5.2液體經(jīng)管嘴的恒定出流（1）管嘴及管嘴出流特點

當(dāng)孔壁厚δ等于3~4倍孔徑d，或者在孔口處外接一段長度

l=(3-4)d的短管時（如圖），液流流經(jīng)短管出流稱為管嘴出流，此短管稱為管嘴。管嘴出流的特點：

水流進(jìn)入管嘴以前的流動情況與孔口出流相同，進(jìn)入管嘴后，先形成收縮斷面c-c，在收縮斷面附近水流與管壁分離，并形成旋渦區(qū)，之后水流逐漸擴大，直至完全充滿整個斷面，管嘴出口斷面上水流為滿管流動。管嘴出流流段的水頭損失包括經(jīng)孔口的局部水頭損失和由于水流擴大所引起的局部損失(略去沿程水頭損失），即：（2）圓柱形外管嘴的恒定出流以圖示的水箱外接圓柱形管嘴為例。設(shè)水箱的水面壓強為大氣壓強，管嘴為自由出流，同樣也僅考慮局部阻力。以過管軸線的水平面為基準(zhǔn)面，寫出水箱中過水?dāng)嗝?-1至管嘴出口斷面2-2的能量方程：式中

其中ζn稱為管嘴出流的阻力系數(shù)，根據(jù)實驗資料其值約為0.5

令將以上兩式代入能量方程，可解得管嘴出口斷面平均流速：及管嘴流量式中φn為管嘴的流速系數(shù)，

由于管嘴出口斷面處為滿管流動，即從而對于同樣的作用水頭H0，圓柱形外管嘴的流量是孔口流量的1.32倍。當(dāng)作用水頭相同、直徑相同時，管嘴出流中阻力較之孔口出流時要大，但是管嘴出流流量反而比孔口出流流量要大，這是由于在收縮斷面處出現(xiàn)真空的原因。

孔口流量公式管嘴流量公式比較上面兩式可知，以圖示管嘴出流為例，討論管嘴水流在收縮斷面處的真空值的大小，為此以通過管嘴軸線的水平面為基準(zhǔn)面，對收縮斷面c-c和出口斷面2-2列能量方程，式中采用絕對壓強則

其中局部損失主要發(fā)生在水流擴大流段上，計算水頭損失時采用出口流速。而得到但故得將各項系數(shù)代入上式，得斷面C-C處出現(xiàn)負(fù)壓，真空值可達(dá)作用水頭H0的0.75倍。可見，由于管嘴中收縮斷面上出現(xiàn)真空，使管嘴出流的有效作用水頭比孔口出流增大75%，因而相同作用水頭下，相同直徑的圓柱形外管嘴的出流量反而比孔口出流量大。整理能量方程，得管嘴收縮斷面的斷面平均流速于是，管嘴流量為

（3）保證管嘴正常工作的條件

從以上討論看出，收縮斷面的真空度和作用水頭成正比，作用水頭H0愈大，收縮斷面的真空度就愈大，亦即出流量愈大。但實際上，當(dāng)收縮斷面的真空度超過

7m

水柱時，由于絕對壓強過低，空氣將會從管嘴出口斷面“吸入”，使得收縮斷面的真空被破壞，管嘴中水流不能保持滿管出流而如同孔口出流一樣，因此就達(dá)不到增大流量的目的。為了保證管嘴正常出流，真空度必須控制在7m水柱以下，從而，作用水頭H0的允許最大值為其次，對管嘴長度l也有一定限制。若l>(3~4)d，則沿程阻力變大，沿程水頭損失不容忽略，應(yīng)視為有壓管流；若l過短，水流收縮后來不及擴大到整個管口斷面便出流，收縮斷面不能形成真空，而不能發(fā)揮管嘴作用。所以，圓柱形外管嘴的正常工作的條件是：（1）作用水頭（2）管嘴長度其他形式的管嘴，如擴散管嘴、收縮管嘴和流線形管嘴等，不再一一討論。例5.一薄壁銳緣圓形孔口，直徑d=10mm，水頭H=2m，自由出流，如圖所示。行近流速水頭很小，可略去不計?，F(xiàn)測得收縮斷面處流束直徑dC=8mm；在32.8s時間內(nèi)經(jīng)孔口流出的水量為Q=10×10-3m3/s。試求該孔口的收縮系數(shù)ε，流速系數(shù)φ，流量系數(shù)μ和阻力系數(shù)ζ。解①②求μ因為（大氣壓），及所以則得③也可由下式求出④由公式知所以例2一大水池的側(cè)壁開有一直徑d=10mm的小圓孔，水池水面比孔口中心高H=5m，求：出口流速及流量。假設(shè)：①若池壁厚度δ=40mm；②若池壁厚度δ=3mm。解

首先分析壁厚δ對出流的影響：若δ=l=(3-4)d=(30