顶堰溢流宽顶堰溢流H0面面 c c-c c 伯努利方程伯努利方程式中式中 为作用水头。为作用水头。（1）基本公式）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，水面则低于上游。大于上游，势能则小于上游，水面则低于上游。为急流状态。为急流状态。设一宽顶堰，以堰顶为基准面，列上游断面设一宽顶堰，以堰顶为基准面，列上游断面1-11-1和堰顶断和堰顶断CCchc0再令再令代入上式得代入上式得本讲稿第十一页，共十三页流量流量 （2）淹没的影响）淹没的影响 解出流速解出流速下游水位升高，顶托过堰水流，堰顶水流变为缓流，形下游水位升高，顶托过堰水流，堰顶水流变为缓流，形式中式中 m 为流量系数，由经验公式确定。为流量系数，由经验公式确定。淹没形成的必要条件：淹没形成的必要条件：淹没时，流量需修正淹没时，流量需修正 淹没形成的充分条件：淹没形成的充分条件：式中式中s为淹没系数，查表确定。为淹没系数，查表确定。成宽顶堰淹没溢流。成宽顶堰淹没溢流。CChsPh本讲稿第十二页，共十三页 堰宽堰宽 b 小于渠道宽小于渠道宽 B 时，为宽顶堰的侧收缩。侧收缩时，时，为宽顶堰的侧收缩。侧收缩时，8.3.3 薄壁堰薄壁堰 （3）侧收缩影响）侧收缩影响根据堰口形状，薄壁堰又分为矩形堰与三角堰。根据堰口形状，薄壁堰又分为矩形堰与三角堰。式中式中为侧收缩系数，由经验公式确定。为侧收缩系数，由经验公式确定。（1）矩形薄壁堰）矩形薄壁堰 （2 2）三角形薄壁堰）三角形薄壁堰 式中式中 m0 为计入行近流速影响的流量系数。为计入行近流速影响的流量系数。式中式中A、B为实验确定的系数。为实验确定的系数。流量亦需修正流量亦需修正或或本讲稿第十三页，共十三页