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当前位置:首页 > 临时分类 > 流体力学 第7章 1-3节
21:02:30同济大学航空航天与力学学院1第七章孔口、管嘴出流和有压管流本章所用知识点连续性方程能量方程沿程水头损失局部水头损失21:02:30同济大学航空航天与力学学院2第一节孔口出流孔口出流:在容器侧壁或底壁上开孔,水经孔口流出的水力现象就称为孔口出流。如果出流到大气中,称为孔口自由出流。如果出流到充满液体的空间,则称为淹没出流。paHd21:02:30同济大学航空航天与力学学院3应用:排水工程中各类取水、泄水闸孔,以及某些量测流量设备均属孔口。第一节孔口出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院4第一节孔口出流薄壁孔口:当孔口具有锐缘时,孔壁与水流仅在一条周线上接触,即孔口的壁厚对出流并不发生影响。这种孔口叫做薄壁孔口。厚壁孔口或管嘴:当孔口具有一定厚度时,孔壁厚度和形状促使流股收缩后又扩开,孔壁与水流接触形成面而不是线,这种孔口叫做厚壁孔口或管嘴。能量损失发生在孔与嘴的局部21:02:30同济大学航空航天与力学学院5第一节孔口出流孔口断面上:急变流收缩断面(0.5d处):渐变流1-1及c-c两断面间能量方程薄壁孔口自由出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院6第一节孔口出流薄壁孔口:gvhhcjw22jccchgvgpgvgpH20222000gvppHgvcCc22)(20002令gvppHHc220000021gHvcC作用水头21:02:30同济大学航空航天与力学学院7gvgppHHc220000第一节孔口出流作用水头物理意义:促使流体克服阻力,流入大气的全部能量位差压差流速水头H位差:液面至孔口中心的高度差21:02:30同济大学航空航天与力学学院8小孔口:当孔口直径d(或高度e)与H的比值小于0.1,即d/H0.1时,可认为孔口射流断面上的各点流速相等,且各点水头亦相等,这时的孔口称为小孔口。第一节孔口出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院9000ggppca第一节孔口出流对于自由出流且具有自由液面的情况:gvgppHHca22000忽略不计自由液面,自由出流:HH021:02:30同济大学航空航天与力学学院10021gHvCC第一节孔口出流令C102gHvC速度系数21:02:30同济大学航空航天与力学学院11第一节孔口出流讨论:流动无损失0若1C11C理想流体的速度实际流体的速度CCvvgHgH0021298.0~97.021:02:30同济大学航空航天与力学学院12第一节孔口出流孔口流量0022gHAgHAAvAvQcccccAvQ收缩系数AAc/其中64.0~62.0流量系数62.0~60.097.064.0~97.062.002gHAQ孔口自由出流基本公式21:02:30同济大学航空航天与力学学院13第一节孔口出流全部收缩孔口:孔口四周的流线全部发生弯曲,水股在各方向都发生收缩。非全部收缩孔口。在相同的作用水头下,非全部收缩时的收缩系数比全部收缩时的大,其流量系数值也相应增大。21:02:30同济大学航空航天与力学学院14第一节孔口出流)1(XSC全部收缩时的孔口流量系数系数,圆孔取0.13,方孔取0.15未收缩部分周长X为孔口全部周长非全部收缩孔口:21:02:30同济大学航空航天与力学学院15第一节孔口出流全部收缩的水股,又根据器壁对流线弯曲有无影响而分为完善收缩与不完善收缩blal3,321全部完善收缩62.0~6.021:02:30同济大学航空航天与力学学院16第一节孔口出流不完善收缩2064.01AA全部完善收缩时孔口流量系数A:孔口面积A0:孔口所在壁的全部面积21:02:30同济大学航空航天与力学学院17第一节孔口出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院18第一节孔口出流当液体通过孔口出流到另一个充满液体的空间时称为淹没出流1-1及2-2两断面间能量方程gvgvgvpHgvpHcsec222222222222111121:02:30同济大学航空航天与力学学院19gvvppHHH2)(22221121210作用水头gvHcse2)(20021gHvsec第一节孔口出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院20021gHAAvAvQseccc出流流量液体经孔口处的局部阻力系数se液体在收缩断面之后突然扩大的局部阻力系数1122AAcse第一节孔口出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院21111se淹没出流速度系数0022gHAgHAQ淹没出流流量公式第一节孔口出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院22gvvppHHH2)(22221121210作用水头具有自由液面,且忽略上下游液面的速度水头时:HHHH)(210/s)(m23gHAQ出流流量与孔口在液面下开设的位置高低无关第一节孔口出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院23第一节孔口出流孔口的变水头出流截面积为F的柱形容器tghAQdtdVd2hFdVdhFtghAdd221:02:30同济大学航空航天与力学学院24第一节孔口出流hhgAFtd2d)(22d22121HHgAFhhgAFtHH容器放空,即02Hmax11122222QVgHAFHHgAFt变水头出流的放空时间,等于在起始水头H1作用下,流出同体积水所需时间的2倍21:02:30同济大学航空航天与力学学院25第二节管嘴出流圆柱型外管嘴出流:在孔口上连接长为3~4倍孔径的圆短管(或者圆孔壁厚为3~4孔径),水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象。