水力学第8章孔口出流

孔口流量公式孔口流量公式是水力学和流体力学中一个重要的概念。

在咱们日常生活里，其实也能经常发现它的影子。

先来说说孔口流量公式到底是啥。

简单讲，孔口流量公式就是用来计算通过一个孔口的液体或者气体流量的。

一般的表达式是：Q = A ×C × √(2gh) 。

这里的 Q 表示流量，A 是孔口的面积，C 是流量系数，g 是重力加速度，h 是孔口上下游的水头差。

举个例子，咱就说家里的水龙头。

当你把水龙头拧开，水哗哗地流出来，这时候水的流量就可以用孔口流量公式来算一算。

假设水龙头的出水口就是那个孔口，咱们知道出水口的大小，再测量一下水压的差别，就能算出水流的快慢啦。

我记得有一次，我在学校的实验室里和同学们一起做实验。

就是为了验证这个孔口流量公式。

我们准备了各种不同大小的孔口装置，还有测量水压和流量的仪器。

那场面，大家都特别兴奋，一个个摩拳擦掌的。

开始的时候，我们手忙脚乱的，不是测量的数据不准确，就是操作步骤出错。

但是大家都没有放弃，互相帮忙，互相提醒。

有个同学不小心把水弄得到处都是，还差点滑倒，把我们都逗乐了。

经过一番努力，我们终于得到了一组组数据。

然后把这些数据代入孔口流量公式，发现计算出来的结果和实际测量的流量非常接近。

那一刻，大家都欢呼起来，那种成就感简直爆棚。

其实啊，孔口流量公式不仅在生活中的小例子里有用，在很多大工程里也是至关重要的。

比如说水库的放水口设计，灌溉系统的规划，甚至是石油管道的流量控制。

要是没有这个公式帮忙，那可真是会乱套的。

在工业生产中，孔口流量公式也经常被用到。

比如化工厂里的液体输送管道，要控制液体的流量和流速，就得靠这个公式来精确计算。

不然，流量大了或者小了，都会影响生产的效率和质量。

还有消防领域，消防水枪喷水的流量控制，也得依据孔口流量公式来调整。

这样才能在灭火的时候，保证有足够的水量，又不会浪费水资源。

总之，孔口流量公式虽然看起来好像挺复杂，挺专业，但实际上和咱们的生活、工作都紧密相关。

第八章 有压管道恒定流动和孔口、管嘴出流 复习思考题1. 圆管层流流动的沿程水头损失与速度的 B 次方成正比。

(A) 0.5 (B) 1.0 (C) 1.75 (D)2.02. 恒定均匀流动的壁面切应力0τ等于 B 。

(A) 8λ(B) 82v ρλ (C) λ8v (D) 22v ρ3. 水力半径是 D 。

(A) 湿周除以过流断面面 积 (B) 过流断面面积除以湿周的平方 (C) 过流断面面积的平方根 (D) 过流断面面积除以湿周 (E) 这些回答都不是 4. 半圆形明渠，半径r 0=4m ，水力半径R 为 C 。

(A) 4m (B) 3m (C) 2m (D) 1m5. 恒定均匀流公式 RJ γτ=0 C 。

(A) 仅适用于层流 (B) 仅适用于紊流 (C) 层流、紊流均适用 (D) 层流、紊流均不适用6. 输送流体的管道，长度和管径不变，层流流态，若两端的压差增大一倍，则流量为原来的 A倍。

(A) 2 (B) 4 (C) 8 (D) 167. 输送流体的管道，长度和管径不变，层流流态，欲使流量增大一倍，两端压差应为原来的 C倍。

(A) 2 (B)42 (C) 2 (D) 4 (E) 168. 输送流体的管道，长度和两端的压差不变，层流流态，若管径增大一倍，则流量为原来的 D倍。

(A) 2 (B) 4 (C) 8 (D) 169. 输送流体的管道，长度和两端压差不变，层流流态，欲使流量增大一倍，管径应为原来的 B 倍。

(A)2 (B)42 (C) 2 (D) 4 (E) 1610. 输水管道，水在层流流态下流动，管道长度和管中流量及水的粘性系数都不变，只将管径缩小为原来的一半，则两端的压差应为原来的 D 倍。

(A) 2 (B) 4 (C) 8 (D) 1611. 输水管道长度和沿程阻力系数一定，均匀流动，试问：管道两端压差保持不变，而直径减小1%，会引起流量减小百份之几？12. 输水管道长度和沿程阻力系数一定，均匀流动，试问：流量保持不变，而直径减小1%，会引起管道两端压差增加百份之几？ 13. 圆管层流流量变化D 。

流体力学孔口管嘴出流与管路水力计算流体力学是研究流体运动和力学性质的物理学科。

在水力学中，孔口管嘴出流和管路水力计算是流体力学的一个重要应用。

1.孔口管嘴出流孔口管嘴出流是指在一定压力差下，流体从孔口或管嘴中流出的现象。

它是一种自由射流，不受管道限制，流速和流量可以自由变化。

对于理想流体来说，根据贝努利定律和连续性方程，可以得出孔口管嘴出流速度的计算公式：v = √(2gh)其中，v为出流速度，g为重力加速度，h为液面距离孔口或管嘴的高度差。

