1、工程流體力學(xué)放映章孔口管嘴第1頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三學(xué)習(xí)重點(diǎn)：掌握孔口、管嘴恒定流計(jì)算及相關(guān)概念；理解閘孔出流計(jì)算；了解消能措施。掌握寬頂堰水力計(jì)算；第2頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三1、孔口出流液體經(jīng)容器壁上所開小孔流出的水力 現(xiàn)象，稱孔口出流。2、管嘴出流液體經(jīng)容器壁上所接短管流出的水力 現(xiàn)象，稱管嘴出流。3、閘孔出流是一種大孔口出流。一、概念第3頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三4、堰流現(xiàn) 象）可按堰流計(jì)算。當(dāng)孔口高度與上游水頭之比為 0.75eH時(shí)，（可能出現(xiàn)堰流 eH第4頁，共58頁，2022年，5月2

2、0日，4點(diǎn)15分，星期三（3）能量損失計(jì)算式。 （1）能量方程；（2）總流的連續(xù)性方程； 二、任務(wù)： 計(jì)算過流量Q。三、依據(jù)：第5頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三一、孔口出流分類1、按 e 與H 的關(guān)系： eH小孔口：大孔口：111 恒定薄壁孔口出流第6頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三2、按孔口的作用水頭是否穩(wěn)定：自由式出流；淹沒式出流。厚壁孔口出流。 薄壁孔口出流；恒定孔口出流；非恒定孔口出流。3、按出流后周圍的介質(zhì)情況：4、按孔壁對出流的影響：第7頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三H第8頁，共58頁，2022年，5月20

3、日，4點(diǎn)15分，星期三CgHvf=20gHAQm=20efm=CAAe=CCaxf+=1其中：二、薄壁小孔口自由出流 1、流量公式：=0.970.98。=0.600.62；=0.64；對薄壁圓形完善收縮小孔口：第9頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三（3） 孔口的位置（對收縮系數(shù)有直接的影響）。（1） 孔口的形狀； （2） 孔口的邊緣情況； 3、幾種孔口的收縮形式自閱全部收縮不全部收縮完善收縮、不完善收縮2、影響孔口出流的邊界因素：aL3aL3a第10頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三可將其分成無數(shù)的小孔口，再積分。三、薄壁大孔口自由出流1、流量公式：

4、與小孔口不同，見表 111第11頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三1、流量公式：2、自由式與淹沒式對比：1 公式形式相同；2 、基本相同，但 H0不同； 3 自由出流與孔口的淹沒深度有關(guān)， 淹沒出流與上、下游水位差有關(guān)。四、薄壁孔口淹沒出流第12頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三Hv0zv0v2H0=H+2gv02自由式：淹沒式：H0=z+2gv022gv22第13頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三rm2pAQD=五、氣體孔口出流（屬淹沒式） pD孔口前后氣體的壓強(qiáng)差；氣體密度。 第14頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)

5、15分，星期三v1、孔板流量計(jì)；2、薄壁小孔口。六、應(yīng)用舉例第15頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三見p120112 恒定管嘴出流1、管嘴的幾種連接形式：2、流體經(jīng)圓柱形管嘴或擴(kuò)張管嘴時(shí)，由于慣性作用， 在管中某處形成收縮斷面，產(chǎn)生環(huán)行真空，從而增 加了水流的抽吸力，使其出流量比孔口有所增加。第16頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三1、自由式出流：一、圓柱形外接管嘴出流gvdlgvgvgvgvHc222222222221222200lxxaa+=+如圖所示，列能量方程：2c2v0Hcv（1）推導(dǎo)公式：第17頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)1

6、5分，星期三2c2v0Hcv1經(jīng)孔口的局部損失；v2vC= 02擴(kuò)大的損失ACA=0其中：第18頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三（2）公式： 022gHvf=02gHAQm=82.0=fm（3） 與孔口的對比： 1 公式形式相同，但系數(shù)不同：孔口： =0.62 =0.97 =0.64管嘴： =0.82 =12 H0 相同時(shí)，若A 也相同，則管嘴出流是孔口出流 量的1.32倍。第19頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三gvgvpgvpaccc2222222222+=+xagag（4） 外接管嘴真空1 對CC，22 列方程：gvvc2)(22-=2hj2

