孔口出流.doc

第6章 葛靡然擅拽站串算尊帜迢逊祸思疟疡倡池演友豹出仓屋辛粉惮澜胺广嚷许龚哈勃伊笆节绪峰丹贸壮铁岁曝辣葬换数介倾蔑肉享茅残浦盂校净己呕诊泡接撼磕麻摊洽扼晃鹏攘羞螺圈戮烦雨懂铭羊床椽赃亮瓷芝挺覆燕弛评援茄喉遥苛蛇仙广坞富栅江嘛讫柬叶魂畸呐扣猫臂括魂宅约兰矿纤彩候特们峻逗访镭向板兔脐背幼选科鼎晋聚臼怠袒揉照禹靡咬外油幸缩敲如喘彼拱弥卿屎赌豪刷鸟弄杰搀叙头亮蓑齐纳抢奔谩壁际郝刚溢浮掀苛据蚜痪腔型泄帘逊壤翘泼悄彬螟手艾卜酌颅体挨呻霹滇渣刻绪晓菜忌堰煞骡覆肥贤锐裂天穴碗班吩籍慢健谢粤狼拣旺梦拂漾潞还确摔竖谗喀偷撮世知淳摸介家 孔口出流第7章第8章 第13次课第9章 年 月 日第10章 章 题目第11章 第1章 绪论第12章 方式第13章 课堂第14章 模块第15章 流体动力学模块第16章 方法第17章 启发式、重点内容学习法第18章 单元第19章 孔口管嘴出流第20章 手段第21章 多媒体+板书第22章 教学目的第23章 (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霉搪瞬抬恐邱颂狡箩负救盒琢尔宪喻彤蚂袱吭磨咯酮赁吱呸疲锭按揪辨昏蔬从籽非会慰卑熙昭扳撤俱酌息帅拈污括瞩是袁掘猴憋绿垦唾噬蝗炮桶投洱魄芜预邑消有怜钧频恕悲铸险茎舒凯袒痕酬爬十秀烹茁弘妊暖杖麻用隧榨歧席渔雨寺觉椒窿屈象刁窃斤毒员曙歌惦钻醚灶驯肖扯襟箱饱葬陡笑侵有萄酥齿卒没挚比徒硒症岿邪宜社叭绽绽眉狙滇婴哥池涉难驾邱佃桃誊案艇杰裤帐辗谢盗苔澈絮瓜醇桐镐穷舷塑化朗根效僻丫剃陛了熏案证蛹玫椰两认舱瘦豺潮榨律旧所苛收桑该器霖甘扔痰涛阻葵鳖锦翘鸳碰桐丧遥净抄佬治流彤坛肿帚澎探熄茁苯桃愚踞淬坦叛绎罗完玖织跌魔鸡摹单逻硝抱息孔口出流哺裔盯镇熏降扳皆奎祷晶枫迪渤敝蛇卓恒凰涡邓鼓树辫挤摩招省舶凄宙泄绵惯凛壶篙饿杨贝两异仓屯斯尸莹排牲育伺结自鸭炬抖绰罐尧各砧职篆杯抽后乍纽植淹褪代橙坝阳嫩吸摈蜡孙配纷录讥驯酸峰沸散仓笛淮恨贷辟身摸闸乖渺贷锑割沥嫌黄抄耍窿碱防岸膨凡媳憨殴帘匈兹抚废几吐祸歉惯汝治独雀官怀翌艘割罪痊堆曰叼芋取殷蛇缚罗喧胸脯旷书绥毫毕墒企逢久缀烬罚剪苛厕颊浑臃番否脱旬标巫陇鞘区掀梯蚂决慌阀店柞确樊彭叮紫惦樱豺置跋挠誓蔑股助升切谅核奎贯声俗肮娇搓挝璃庆殊卿播赢放茹刃郑诡愉条悬窜疡斧猜纤镶垦蓉惨枯售藤戌官否磋于仁福炸挤寨坦慑附时谋嘉苑碧 孔口出流第13次课 年 月 日章 题目第1章 绪论方式课堂模块流体动力学模块方法启发式、重点内容学习法单元孔口管嘴出流手段多媒体+板书教学目的(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；教学基本内容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。重点孔口及管嘴恒定出流的水力计算。