可以看出，出流速度与液面高度差成正比，与重力加速度的平方根成正比。

对于真实流体来说，考虑到粘性和摩擦等因素，出流速度会稍有减小。

此时，可以使用液体流量系数进行修正。

液体流量系数是指实际流量与理论流量之比，一般使用实验数据来确定。

根据实验结果，可以通过乘以液体流量系数来修正出流速度的计算。

管路水力计算是指在给定管道材料、管径和流体性质的条件下，计算流体在管路中的流动状态、压力损失以及流量等参数。

管路水力计算是实际工程中常见的问题，它可以帮助我们了解管道的输送性能和节能问题。

管道中的流体运动受到多个因素的影响，包括管道长度、管道粗糙度、流速、流量等。

在水力学计算中，一般常用的公式有达西公式和罗斯诺-魏谢巴赫公式。

达西公式可以用来计算管道中流体的摩阻损失，它的计算公式为：ΔP=λ(L/D)(v^2/2g)其中，ΔP为管道中的压力损失，L为管道长度，D为管道直径，v为流速，g为重力加速度，λ为摩阻系数，也称为达西摩阻系数。

罗斯诺-魏谢巴赫公式则可以用来计算管路中流体的水力损失，它的计算公式为：ΔP=ρ(h_f+h_m)其中，ΔP为管路中的总压力损失，ρ为流体密度，h_f为摩阻压力损失，也称为莫阿P（Moody）摩阻，h_m为各种表面或局部的附加压力损失。

除了达西公式和罗斯诺-魏谢巴赫公式，还有一些经验公式和图表可以用来计算管路的压力损失和流量。

这些公式和图表都是根据实验数据和经验总结得出的，可以帮助工程师在实际应用中进行快速计算。

第八章 孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸孔出流δ ( )( )3、只要下游 水位超过宽顶堰堰顶，一定是淹没出流。

( )4、两个WES 型实用堰，堰高大于三倍水头，它们的设计水头不等，即d2d1H H ≠，但泄水时d11H H =，d22H H =，则它们的流量系数 m 1=m 2。

( )5、无侧收缩与收缩的实用堰，当水头、堰型及其它条件相同时，后者通过的流量比前者大。

( )6、锐缘平面闸门的垂向收综系数 'ε 随相对开度 H e 的增大而 ( )(1) 增大 (2) 减小 (3) 不变 (4) 不定7、当实用堰水头 H 大于设计水头 H d 时，其流量系数 m 与设计流量系数 m d 的关系是 ( )(1) m =m d (2) m > m d (3) m < m d (4) 不能确定8、平底渠道中弧形闸门的闸孔出流，其闸下收缩断面水深 h c0 小于下游水跃的跃前水深 h 1，则下游水跃的型式为 ( ) (1) 远离式水跃 (2) 临界式水跃 (3) 淹没式水跃 (4)无法判断9、有两个 WES 型实用堰(高堰)，它们的设计水头分别为 H 1=H d1，H 2=H d2，则它们的流量系数 m 1 与 m 2 之间的关系为 ( ) (1) m 1 > m 2 (2) m 1 < m 2 (3) m 1=m 2 (4)无法确定 10、WES 型实用堰(高堰)，当水头等于设计水头 H d 时，其流量系数 m 等于 ( )(1) 0.385 (2) 0.49 (3) 0.502 (4) 0.65 11、闸孔自由出流的流量公式为 ( )(1) 23v 2H g mnb q ε= (2) 23v 2H g mnb q σε=(3) )(20v e H g nbe q εμ'-= (4) )(20v e H g mnbe q ε'-=12、宽顶堰的总水头 H 0=2 m ，下游水位超过堰高度 h a =1.0 m ，此种堰流为_______________出流。

《流体力学、泵与泵站综合实验》实验报告开课实验室：流体力学实验室 年 月 日 课程 名称 流体力学与水泵综合实验实验项目 名 称孔口管嘴出流实验成绩教师评语教师签名：年 月 日一、实验目的1.掌握均匀流的压强分布规律一斤非均匀流的压强分布特点。

2.验证不可压缩流体恒定流动中各种能量间的相互转换。

3.学会使用测压管与测速管测量压强水头，流速水头与总水头值。

4.理解毕托管测速原理。

二、实验原理实际流体在流动过程中除遵循质量守恒原理外，必须遵守动能定理。

质量守恒原理在一维总流中的应用为总流的连续性方程，动能定理在一维总流中的应用为能量方程。

他们分别如下：Q 1=Q i =v 1A 1=v i A iiw i i i h gv p z g v p z -+++=++12)(2)(22111αγαγ对于某断面而言，测压管水头等于该断面的总水头减去其流速水头。

即:Z + =H-同样，断面平均流速也可以用总水头减去断面的测压管水头得到： = H-(z+)六、实验结果及分析50035022003 4 5（6）9 1012 1315（14）16（17）18 0190 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 按文丘里流量计计算的流量大于实际流量。

