兰州交通大学：《水力学》课程教学资源（课件讲稿，打印版）第5章 有压管道流动

⑩ 第五章孔口管嘴和有压管道流动 主讲：何文社

第五章孔口管嘴和有压管道流动 §5-1薄壁孔口的恒定出流√√ §5-2管嘴的恒定出流√ §5-3孔口、管嘴的非恒定出流 §5-4短管的水力计算√√ §5-5长管的水力计算 §5-6管网水力计算基础 善 KC<工

一、孔口、管嘴出流和有压管路的定义 孔口出流：容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象。 管嘴出流：在孔口上连接长为3-4倍孔径的短管。水经 短管并在出口断面满管流出的水力现象。 有压管流：水充满整个管道横断面，管内不存在自由 表面的流动。 二、孔口、管嘴出流和有压管路水力计算的区别 有压管流与孔口、管嘴出流在水力计算中的区别是： 前者必须考虑沿程水头损失，而后者不计沿程水头损失。 密 K工工开

§5-1薄壁孔口的恒定出流 薄壁孔口： 在容器壁上开一小孔，壁的厚 度对水流没有影响。孔壁与水流仅 在一条曲线上接触。 孔口分类：水头H不同，各点的出流 0 情况也不同。根据d/H比值的大小把 孔口分为大孔和小孔两类。 小机：日≤01小上各点水头取同一数值， 移 大孔：月>0.1大孔上各点水头不同。 若水头H不变，则称为恒定出流。 K工工

一、小孔口的自由出流 自由出流：孔口流出的水流如进入到空气中。 如图所示，箱中水流的流线自上游从各个 方向趋近孔口，由于水流运动的惯性，流线不 能成折角地改变方向，只能逐渐光滑、连续地 弯曲。因此，在孔口断面上各流线互不平行， 而使水流在出口后继续形成收缩，直至距孔口 约为d/2处收缩完毕，流线在此趋于平行，这一 断面称为收缩断面，如图5-1中的c-c断面。 推导孔口出流关系式： 选通过孔口形心的水平面为基准面，1-1和c-c为计算面， 列伯诺里方程： 西 H+B+a,-0+卫+ay y 2g y 2g K工工二工

水箱中的微小损失可以忽略，于是只是孔口的局部损失。 hut-e=h-5o2g 在自由出流且容器开口的情况下，P。P。,上式写为： 2g2g 2-a+28 H+a'。aV2+c1 令H,=H+g 代入得： 2g H。=a+)2g a+E2gH。=o2g7,20=on H。一一作用水头（有效水头），包括流速水头。P一一流速系数 1 p= :√a。+50V1+50 表示实际流速与理论流速之比。 KK

实验：薄壁小孔流速系数0=0.97-0.98 则局部阻力系数为。=-1=。 -1=0.06 02 0.972 孔口出流量：2=A'。=A,pV2gH。 但是，A的存在对计算流量很不方便，设法用孔的面积 A来代替。 令Ac/A=e,称为收缩系数，g0.63-0.64。 则Q=ApV2gH。=AV2gH。 —孔的流量系数，表示实际流量与理论流量之比， u=80=0.62。 K工工工

二、小孔口的淹没出流 淹没出流—孔口流出的水流不是流入空气，而是进入到另 一部分水体中，致使孔口淹没在下游水面之下。 孔口断面上各点的有效水头是一致的，且都等于上下游 水位差，所以在这种情况下，可不分大孔和小孔。 以下游水池的水面为基准面，取符合渐变 流条件的1-1断面、2-2断面列能量方程。 H,++a=H,+P+a,+h. 2 而么三点0+2第 一水流经孔口的局部阻力系数， 善一水流由孔口流出后扩大的局部阻力系数。 K工工Σ江

由5=1-4，可知，当A,>A时，51 A :a=低+2=0+ 代入整理得： 2g 2g H,-h,+g52a,5 =0+6)火 [p,=p] 2g 2g 令H,=h-h,+aya 2g2g 当容器较大时，V≈2=0“H,=0+50) 52g3a 则Q=A.V。=ApV2gH。=A4V2gHo 移 淹没出流与自由出流形式完全相同，只是H不同。 K工工Σ江

§5-2管嘴的恒定出流 一、圆柱形外管嘴的恒定出流 在孔口断面处接一直径与孔口直径完全相同的 圆柱形短管，如图5-4所示，这样的短管称为圆柱形 外管嘴。水流进入管嘴后，同样形成收缩，在收缩 断面c-c处水流与管壁分离，形成漩涡区；然后又逐 渐扩大，在管嘴出口断面上，水流己完全充满整个 断面。 0 设水箱的水面压强为大气压强，管嘴为自由出 流，以出口断面形心所在水平面(0-0)为基准面， 建立水箱中过水断面1-1和管嘴出口断面2-2的能量 方程，即 孔口外面加管嘴后，增加了阻力，但是流量反而增加， 码这是由于收缩断面处真空的作用。 KK