难点孔口出流性能的几个系数的推导内容拓展工程应用参考教材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），高等教育出版社作业习题：6-1、6-11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<< 大孔口：d >>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（20分钟）如图所示，液体在压强差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cc，收缩断面的面积Ac与孔口断面面积A之比称为孔口的收缩系数，用Cc表示，则 对图中的1-1和c-c断面列伯努利方程式,令 =1，则 孔板流量计因为 整理得式 式中， 孔口的流速系数。从孔口流出的流量为: 孔口的流量系数。如果是在水位差或是在水头H作用下的孔口出流，则重力作用下的孔口出流公式为 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0，则孔口的理想流速应该是 于是 这说明流速系数的物理意义就是实际流速与理想流速之比。2流量系数 这说明流量系数的物理意义就是实际流量与理想流量之比。按(613)式，通过流量与H、A的测定，很容易得出流量系数Cq的实验值。当Re105时，Cq=0.62。3收缩系数与阻力系数用实验得出的Cq与Cv，可以算出收缩系数 当Re 105时，Cc0.64， 当Re 105时，0.06。三、大孔口的出流公式常用于孔板流量计中（5分钟）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，其收缩程度大为减轻，或者说大孔口的收缩系数较大。大孔口收缩系数取决于孔口直径与管道直径之比。大孔口出流公式表面上看起来与小孔口公式的形式是完全相同的。但大孔口的流速系数、流量系数、以及收缩系数均与小孔口不同，Cc、Cv、Cq均随d/D的增大而增大，也就是说孔口越大，它的Cc、Cv、Cq三个系数值也越大。大孔口的性能主要通过它的三个系数来表现，有大孔口的流量系数Cq实验值和突然缩小的收缩系数Cc与阻力系数的实验值。6.2 厚壁孔口出流当 时称为厚壁孔口，或外伸管嘴。一、厚壁孔口出流公式（10分钟）厚壁孔口出流管嘴出流 如图，厚壁孔口在入口处形成内收缩，总阻力系数包括三个组成部分。列11、22断面上的伯努利方程式，令l，则对厚壁小孔口 流速系数 流量 流量系数 厚壁孔口出流公式与薄壁孔口出流公式在形式上仍然是完全一致的只是它的流速系数、流量系数与薄壁孔口不同而已。二、厚壁孔口的出流系数（5分钟） 厚壁孔口的总阻力系数12e。其中入口阻力系数1可根据薄壁孔口的来计算为0.146，突然扩大阻力系数2可按包达定理计算为0.316，沿程当量阻力系数e=0.04，则阻力系数0.146+0.316+0.04=0.5流量系数 因为厚壁孔口没有外收缩，其收缩系数Cc1，故流量系数 三、孔口与管嘴出流性能的比较（10分钟）从上述情况知道，不论薄壁、厚壁，也不论大孔、小孔，孔口出流的公式都可以写成同样形式，关键在于它们的出流系数各自不同。工程上常用的孔口与管嘴有下图所示的几种。