7、= xv222g2c2v0Hcv可作為突然擴(kuò)大處理第20頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三=075.0Hpvg在 CC處形成 0.75H0 真空度。2 真空計(jì)算：H0 9 mH0O水柱；L（34）d。 水柱時(shí)，管內(nèi)液體pv 7m H0O實(shí)驗(yàn)證明：將氣化，吸入空氣，破壞真空。（5） 圓柱形外接管嘴 正常工作的條件：第21頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三2、淹沒出流：02gHvf=02gHAQm=（1） 公式：第22頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三gvHHpv275.022220ag-=D=02pAQrmccHH2v0v23、氣

8、體經(jīng)管嘴出流：D0p全壓差（2） CC處的真空：三、其它類型的管嘴出流基本公式同上，各系數(shù)可查表112。第23頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三解決的問題：只對作用液面緩慢變化的情況進(jìn)行討論。充水、泄水所需時(shí)間問題。1、公式推導(dǎo)： 將液面高度的變化劃分成無數(shù)微小時(shí)段，每一微小時(shí)段作恒定流處理。W-=dHdV=dtQ dtgHA2m流出體積液面減少的體積113 非恒定孔口、管嘴出流第24頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三-W=2221HHgAtmmax11222QVgHAHt=W=m2、充、泄水時(shí)間：容器中無液體流入的自由出流或上游恒定，下游液面改變的

9、淹沒出流。3、容器放空時(shí)20H=H1H2第25頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三114 閘孔出流 一、簡介1、閘門底的類型：平 坎 寬頂堰坎實(shí)用堰坎第26頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三2、閘門的型式：矩形平板閘門； 弧形閘門3、閘孔的出流型式：自由式； 淹沒式4、閘孔出流與堰流的判別標(biāo)準(zhǔn)： 0.65eH則為堰流；若（1）平坎、寬頂堰坎：（2）實(shí)用堰坎：則為堰流。 0.75eH若第27頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三5、影響閘孔出流的因素：閘門的型式； 閘孔的尺寸；閘前的水頭； 下游水位等。第28頁，共58頁，2022年，5

10、月20日，4點(diǎn)15分，星期三二、閘孔出流計(jì)算AAc=eehc=eeHgBeQ-=em)(20 1、自由式閘孔出流二維、平坎、矩形閘門Hcchte系數(shù)見表113。 0.951.0(平坎)第29頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三)(20hHgBeQ-=m2、淹沒式 Hehchth二維、平坎、矩形閘門、B、e同自由式。h 由動(dòng)量方 程推導(dǎo)， 見式 1136第30頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三3、自由式、淹沒式判別標(biāo)準(zhǔn)：（1）自由式：不發(fā)生淹沒式水躍。（2）淹沒式：發(fā)生淹沒式水躍。hc ht發(fā)生淹沒式水躍的條件:hc ht第31頁，共58頁，2022年，

11、5月20日，4點(diǎn)15分，星期三（2）判斷是自由式、淹沒式？（1）判斷是否閘孔出流？5、舉例。4、閘孔水力計(jì)算應(yīng)注意的問題：第32頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三115 堰 流1、堰 一種既可蓄又可泄的溢流設(shè)施。2、堰流水流經(jīng)明渠上的泄水構(gòu)筑物時(shí)，發(fā)生水面 連續(xù)光滑跌落的現(xiàn)象。第33頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三寬頂堰： H 0.67薄壁堰：實(shí)用堰：H 2.50.67 2.53、堰的分類：（1） 依據(jù)堰頂厚度：H第34頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三（2） 依據(jù)水流行近堰體的條件：1 側(cè)收縮堰；2 無側(cè)收縮堰。Bb第35頁

12、，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三1 正堰vv3 側(cè)堰v2 斜堰（3） 依據(jù)堰與渠道中水流的方向：第36頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三（4） 依據(jù)堰口的形狀：1 三角堰3 梯形堰2 矩形堰1 自由式；2 淹沒式。4 流線形堰（5） 依據(jù)下游水位是否影響泄流：第37頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三一、薄壁堰1、完善堰流與非完善堰流： 當(dāng)堰上水頭H 較小時(shí)，水舌將貼壁而下，形成不完善堰流，影響泄流能力；當(dāng)H 增加時(shí)，水舌離開壁面，但如果水舌與壁面間沒有良好的通風(fēng)，仍會(huì)出現(xiàn)不完善堰流，故在薄壁堰中應(yīng)保持水舌下通風(fēng)充分，以使其為完善

