孔口出流
-
第
6
章
孔口出流
第
13
次课
章
题目
模块
单元
教学目的
教学基本内
容
第
1
章
绪论
流体动力学模块
孔口管嘴出流
年
月
日
方式
方法
手段
课堂
启发式、重点内容学习法
多媒体
+
板书
(1)
理解孔口自由出流、
淹没出流的
概念，
掌握薄壁小孔口和管嘴恒定出流的计算方法；
(2)
了解管嘴和机械中的气穴现象及管嘴的正常工作条件；
本章讨论液体孔口出流中的主要概念、
分析影响
孔口出流性能的几个系数
(
流速系数、
流量系数、收缩系数和阻力系数
)
，最后再简单介绍节流汽穴和
变水头孔口出流问题。
孔口出流性能的几个系数的推
导
重点
内容拓展
孔口及管嘴恒定出流的水力计算。
难点
工程应用
1
、
禹华谦
.
工程流体力学
(
水利学
).
成都：高等教育出版社
2
、
孔
陇，
《
流体力学（
I
）
》
，高等教育出版社
习题：
6-1
、
6-11
参考教材
作业
概述
：
（
5
分钟）
孔口、
管嘴
——
流体输送过程中测定过流能力的泄流装置，
也是工程上常见的水利现象。
孔口出流：在容器壁上开一个形状规则的孔，液体经孔口流出的水利现象。
（如蓄水池
排水口出流）
薄壁孔口：
≤
2d
厚壁孔口：
2d
，按管嘴考虑。
小孔口：
d
H<
/p>
Z
H
Z
或
d
大孔口：
d
或
d
1
0
10
10
10
管嘴出流就是在孔口上连接一段很短的管子，流体从此管流出
应用：水利工程上的闸孔，路基下的有压涵管，水力采煤用的水枪，消防用的龙头，汽
油机中的汽化器，柴油机中的喷嘴，
火炮中的驻退机，车俩中的减震器，喷射泵以及人工
降
雨器。
机械制造的液压技术及矿山机械液压传动中的换向阀、
减压阀、
节流阀、溢流阀等都
属于孔口
或管嘴的出流问题，
在自动控制的喷嘴挡板、
阻尼器等处也同样
会遇到孔口出流的
问题
。
三峡工程拦河大坝为混凝土重力坝，全长
2309.47
米，
坝顶海拔高程
185
米，
实际浇筑最大高度为
181
米。
泄洪坝段位于河床中部，
两侧为电
站坝段和非溢流坝段，
前缘总长
483
米。从上向下依次设有
3
层孔门：上部为
22
个泄洪表孔，中部设有
23
个泄
洪深孔，其主要作用
是泄洪；
下部设有
22
个底孔，
其作用为临时泄洪和导流
明渠截流之后过水。
三峡工程最大泄洪能力可达
102500<
/p>
立方米
/
秒，可宣泄可能出现的最大洪水
。
三峡大坝深孔泄洪
驻退机
双向作用筒式减振器示意图
飞机起落架
6.1
薄壁孔口出流
一、小孔口出流公式<
/p>
（
20
分钟）
如图所示，液体在压强差
p
p
1
p
2
的作用下经过薄壁孔
口出流时，由于流线不能
突然折转，故从孔口流出后形成一个流束直径最小的收缩断面<
/p>
c
—
c
，收缩断
面的面积
A
c
与
孔口断面面积
A
之比称为孔口的收缩系数，用
C
c
表示，则
C
c
对图中的
1-1
和
c
-
c
断面列伯努利方程式
,
令
α
=1
，则
A
c
A
孔板流量计
p
c
v
c
2
v
c
2
p
1
v
1
2
ζ
ρ
g
< br>2
g
ρ
g
2
g
2
g
A
c
C
c
d
2
因为
v
1
v
c
v
c
,
p
c
p
2
< br>2
A
1
D
整理得式
v
c
1
1
ζ
2
Δ
p<
/p>
2
Δ
p
C
v
ρ
ρ
式中，
C
v
1
——
孔口的流速系数。
1
从孔口流出的流量<
/p>
q
V
为
:
q
V
A
c
v
c
C
c
Av
c
C
c
C
v
A
2
p
C
q
A
2
<
/p>
p
C
q
C
c
C
v
C
c
——
孔口的流量系数。
<
/p>
1
ζ
如果是在
水位差
H
1
H
2
或是在水头
H
作用下的孔口出流，则重力作用下的孔口出流公式
为
v
c
C
v
2
g
H
1
H
< br>2
C
v
2
gH
q
V
C
q
A<
/p>
2
g
(
H
1
H
2
)
C
q
A
2
gH
二、孔口出流系数
（
15
分钟）
孔口出
流性能的主要标志是它的流速系数、
流量系数、
收缩系数与阻力
系数。
这些统称
为孔口的出流系数。
1
．流速系数
如果经孔口流动没有能量损失，孔口的阻力系数
ζ
＝
0
，则孔口的理想流速应该是
v
T
于是
C
v
2
Δ
p
2
g
H
ρ
v
c
< br>v
T
v
c
2
Δ
p
ρ
v
c
2
gH<
/p>
这说明流速系数的物理意义就是实际流速
v
c
与理想流速
v
< br>T
之比。
2
．流量系数
C
q
A
q
V
2
Δ
p
ρ
q
V
A
2
gH
q
V
q
V
Av
T
q
T
这说明流量系数的物理意义就是实际流量
q
V
与理想流量
q
T
之比。
按
(6
—
13)
式，通过流量
q
V
与
H
、
A
的测定，很容易得出流量系数
C
< br>q
的实验值。当
Re
≥
105
时，
C
q=0.
62
。
3
．收缩系数与阻力系数
用实验得出的
C
q
与
C
v
，可以算出收缩系数
< br>
C
c
C
q
C
v
当
Re
≥
105
时，
C
c
＝
0.64
，
ζ
1
1
2
C
v
当
Re
≥
105
时，
ζ
＝<
/p>
0.06
。
三
、大孔口的出流公式
——
常用于孔板流量计中
< br>（
5
分钟）
< br>当
d
并非远小于
D
时，则管道侧壁与孔口外圆周靠近，这时从孔口流出时，其收缩程