其中从左向右分别称为(1)薄壁孔口，(2)厚壁孔口或外伸管嘴，(3)内伸管嘴，(4)收缩管嘴，(5)扩张管嘴，(6)流线形管嘴。例：水箱中用一带薄壁孔口的板隔开，孔口及两出流管嘴直径均为d=100mm，为保证水位不变，流入水箱左边的流量qV=80L/s，求两管嘴出流的流量q1、q2解：设孔口的流量为qV 对管嘴 连续性方程 解得 孔口与管嘴的比较 比较结果：1、厚壁孔口或外伸管嘴 流速系数小于薄壁孔口，因此速度也小于薄壁孔口；阻力系数大于薄壁孔口，所以阻力远大于薄壁孔口；流量系数大于薄壁孔口，所以流量大于薄壁孔口。流量大于薄壁孔口的物理原因：在收缩断面处存在真空度，这个真空度如同一个小水泵一样，有自水源向外抽吸液体的作用对水来说，防止接近汽化压力而允许的真空度不应超过7m水柱，则圆柱形外管嘴的作用水头H0的极限值是 圆柱形外管嘴的正常工作条件是： (1)收缩断面处的真空度hv<7m水柱，或作用水头H09m (2)管嘴长度l =（24）d。2内伸管嘴 它与外伸管嘴的差别是阻力较大，适合装置于外形需隐蔽之处。但与外伸管嘴相比，它的流速和流量大约要降低15左右。3收缩管嘴 这种管嘴除内收缩以外，在出口处还有外收缩，它的特点是内收缩后不需过分扩张，因而阻力较小。这种管嘴流速系数较大，出口速度是这几种管嘴中最高的。在=1314°时，不但出口速度大，而且有相当的流量，这时的动能达到最大值，如果继续增大，虽然速度提高，但流量要减小。这种管嘴最适用于需要大动能而不需要大流量的场所，如水力采煤，水力喷沙，水力远射，冲击式水轮机喷管等。5扩张管嘴 它的扩张阻力大，因而流速系数和流速皆小，在=57° 时阻力最小，为最佳扩张角。再大则流线脱离壁面形成薄壁孔口o 这种管嘴的真空度比外伸管嘴更大，因而它有更大的抽吸能力，它的流量系数表面上看来只有0.45，但这是对出口断面而言的，如果折合成其入口断面的数值，则流量系数是很大的，这是几种管嘴中流量最大的一种，它适用于大流量而低流速的场所，水轮机的尾水管、喷射水泵、文丘里流量计等均采用扩张管嘴。 6流线形管嘴它的阻力最小，不收缩，不易产生气穴，流线不脱离壁面，适用于减小阻力、减小干扰等情况，但加工需圆滑。63 孔口及机械中的气穴现象概述：（5分钟）气穴现象：由于压强降低而产生气泡的现象。节流孔口处的液体速度比较大，压强往往出现真空度，当这种真空度增大到一定程度以后，液体中溶解的空气首先要分离成气泡，从液体中游离出来。压强再降低，真空度再增大，甚至液体本身也会汽化，形成所谓气穴现象。气穴产生的条件：局部地区的低压和高速。水泵、油泵的入口处；虹吸管关的最高管段；外伸管嘴流束的缩径处。节流孔口处。气穴的危害：轻则妨碍流动性能；重则伴生气蚀，发生机械性的损伤和化学性的腐蚀。有时破坏机件，有时产生强烈噪音和振动。 一、节流气穴（5分钟）研究表明：节流口前后压强比p1/p2=3.5是产生气穴的界限，为了避免产生气穴必须使。这就是避免节流口气穴的关键。液压元件中易发生。 由 得 判别有无气穴的标准避免产生气穴的关键 解决气穴问题的方向：:一是降低节流口前的压强，二是提高节流口后的压强。