第八章 孔口出流.ppt

1、歡 迎 使 用 工程流體力學(xué) 多媒體授課系統(tǒng),燕 山 大 學(xué) 工程流體力學(xué)課程組,第八章 孔口出流,概述 8.1 孔口出流的分類 8.2 薄壁小孔口自由出流 8.3 孔口出流系數(shù) 8.4 厚壁孔口自由出流,概述,孔口出流在工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，在許多領(lǐng)域都可以見到。例如，水利工程上的閘孔，水力采煤用的水槍，汽車發(fā)動機的汽化器，柴油機的噴嘴，以及液壓技術(shù)中油液流經(jīng)滑閥、錐閥、阻尼孔等都可歸納為孔口出流問題。 本章討論液體孔口出流的基本概念，研究流體出流的特征，確定出流速度、流量和影響它們的因素。通過對這些問題的研究，以便使我們進一步掌握流體流動基本規(guī)律的應(yīng)用。,8.1 孔口出流的分類,孔口出

2、流：流體流經(jīng)孔口的流動現(xiàn)象。 一、薄壁孔口和厚壁孔口 1、如果液體具有一定的流速，能形成射流，且孔口 具有尖銳的邊緣，此時邊緣厚度的變化對于液體出 流不產(chǎn)生影響，出流水股表面與孔壁可視為環(huán)線接 觸，這種孔口稱為薄壁孔口。 特征：L/d2 2、如果液體具有一定的速度，能形成射流，此時雖 然孔口也具有尖銳的邊緣，射流亦可以形成收縮斷 面，但由于孔壁較厚，壁厚對射流影響顯著，射流 收縮后又?jǐn)U散而附壁，這種孔口稱為厚壁孔口或長 孔口，有時也稱為管嘴。特征：2L/d4,3、收縮斷面：薄壁孔口邊緣尖銳，而流線又不能 突然轉(zhuǎn)折，經(jīng)過孔口后射流要發(fā)生收縮，在孔口下 游附近的c-c斷面處，射流斷面積達到最小處的

3、過 流斷面。以Cc表示。 4、收縮系數(shù)：收縮斷面面積與孔口的幾何斷面積 之比，即 Cc = Ac/A。 5、出流特征：液體從薄壁孔口出流時，沒有沿程 能量損失，只有收縮而產(chǎn)生的局部能量損失，而液 體從厚壁孔口出流時不僅有收縮的局部能量損失， 而且還有沿程損失。,二、大孔口和小孔口 1、小孔口：以孔口斷面上流速分布的均勻性為衡 量標(biāo)準(zhǔn)，如果孔口斷面上各點的流速是均勻分布 的，則稱為小孔口。 2、大孔口：如果孔口斷面上各點的流速相差較 大，不能按均勻分布計算，則稱為大孔口。 三、自由出流和淹沒出流 1、自由出流：以出流的下游條件為衡量標(biāo)準(zhǔn)，如 果流體經(jīng)過孔口后出流于大氣中時，稱為自由出 流； 2、

4、淹沒出流：如果出流于充滿液體的空間，則稱 為淹沒出流。,8.2 薄壁小孔口自由出流,一、分析 液體從容器內(nèi)經(jīng)薄壁小孔口出流的情況如圖8-2所 示。取圖中的1-1和c-c斷面列伯努利方程，則 其中： 得：,整理得： 當(dāng)A1Ac,并注意到c1，則得 式中：流速系數(shù) 通過孔口的流量為,流量系數(shù) Cd = CcCv 二、兩種特例 1、若容器上部為自由液面且小孔自由出流時，有 2、高壓系統(tǒng)（ ），則有,一、流速系數(shù)Cv 1、流速系數(shù)物理意義：實際流速與理想流速之比。 2、射流軌跡法測定Cv 如圖8-3所示，孔口出流射入大氣后成為平拋運 動，將坐標(biāo)原點取在收縮斷面上，測量射流上任一 點的坐標(biāo)x和y，如果忽

5、略射流四周的空氣阻力，則 消去時間t，得收縮斷面c-c上的平均流速,8.3 孔口出流系數(shù),代入 則得 二、流量系數(shù)Cd 1、定義理論流速 則： 2、流量系數(shù)的物理意義就是實際流量與理論流量 之比。,三、收縮系數(shù)與阻力系數(shù) 用實驗得出的Cd與Cv，可以算出收縮系數(shù) 用實驗測得的Cv，可以算出孔口的阻力系數(shù)c 流速系數(shù)Cv、流量系數(shù)Cd以及收縮系數(shù)Cc與阻力系 數(shù)c和雷諾數(shù)ReT的關(guān)系表示在圖8-4上(其中ReT 為Cv1時理想流速下的雷諾數(shù))。,四、完全收縮與部分收縮 （1）完全收縮：孔口距離器壁很遠，因此器壁對孔口的收縮情況毫無影響，這種收縮稱為完全收縮。 （2）非完全收縮：孔口四周都有收縮，

6、但某一邊距離器壁較近，其收縮情況受到器壁的影響，因而這種收縮稱為非完全收縮。 （2）部分收縮：有的邊根本不收縮，只有部分邊有收縮，因而稱為部分收縮。,圖8-6為帶有外伸圓柱形厚壁孔口的容器。取1-1、 2-2兩緩變流斷面列伯努利方程 厚壁孔口只有內(nèi)收縮而無外收縮，這是它與薄壁孔 口的區(qū)別之一。區(qū)別之二是厚壁孔口阻力損失由下 列三部分組成：一是入口阻力損失，二是c-c斷面 后的擴大阻力損失，三是后半段上沿程能頭損失。 因此,8.4 厚壁孔口自由出流,因 而擴大阻力損失系數(shù)為 所以 令 則 式中 為厚壁孔口流速系數(shù) 因而流量,式中Cd = Cv稱為厚壁孔口流量系數(shù)。 特例分析：當(dāng)液體從薄壁圓孔口出流時，其流量系 數(shù)Cd = 0.61，而厚壁孔口的流量系數(shù)Cd = 0.82 ， 為薄壁孔口的1.34倍。于是當(dāng)孔口面積相同時，通 過厚壁孔口的流量大于薄壁孔口。產(chǎn)生這個結(jié)果的 原因可解釋為：當(dāng)液體從厚壁孔口流到大氣中去時 流速為v2，在收縮斷面上的流速vc v2 ，因此收縮 斷面上的壓強pc一定小于管嘴出流斷面上的壓強， 即小于大氣壓強pa ，這樣就在厚壁孔口的內(nèi)收縮 斷面上產(chǎn)生真空，將液體從容器中吸入流體，從而 使厚壁孔口比面積相同的薄