13、堰流。第38頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三（1）自由式 （完全堰）2、矩形薄壁堰完全堰無側(cè)收縮、自由式、水舌下通風(fēng)、 矩形、薄壁、正堰。2 有側(cè)收縮堰：1完全堰:m0式1144 m式1145m0式1146第39頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三堰下游水面高于堰頂；1 必要條件： hs 02 充分條件：Zp1真空堰第43頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三2非真空堰堰剖面曲線與堰溢流時(shí)水的流線一致，水 舌下緣與壁面曲線相吻合，保證在設(shè)計(jì)水 頭下達(dá)到最大過流量， 水流作用于液面上 的壓強(qiáng)近似大氣壓。判別淹沒條件同薄壁堰。 2、計(jì)算

14、式（1）自由式無側(cè)收縮：第44頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三 1 m曲：0.430.50折：0.350.43（2）有側(cè)收縮：（3）淹沒式：真：0.5；非：0.452式 1156。3 其它分別查有關(guān)表格。第45頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三三、寬頂堰 小橋過水、無壓短涵管、分洪閘、泄水閘等一般都屬于寬頂堰水流計(jì)算。1、水力現(xiàn)象分析：（1）當(dāng)H 42.5 時(shí)，堰頂水面只有一次跌落，堰坎末端偏上游處的水深為臨界水深 h cr 。第46頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三工程中常見的是第二種寬頂堰時(shí)，堰頂水面出現(xiàn)兩次跌落，H 10

15、4 同實(shí)用堰； 3 表117。 1 m 查表118； 2 表117。 有坎寬頂堰：無坎寬頂堰：1 m 式1159，1160；3 已考慮進(jìn) m，不單算。第48頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三3、淹沒判別的標(biāo)準(zhǔn)：1 必要條件：h s (0.750.85)H 0 h s 0 ； 2 充分條件：或 h s (1.251.35) h cr三類水力計(jì)算，分別為計(jì)算：Q ，H，B四、堰流水力計(jì)算薄壁堰、實(shí)用堰、寬頂堰第49頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三116 水工建筑物下游水流銜接與消能一、簡介1、消能消除或縮短泄水建筑物下游急流段的措施，簡稱消能。2、消能

16、的設(shè)計(jì)原則在控制的局部流段內(nèi)，增加水流的紊亂、消減水流流速，消除對河床的有害能量。3、消能的方法:底流式消能、面流式消能、挑流式、人工加糙、單級跌水或多級跌水。第50頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三（1）底流式消能：特點(diǎn)：水流的主流在渠底，有消力池或消力檻。設(shè)計(jì)原則：在消力池或消力檻前造成淹沒式水躍，以利用水躍消能。適用范圍：多用于軟土地基上的中、低水頭泄水建筑物下游。（2）面流式消能：特點(diǎn)：將主流引向下游水面，并在河床與表層水之間形成旋渦區(qū)以消耗能量。利用平頂或小挑角鼻坎，將游急流送到下游水流表面。為了造成面流式消能，多用平頂或小挑角鼻坎，并將鼻坎頂端造成戽勺形，使水

17、流在戽勺內(nèi)形成水躍，在坎后形成面流，在戽內(nèi)、跌坎下游、下游水面形成三個(gè)大旋渦以消能。故也稱戽流消能。設(shè)計(jì)原則：第51頁，共58頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)15分，星期三優(yōu)點(diǎn)：對河床沖刷小，可節(jié)約防護(hù)工程投資。缺點(diǎn)：會(huì)引起下游水位激烈波動(dòng)，對岸坡的穩(wěn)定及航運(yùn)不利。下游水深較大且穩(wěn)定的水流。適用范圍：（3）挑流式：利用下泄水流具有的高流速，將水流挑射到遠(yuǎn)離泄水建筑物的下游河床中。因挑射水流受空氣阻力影響，水股發(fā)生分散，射入下游河床后，與下游水流劇烈混摻，大量的下泄能量被消耗掉，從而降低流速，保護(hù)河床。適用范圍：巖石地基上的中、高水頭泄水構(gòu)筑物下游。（4）人工加糙：在急流槽或在下游局部河床中，采用人工增加渠道的粗糙度以降低流速，達(dá)到消能。 第52頁，共58頁，2022年，5月20日，4