第一講：孔口出流與管嘴出流

水力分析與計(jì)算主講人：沈漢孔口出流與管嘴出流孔口出流與管嘴出流孔口出流與管嘴出流概述孔口出流計(jì)算管嘴出流計(jì)算孔口出流實(shí)際工程中有各種過流泄水建筑物。在裝有液體的容器器壁上開設(shè)孔口，液體經(jīng)孔口泄流的水力現(xiàn)象，稱為孔口出流。管嘴出流若器壁較厚或在孔口上加設(shè)短管，且器壁厚度或加設(shè)短管的長度是孔口尺寸的3~4倍，則稱為管嘴，液體經(jīng)管嘴泄出的水流現(xiàn)象稱為管嘴出流，圖示為孔口出流與管嘴出流。一、孔口出流與管嘴出流概述一、孔口出流與管嘴出流概述對(duì)于孔口、管嘴出流，如果出流不受下游水位影響，直接流入大氣，則稱為自由出流；若出口在下游水面以下，出流受到下游水位影響，稱為淹沒出流。二、孔口出流計(jì)算恒定薄壁小孔口的自由出流薄壁小孔口自由出流現(xiàn)象，如圖所示。由于慣性作用，出流時(shí)流線呈逐漸彎曲、水流在出口處產(chǎn)生收縮現(xiàn)象。流線成平行直線，一般用c-c來表示，收縮程度用收縮系數(shù)ε來表示：ε=Ac/AA——孔口過水?dāng)嗝婷娣e；Ac——收縮斷面面積。實(shí)測資料表明：充分收縮的圓形銳緣小孔口出流時(shí)：二、孔口出流計(jì)算恒定薄壁小孔口的自由出流二、孔口出流計(jì)算公式表明：在淹沒出流情況下、通過孔口的流量與上下游水位差有關(guān)。比較自由出流與淹沒出流的計(jì)算公式可知，它們具有相同的形式，所不同的是：自由出流時(shí)，孔口的作用水頭為H0，而淹沒出流時(shí)的作用水頭為Z0。對(duì)于同一孔口而言，自由出流時(shí)的流量大于淹沒出流時(shí)的流量。恒定薄壁小孔口的淹沒出流因管嘴出口斷面為滿流，不發(fā)生收縮，收縮系數(shù)ε=1.0。對(duì)于圓柱形管嘴，可取ξ=0.5，設(shè)α=1.0，則管嘴流量系數(shù)等于流速系數(shù)三、管嘴出流計(jì)算恒定的管嘴自由出流

圖示中，上游水頭為H0，水流進(jìn)人管嘴后，由于水流的慣性作用發(fā)生收縮現(xiàn)象，形成收縮斷面c-c。水流經(jīng)斷面c-c后充滿全管流到大氣中。由于Ac<A，故vc>v2，即水流在斷面c-c的動(dòng)能大于管嘴出口斷面的動(dòng)能。三、管嘴出流計(jì)算恒定的管嘴自由出流思考：為什么管嘴過流能力比孔口大？因此，收縮斷面的壓強(qiáng)必然小于出口斷面2-2處的壓強(qiáng)，即在斷面c-c處產(chǎn)生真空現(xiàn)象。由于管嘴內(nèi)真空的存在，從而加大了作用水頭，作用水頭的增大，超過了加管嘴后水頭損失的增加值，致使在相同的條件下，管嘴比孔口出流的過流能力大。Z0為淹沒出流時(shí)的作用水頭。從上式可看出，淹沒出流公式與自由出流時(shí)的流量公式的形式一樣，流量系數(shù)也相同。自由出流的作用水頭為H0，而淹沒出流的作用水頭為Z0。三、管嘴出流計(jì)算恒定的管嘴淹沒出流未來職業(yè)崗位的應(yīng)用未來職業(yè)崗位的應(yīng)用以上是本節(jié)課的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，孔口出流與管嘴出流的學(xué)習(xí)，為同學(xué)們今后對(duì)充放水等水利設(shè)施的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理工作提供支撐。小結(jié)本節(jié)課闡述了孔口出流與管嘴出流水力計(jì)算。熟悉了孔口出流與管嘴出流水力計(jì)算的聯(lián)系與區(qū)別，掌握明確孔口與管嘴出流的基本規(guī)律及其水力計(jì)算方法。思考有一薄壁小孔口，直徑d=20mm，水頭H=2.0m，現(xiàn)測得