实验分析与讨论1 均匀流断面的测压管水头与压强分布与非均匀流断面测压管水头与压强分布不同。

2 实际流体的测压管水头不能沿程升高，总水头沿程降低。

流速不沿程减少。

3 毕托管测定流速不准确，因为测得的是中心流速而不是断面平均流速。

4用测压管测测压管水头再用毕托管测总水头差值为流速水头即可由此算得流速5 3到10产生沿程水头损失，10到13以及13到15产生局部水头损失。

利用毕托管之间的差值确定。

7.8 有一薄壁圆形孔口，直径d 为10mm ，水头H 为2m 。

现测得射流收缩断面的直径c d 为8mm ，在32.8s 时间内，经孔口流出的水量为0.013m ，试求孔口的收缩系数ε，流量系数μ，流速系数ϕ及孔口局部损失系数ζ。

解： 2280.6410c A A ε=== ∵V Q Tμ==∴20.0132.80.620.014μπ===⨯0.620.970.64μϕε==== ∵ ()222222c c c c c v v v H g g gαζαζ=+=+ ∴2222110.062c c cc HgH v v gζααϕ=-=-=-= 答：孔口的收缩系数0.64ε=，流量系数0.62μ=，流速系数0.97ϕ=，孔口局部损失系数0.06ζ=。

7.9 薄壁孔口出流，直径d =2cm ，水箱水位恒定H =2m ，试求：（1）孔口流量c d ；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量n Q ；（3）管嘴收缩断面的真空高度。

解：20.620.21.224Q πμ==⨯⨯=（l /s）20.820.02 1.614n n Q πμ==⨯⨯=（l /s ）以收缩断面c -c 到出口断面n -n 列伯努利方程：()222222c n c c c n n nv v p v p v g g g g gααρρ-+=+- ()22212a c V c c n n c n p p H v v v v g g ααρ-⎡⎤==---⎣⎦()[]2c n c n c n v v v v v v g-=+-+21cn n v v v g ⎛⎫- ⎪⎝⎭=211n v gε⎛⎫-⎪⎝⎭=2324 1.611010.640.020.649.807π-⎡⎤⨯⨯-⨯⎢⎥⨯⎣⎦= 1.506=（m ）答：（1）孔口流量 1.22c d =L /s ；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量 1.61n Q =L /s ；（3）管嘴收缩断面的真空高度为1.506m 。

第八章 堰流及闸孔出流第一节 概 述水利工程中为了宣泄洪水以及引水灌溉、发电、给水等目的，常需要修建堰闸等泄水建筑物，以控制水库或渠道中的水位和流量。

堰、闸等泄水建筑物水力设计的主要任务是研究其水流状态和过流能力。

一.堰流及闸孔出流的概念既能壅高上游水位，又能从自身溢水的建筑物称为堰。

水流由于受到堰坎或两侧边墙的束窄阻碍，上游水位壅高，水流经过溢流堰顶下泄，其溢流水面上缘不受任何约束，而成为光滑连续的自由降落水面，这种水流现象称为堰流。

水流受到闸门或胸墙的控制，闸前水位壅高，水流由闸门底缘与闸底板之间孔口流出，过水断面受闸门开启尺寸的限制，其水面是不连续的，这种水流现象称为闸孔出流。

二.堰流与闸孔出流的水流状态比较堰流与闸孔出流是两种不同的水流现象：堰流时，水流不受闸门或胸墙控制，水面曲线是一条光滑连续的降落曲线。

而闸孔出流时，水流要受到闸门的控制，闸孔上下游水面是不连续的。

对明渠中具有闸门控制的同一过流建筑物而言，在一定边界条件下，堰流与闸孔出流是可以相互转化的，即在某一条件下为堰流，而在另一条件下可能是闸孔出流。

堰流与闸孔出流两种流态相互转化的条件除与闸门相对开度H e有关外，还与闸底坎形式或闸门（或胸墙）的形式有关，另外，还与上游来水是涨水还是落水有关。

经过大量的试验研究，一般可采用如下关系式来判别堰流及闸孔出流。

闸底坎为平顶堰 65.0≤H e 为闸孔出流，65.0>H e 为堰流。

闸底坎为曲线堰 75.0≤H e 为闸孔出流，75.0>H e 为堰流。

式中，H为从堰顶或闸底坎算起的闸前水深，e为闸门开度。

堰流与闸孔出流又有许多共同点：①堰流及闸孔出流都是由于堰或闸壅高了上游水位，形成了一定的作用水头，即水流具有了一定的势能。

泄水过程中，都是在重力作用下将势能转化为动能的过程。

②堰和闸都是局部控制性建筑物，其控制水位和流量的作用。

③堰流及闸孔出流都属于明渠急变流，在较短距离内流线发生急剧弯曲，离心惯性力对建筑物表面的动水压强分布及过流能力均有一定的影响；④流动过程中的水头损失也主要是局部水头损失。