当前位置:文档之家› 第五章孔口与管嘴出流

第五章孔口与管嘴出流

(1) 收缩管嘴 收缩管嘴常取收缩角为 13 ~ 14 , 这种管嘴出流速度大,流体动能高,多用在水力喷砂、 消防龙头等处。 (2) 扩张管嘴 扩张管嘴流量大阻力小,通常取扩 张角为 5 ~ 7 ,常用在需要大流量低速度的场合。 (3) 流线型管嘴 将管嘴做成流线型可以大大减小 出流阻力损失,避免流动收缩,防止气穴和汽蚀的产 生,应用较为广泛。
孔口出流与管嘴出流的共同特点: 在水力计算中局部水头损失起主要作用,沿程损 失可以略去不计,用能量方程和连续方程导出计算流 速和流量的公式,并由实验确定式中的系数。 厚壁孔口出流:当孔口壁厚增加到一定程度并对 出流有显著影响。壁厚或管嘴长度取L=(3~4)d,用 来增大出流流量。工程上常做成管嘴形状,故又称圆 柱外伸管嘴出流或短管出流。
1.自由出流 液体直接出流人大气,即出流后相对压力为零。 2.淹没出流 液体出流流入另一个容器的液体中,出流后有压 力存在。
尽管出流条件不同,自由出流和淹没出流的流动 特征和计算方法完全类同。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
12
四、完善收缩和不完善收缩
按液体流动惯性或流线的性质,自薄壁孔口出流 的流束各方向是均匀收缩的,这种收缩称为完善收缩。 当孔口靠近边壁或切于边壁时,流束的一侧将切 于壁面流出,流束不出现收缩或只呈现少量收缩,即 流束的收缩与否要受到壁面的影响,这种收缩称为不 完善收缩。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
6
一、薄壁孔口
薄壁小孔口 薄壁大孔口
一般指壁面厚度l和孔口直径d的比小于或等于2, 即l/d<=2的孔口。按孔口直径和作用水头的相对大小 又可分为以下两种。 1.薄壁小孔口 当作用水头H远大于薄壁孔口直径d(通常指H>10d) 时,孔口断面上的流动参数可看作均匀分布,称为薄 壁小孔口。 2.薄壁大孔口 当作用水头相对较小时,孔口断面上的流动参数不 能按均布计算,称为薄壁大孔口。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
21
二、薄壁小孔口定常淹没出流
对于图5-5所示的薄壁小 孔淹没出流,其流动特性与 自由出流相同,流速和流量 计算公式相同,其中H为左右 二容器液面的高度差,亦称 Cc Cv C、 0 作用水头。 、 和 也取 自自由出流的数值。
断面1到2的能量损失可看作断面1至 断面c的能量损失与断面c至断面2的能量 损失之和。前者与自由出流的能量损失相 同,为: v 2 2 g
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
4
本章还讨论液体在缝隙中的流动。通常缝 隙的高度远小于其长度和宽度,所以这种流动 大都是一元层流流动。 在流体工程中,尤其是在液压元件中,零 部件之间的适当间隙是保证正常工作所必须的 条件。缝隙的形式和尺寸大小对液压元件的影 响极大。因此人们常把缝隙也作为液压元件的 重要组成因素。讨论液压油在缝隙中的流动规 律对液压元件的设计、性能分析和操作都具有 重要实际意义。
2 gH 1
管嘴出流的流速系数,
则,出流速度为: v C 2gH 出流流量为: Qv CA 2gH 其中 C Cv 为流量系数, d、A为管嘴直径、截面面积。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
24
模型:以图5-7所示的管嘴 定常自由出流为例,分析 其出流速度和流量等参数 的确定方法。 设液面大气压强,液 体自管嘴出流到大气。
列液面1和管嘴出流截面2的能量方程有:
H
1v12
2g