应用:消防水枪和水力机械化施工用水枪。H000ccHg2200Pa11vCv0v21:02:30同济大学航空航天与力学学院26取过水断面1-1,管嘴出口断面b-b,列能量方程:圆柱形外管嘴恒定出流在直径为d的孔口上外接长度为l=(3~4)d的短管,就是圆柱形外管嘴。gvgvpgvpHnb2202222000gvgvppHnb2)(222000令gvppHHb220000gvHn2)(20旋涡区:收缩断面c-c前后第二节管嘴出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院2700221gHgHvnn管嘴出流管嘴出流流量:0022gHAgHAvAQnn1nnn1第二节管嘴出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院28取1则nnn11锐缘进口5.0)1(5.012AAn82.05.011nngvppHHb220000讨论作用水头:abppp0HH002200gv第二节管嘴出流流量系数为孔口出流流量系数的1.32倍21:02:30同济大学航空航天与力学学院29gHAQn2在收缩断面C-C前后流股与管壁分离,中间形成漩涡区,产生负压,出现了管嘴的真空现象第二节管嘴出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院30收缩断面的真空列收缩断面C-C和出口断面b-b的能量方程第二节管嘴出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院31又第二节管嘴出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院32表明在收缩断面的真空度是作用水头75%,管嘴的作用相当于将孔口自由出流的作用水头增大了75%,从而管嘴流量大为增加。收缩断面C-C上的真空值:第二节管嘴出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院33在相同的作用水头下,同样断面积的管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。因此,工程上常用管嘴作泄水管。管嘴出流的两个限制:(1)对收缩断面真空度的限制;(2)对管嘴长度的限制。作用水头H0越大,收缩断面真空度也越大。当收缩断面真空度超过7m水柱时:(1)水将汽化;(2)空气将会从管嘴出口断面被“吸入”,使收缩断面真空被破坏,管嘴不能保持满管出流。第二节管嘴出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院34圆柱形外管嘴正常工作的条件:(1)作用水头(2)管嘴长度dl)4~3(mH3.9mH3.975.070作用水头的极限值为防止气化,真空值必须控制在7mH2O以下第二节管嘴出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院35其他形式管嘴(a)流线形管嘴,流量大,水头损失小,出口断面上速度分布均匀。(b)收缩圆锥形管嘴,喷射速度大。(c)扩大圆锥形管嘴,部分压能恢复为动能,如引射器的扩压管。第二节管嘴出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院36第三节短管的水力计算管路的分类根据阻力在总阻力中的比重不同分为:1“长”管:指管道中水头损失以沿程损失为主,局部损失和流速水头所占比重较小,在计算中可忽略不计的管道。2“短”管:指水头损失中,局部损失和沿程损失都占有相当比重,均不能忽略的管道。21:02:30同济大学航空航天与力学学院37根据管道的布置方式不同分为:1简单管道:单一直径没有分支的管道2复杂管道:两根以上管道所组成的管系,如串联管路、并联管路及管网等。第三节短管的水力计算21:02:30同济大学航空航天与力学学院38如图所示0-0为基准线,1-1及2-2两断面间能量方程gvgvgvdlH22200222第三节短管的水力计算短管21:02:30同济大学航空航天与力学学院39gvdlH22gHdlv211gHAvAQ211dl第三节短管的水力计算21:02:30同济大学航空航天与力学学院40第三节短管的水力计算1-1及2-2两断面间能量方程gvgvdlgvgvH22200202222211021vv21:02:30同济大学航空航天与力学学院41第三节短管的水力计算gHdlv21gHAvAQ2dl1淹没出流21:02:30同济大学航空航天与力学学院42扬程的计算wihgvgpZHgvgpZ222222221111wihgvvgppZZH22112221212wihgpHH2略去速度水头第三节短管的水力计算21:02:30同济大学航空航天与力学学院43虹吸现象流速gHdlgHvAB212210132121bbbe第三节短管的水力计算21:02:30同济大学航空航天与力学学院44虹吸管正常工作条件最大真空度列1-1和最高断面c-c的能量方程:gvdlgpzgpzcACcca2211流量gHldvAQAB2214212第三节短管的水力计算21:02:30同济大学航空航天与力学学院45mhHdldlzzgppvABCACcca8~72111最大安装高度HdldlhhABCACvs211mhHdldlhgpphvABCACscav8~7211maxmax第三节短管的水力计算
本文标题:流体力学 第7章 1-3节
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