第五章孔口、管嘴及有压管路
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第5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 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 。
(A) 8λ(B) 82v ρλ (C) λ8v (D) 22v ρ3. 水力半径是 。
(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 。
(A) 4m (B) 3m (C) 2m (D) 1m5. 恒定均匀流公式 RJ γτ=0 。
(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 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 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 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 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 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 。
第五章孔口、管嘴出流和有压管流从本章开始,将在前面各章的理论基础上,具体研究各类典型流动。
孔口、管嘴出流和有压管流就是水力学基本理论的应用。
容器壁上开孔,水经孔口流出的水力现象称为孔口出流(Orifice Flow);在孔口上连接长为3~4倍孔径的短管,水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象称为管嘴出流(Spout Flow);水沿管道满管流动的水力现象称为有压管流(Flow in Pressure Conduits)。
给排水工程中各类取水、泄水闸孔,以及某些量测流量设备均属孔口;水流经过路基下的有压涵管、水坝中泄水管等水力现象与管嘴出流类似,此外,还有消防水枪和水力机械化施工用水枪都是管嘴的应用;有压管道则是一切生产、生活输水系统的重要组成部分。
孔口、管嘴出流和有压管流的水力计算,是连续性方程、能量方程以及流动阻力和水头损失规律的具体应用。
§5-1 液体经薄壁孔口的恒定出流在容器壁上开一孔口,若孔壁的厚度对水流现象没有影响,孔壁与水流仅在一条周线上接触,这种孔口称为薄壁孔口,如图5-1-1所示。
图5-1-1一般说,孔口上下缘在水面下深度不同,经过孔口上部和下部的出流情况也不相同。
但是,当孔口直径d(或开度e)与孔口形心以上的水头高H相比较很小时,就认为孔口断面上各点水头相等,而忽略其差异。
因此,根据d/H的比值大小将孔口分为大孔口与小孔口两类:若d ≤H /10,这种孔口称为小孔口,可认为孔口断面上各点的水头都相等。
若d ≥H /10,称为大孔口。
当孔口出流时,水箱中水量如能得到源源不断的补充,从而使孔口的水头H 不变,这种情况称为恒定出流。
本节将着重讨论薄壁小孔口恒定出流。
1.小孔口的自由出流从孔口流出的水流进入大气,称自由出流(Free Efflux),如图5-1-1所示,箱中水流的流线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,只能光滑、连续地弯曲,因此在孔口断面上各流线并不平行,使水流在出孔后继续收缩,直至距孔口约为d /2处收缩完毕,形成断面最小的收缩断面,流线在此趋于平行,然后扩散,如图5-1-1所示的c -c 断面称为孔口出流的收缩断面。