2 2v2
2g
hw
v2 分别为液面和出口截面的平均速度, 式中: v1 、 H为自由液面高度。
2p

2p

孔板流量计 orifice-plate flowmeter
式中 p为管道内孔口前后的压差。
在管道计算和测量中,小孔面积A与与管道面积A0相比 不算很小,则过流收缩将是不完善收缩,其收缩系数和流量 系数可由经验公式确定。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
23
§5-3 厚壁孔口定常自由出流
出流流量为:
Qv CA 2gH
其中 C CcCv 为薄壁小孔口出流流量系数。 薄壁小孔口定常自由出流计算计算的关键是系 Cv 和C Cv 、 C 和 0 的确定。 Cc 和 0 由实验确定, 数 Cc 、 由公式计算。 由大量实验资料得知,各系数的大小取决于流动 的Re数、孔口出流的收缩程度、孔口边缘的情况等等, 而孔口的形状影响较小。因此,不论孔口形状如何, 都可以借助圆形小孔口的数据计算。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
7
对于薄壁孔口,壁面对出流影响很小,可 以忽略。 薄壁小孔口出流的特点是在出流后形成一 个收缩断面,该收缩断面距孔口大约在二分之 一孔口直径处。 不难理解,收缩断面的形成是由于出流流 体惯性作用的结果。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
8
圆柱管嘴 二、管嘴(厚壁孔口) 其它型式 当壁面厚度或管嘴长度与孔口直径相比较大时, 壁厚对出流影响显著,这时称为管嘴出流。按管嘴形 状可分为以下几种。
v0 、 v c 分别为液面和收缩截面的平均速度,
0 为孔口局部损失系数。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
18
取:0 c 1 v0 0
2 2 v v 则方程简化为: H c c 0 2g 2g
p0
所以:
1 vc 1 0
p0 2g H
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
13
通常,当孔口边缘距边壁距离大于孔口在该方向 最大尺寸的3倍时可以认为是完善收缩。如图5-2所示, 其中I孔为完善收缩,Ⅱ、Ⅲ孔为不完善收缩。
方形
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
14
五、定常出流和非定常出流
当出流系统的作用水头保持不变时,出流 的各种参数保持恒定,称为定常出流。
筒式减振器,在压缩和伸张行程中均能起减振作用
双向作用筒式减振器工作原理说明。在压缩 行程时,指汽车车轮移近车身,减振器受压缩, 此时减振器内活塞3向下移动。活塞下腔室的容积 减少,油压升高,油液流经流通阀8流到活塞上面 的腔室(上腔)。上腔被活塞杆1占去了一部分空 间,因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积, 一部分油液于是就推开压缩阀6,流回贮油缸5。 这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力。 减振器在伸张行程时,车轮相当于远离车身,减 振器受拉伸。这时减振器的活塞向上移动。活塞 上腔油压升高,流通阀8关闭,上腔内的油液推开 1. 活塞杆;2. 工作缸 筒;3. 活塞;4. 伸张 伸张阀4流入下腔。由于活塞杆的存在,自上腔流 阀;5. 储油缸筒; 6. 7. 补偿阀;8. 来的油液不足以充满下腔增加的容积,主使下腔 压缩阀; 流通阀;9. 导向座; 产生一真空度,这时储油缸中的油液推开补偿阀7 10. 防尘罩;11. 油封 流进下腔进行补充。由于这些阀的节流作用对悬 双向作用筒式减振器 示意图 架在伸张运动时起到阻尼作用。
0 c
后者可看着圆管突扩的能量损失,为: 2 vc2 2 vc 1 Ac A2 2g 2g
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
22
三、有压管道小孔口定常出流
对于图5-6所示的小孔出 流出现在有压管道内部。 与薄壁小孔口自由出流的 分析和推导过程相同,可得: 流速: 流量:
vc Cv
Qv CA
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
2
重点:薄壁孔口出流和管嘴出流的分类、
出流特点,薄壁小孔口定常自由出流时的能量 损失、流速和流量的计算方法,厚壁孔口定常 自由出流时的能量损失、流速和流量的计算方 法,平行平板缝隙流动的速度分布和流量,最 佳缝隙
难点:平行平板缝隙流动的速度分布和
流量
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
3
流体经各种不同形式的孔口流出和利用不同大小 的过流断面节流等统称为流体的孔口出流。 无论在自然界和日常生活中,还是在实际工程中 都可以看到它的广泛应用。例如,江、河、水库设置 的各种闸门,给排水和消防工程中的水龙头、水栓, 各类柴油机和汽轮机的喷嘴,汽油机的气化器,各种 车辆中的减震器等等。 在液压工程中,液压油流经节流阀、换向阀和溢 流阀等元件,大都可归结为过圆柱滑阀阀口、圆锥阀 阀口和各种阻尼孔的出流和节流问题。这些问题的解 决正是液压元件设计的关键。
设H0 H p0 为作用的总水头,
Cv 1 1 0
为薄壁小孔口出流的流速系数,
则:
vc Cv 2 gH0
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
19
即孔口出流速度为:
vc Cv 2 gH0
若容器敞开,则: 孔口出流速度为: p0 0
vc Cv 2gH
出流流量为:
Qv CA 2 gH0
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
5
§5-1 流体孔口出流的分类
(Orifice Flow)
基本类型
薄壁孔口出流 厚壁孔口出流(管嘴出流)
流体出流的流动特征取决于作用水头、孔口断面 和孔口形状等各种因素。对于管嘴出流,其特征要取 决于管嘴的几何形状和尺寸等。 显然,流体出流问题是一个受多种因素影响的较 为复杂的流体力学问题,而且具有鲜明的工程实际意 义。为了分析方便,将出流问题按不同的条件分为下 面几类。
1.圆柱管嘴 圆柱管嘴是使用较广的一种型式,使用的 目的在于增大流量。它的出流特点是在管嘴内 部形成一个收缩断面,通常称为内收缩。收缩 之后在管内扩张,然后附壁流出管嘴,所以在 出流端无收缩。一般管嘴长可取L=(3~4)d。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
9
2.其他型式管嘴
根据实际工程需要常采用以下型式的几种管嘴:
而当作用水头随出流过程变化时,出流参 数如流速、流量和出流轨迹等都随之变化,称 为非定常出流。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
15
§5-2 薄壁小孔口定常自由出流
孔口出流与管嘴出流的共同特点: 在水力计算中局部水头损失起主要作用,沿程损 失可以略去不计,用能量方程和连续方程导出计算流 速和流量的公式,并由实验确定式中的系数。 本节讨论液体自薄壁小孔口作定常自由出流时的 能量损失、流速和流量的计算方法,并将讨论结果引 伸到淹没出流和有压管道,以便于在机械、液压工程 中直接应用。
相关主题