注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師：薄壁小孔口恒定出流

　　第五節(jié) 孔口、管嘴出流，有壓管道恒定流

　　一、薄壁小孔口恒定出流

　　流體經(jīng)孔口流出稱為孔口出流。如圖6—5-1。當(dāng)容器中水位(或壓強(qiáng))不變，孔口的出流量恒定時(shí)，稱為恒定出流。當(dāng)容器壁比較薄，或孔口具有銳緣時(shí)，孔口的壁厚對(duì)出流沒(méi)有干擾作用，稱為薄壁孔口。流體從容器的四面八方流向孔口，流線成光滑曲線向孔口集中，在孔口斷面上流線不相平行，繼續(xù)收縮至距孔口斷面d/2(d為孔口直徑)處流線才趨于平行，此斷面稱為收縮斷面，即圖6-5—1中斷面c-c。收縮斷面的面積A，小于孔口面積A，其比值ε=Ac/A，稱為收縮系數(shù)。當(dāng)孔口斷面尺寸遠(yuǎn)小于作用水頭H時(shí)，如圖形孔口d/H≤0.1，c-c斷面上各點(diǎn)流速可以認(rèn)為相等，此時(shí)孔口稱為小孔口。

　　取o—o斷面和c—c斷面寫能量方程，取通過(guò)孔口中心的水平面為基準(zhǔn)面有：

　　如圖6—5—1所示，孔口液流流入大氣，稱為自由出流。此時(shí)c—c斷面壓強(qiáng)pc為大氣壓強(qiáng)。hw為液流經(jīng)過(guò)孔口的局部損失

　　令

　　則

　　式中 H0——作用水頭(包括流速水頭在內(nèi));

　　ζc——孔口局部阻力系數(shù);

　　φ ——流速系數(shù).

　　孔口的出流量

　　式中 μ=εφ稱為孔口的流量系數(shù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，圓形小孔口φ=0.97～0.98，μ=0.60～0.62。

　　孔口在器壁上的位置影響收縮的狀況。如孔口的兩邊或一邊同容器的壁或底重合時(shí)，順壁面流向孔口的流線是直線，孔口的這一邊就不發(fā)生收縮，稱為非全部收縮。當(dāng)孔口的邊與相鄰器壁相距小于三倍孔口尺寸的，鄰壁將影響孔口的收縮，稱為非完善收縮。在以上情況下，收縮系數(shù)將比完善收縮時(shí)增大。薄壁小孔口完善收縮時(shí)ε=0.64。

　　對(duì)于d/H>0.1的大孔口，也可近似應(yīng)用小孔口的公式，此時(shí)Ho為大孔口形心上的作用水頭。流量系數(shù)見(jiàn)表6-5—1。

　　如果孔口位于下游液面以下，即流體經(jīng)孔口流入同一流體中，稱為淹沒(méi)出流。

　　如圖6-5-2。此時(shí)取斷面1—1和2-2寫能量方程，可得

　　令

　　式中 ζc——孔口阻力系數(shù);

　　ζs——突然擴(kuò)大阻力系數(shù)，ζs≈1.0;

　　式(6-5-5)與式(6-5-4)形式完全一樣，流量系數(shù)μ值也相同，只有H0的涵義不同。當(dāng)容器相當(dāng)大時(shí)，v0≈0和v1≈v2≈0?？梢哉J(rèn)為H0=H，則自由出流時(shí)的作用水頭為液面至孔口中心的深度;淹沒(méi)出流時(shí)作用水頭為兩液面的高差。

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