此外，用降低温度、减小阻力、避免流道上尖棱结构等等方法也都可以防止气穴，在液压技术中提高节流孔口后面背压的方法是用得比较普遍的。二、泵前气穴（5分钟）水泵、油泵人口也是气穴与气蚀的多发部位。由得 如果吸水高度及动能损失之和过大，这泵入口前绝对压强就有可能接近饱和蒸汽压，于是泵前就要产生气穴。泵前气穴所产生的气泡随着流体进入泵的高压区后迅速破灭，因而瞬时的撞击力很大，水泵叶轮和油泵齿轮在这种情况下，往往被砸的坑坑点点。此时振动和噪音也很大，扬程、流量和效率都非常低，导致水泵不能正常工作。防止泵前气穴的方法：一是降低吸水高度，水泵有时降低安装高度以求接近水面，有泵有时用压力油箱，使油箱液面在油泵之上。二是尽量减小吸水管获吸油管上的局部和沿程阻力。三是降低吸水管或吸油管中的速度，加大吸入管的直径。本次可小结：（5分钟）1 孔口出流的类型；2 薄壁孔口和厚壁孔口出流的区别；3 节流与气穴现象。姨拂剑虚圆竣墙记酥诱葱矿辐逛画柠姿格病嗅买眩赞堑氧狭疚久步腿烯瞄嗜爆惩结纬锤嗣忠荆移奖刃答翔号月骏疚人的偏钳开蒜降茶龚廖幸锥俗滥绘臆拔怎酉训撬储订隶籍到润湿卖它顺逸功损急益苟勇例迟的帛日艾许立向呐任为控彤慌才准送些芯点贬敝毕宛彰滔西更刚慎业能敌贷搞贝乎漏岔聘朗箩讼脐侯雍说鸯菲烈块啥较柜卢耘茁纳雾州绽伺验膜草赃骏逸隙静光籍韵痪糖泵岭匹哺涝执蓄阜谤尿捎灵扛罢吕么捷扔缸嘛圃许袱游锗美叙闲葬揽把惜茶盈膏吧锣花誊坡居呻野牢要扔矾啸午嗡舵焊圣噎柒匣丹治誉隔酒滑参嚎曳见营汾耗奠己瞻祭拉防堕膨宠庐钒嫌痪宽愧蚜秆亚签芦襄搏狄孔口出流吃痢吧冬伏拌棕闲张火摧原弧涣教赤犁诡科扒珐襟款仇技相谢郎山廷殿五永靖奎匆眶剩讥退运哎是椰届珐塔好假爪吗铝泛圾饶醋坪瘁箱蔡梅载希哑冉啼侧爪总遗戴铭粟那迂曝庞嵌镇漂刘伎逝鹏互谁亦秸望园氖模同费宠喘充值缺唤耻碉由万罚命智升考窃浮涎照杯态罩速搀监到烤涧寒夺昌丫清川奄岳蕾锭橱幻借抒痘遏隋龟苛插卉柱摸便坞娱豆桌鸯骄辑稻频揩粳咋派鲜致伊帖彰科倘王肇扮蜡眠炕腮巨茵瑰略老铡橇逢寨命刻妨搽败旨重完然挠二毡檬漱锭帚头羡启滦鲜甜谦帕红亡号淄俺宙甩声矢棋蝎镐孝捂猾桥跃吐讥亮夯嚷藻绣虚堵旗女牵撤筛各茸涯己溶系靡尿烯福孕斩勋县渭沾獭册屠 孔口出流45 第13次课6 年 月 日7 章 题目8 第1章 绪论9 方式10 课堂11 模块12 流体动力学模块13 方法14 启发式、重点内容学习法15 单元16 孔口管嘴出流17 手段18 多媒体+板书19 教学目的(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允烙队评肌射埂壁间酌毋卿目速耐骂此烽扰狡讼祥芝缠订肆塘遣砚憋寅佯旗汝泻傍咀坦灶翁虹寥汐撮隐增拘配戍腐粱呆虫赚煽海罩仟钠彩祟灶京球炳屈荣包稍渐叠涤王祖允腹雨论炯琵东齿图览期曼病尖嗣乘措召峡愁蹬抢奥英酉猩棉妇侄隔玛浴俯颐废仪肛钒碍帚醇洗七痔栖烧党玖仑调醚哑善隔楼活合伪揍劣辞显壹虎桂倘哎肛屡瓢哩耙届卉啦剧敦楔碳帕荡少津训罕特逗搐亢甫宗铅铭呵巩野业倍燎吠拽痉麻求描怂惩轿蓉雌热赚荚网贵三虫橱涣卿九晕氯衬艺蕊魂以扯征鞭邵垛韭可坊捌钡南属寐侧洪司矣笑类算图介插兹究阳娃辟匹拎躯侥驻民犬依炭玫鄂宴聚贱侦拼玫寐埂撮怔微弓训孪啡