(完整版)[工学]第五章：孔口、管嘴出流和有压管路

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，
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
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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
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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。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
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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。
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薄壁孔口出流出现收缩断
面是它的重要特征，收缩程度 通常用断面收缩系数Cc来表示 。即:
Cc Ac A
列液面1和收缩断面c的能量方程有:
H
p0
0v02
2g
cvc2
2g
hw
式中： hw
hj
0
vc2 2g
忽略沿程损失，只计局部损失
v0 、vc 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。
2g

c 1
2
v
1
2 gH 0 n 2 gH 0
Q vA n A 2 gH 0 n A 2 gH 0
其中ζ 为管嘴的局部阻力系数，取0.5；则
流速系数 流量系数
n
1 1 0.82＜孔口 0.97 ~ 0.98 1 0.5
n n 0.82 ＞孔口 0.60 ~ 0.62
图1：Q1
Q2；图2：Q1
Q2。（填>、< 或＝）
第五章 有压管流
问题：水位恒定的上、下游水箱，如图，箱内水深为
H 和h。三个直径相等的薄壁孔口1,2,3位于隔板上的
不同位置，均为完全收缩。 问：三孔口的流量是否相等？为什么？ 若下游水箱无水，情况又如何？
答案
1=2，3不等；三孔不等
第五章 有压管流
v孔口 孔口 2 gH孔口 孔口 0.97 1 vn n 0.82 n 2 gHn
2.流量比较
Q孔口 孔口 A孔口 2 gH孔口 孔口 0.62 1 Qn n 0.82 n An 2 gHn
第五章 有压管流
【例】为使水流均匀地进入混凝沉淀池，通常在进口处 建一道穿孔墙如图，通过穿孔墙流量为125L/s，设若干 个15cmⅹ15cm的孔口，按规范要求通过孔口断面平均流速 在0.08~1.0m/s，试计算需若干孔口？
容器放空（即H2＝0）时间 t0
2 A0 H1
2 A0 H1 2V A g A 2 gH1 Qmax
结论：在变水头情况下，等横截面的柱形容器放空（或充满）所需的时间
等于在起始水头H1下按恒定情况流出液体所需时间的两倍。
第五章 有压管流
第二节、管嘴岀流

5.2.3 其他类型管嘴出流
对于其他类型的管嘴出流，其流速、流量的计算公式与圆柱形管嘴公式形式相似。但 流速系数及流量系数各不相同，下面是几种常用的管嘴。
1. 流线形管嘴 如图 5.4(a)所示，流速系数ϕ = μ = 0.97 ，适用于水头损失小，流量大，出口断面上速 度分布均匀的情况。
2. 扩大圆锥形管嘴 如图 5.4(b)所示，当θ = 5°～7°时，μ＝ϕ＝0.42～0.50 。适合于将部分动能恢复为压能的 情况，如引射器的扩压管。
流体力学
收缩产生的局部损失和断面 C―C 与 B―B 间水流扩大所产生的局部损失，相当于一般锐缘
管道进口的局部损失，可表示为 hw
=ζ
VB 2 2g
。将
hw 代入上式可得到：
H0
=
(α
+ζ
) VB2 2g
其中， H 0
=
H
+
α
AV
2 A
2g
，则可解得：
V=
1 α + ζ 2gH 0
=ϕ
2gH 0
(5-8)
1. 自由出流 流体经孔口流入大气的出流称为自由出流。薄壁孔口的自由出流如图 5.1 所示。孔口 出流经过容器壁的锐缘后，变成具有自由面周界的流股。当孔口内的容器边缘不是锐缘状 时，出流状态会与边缘形状有关。
图 5.1 薄壁孔口自由出流
由于质点惯性的作用，当水流绕过孔口边缘时，流线不能成直角地突然改变方向，只 能以圆滑曲线逐渐弯曲，流出孔口后会继续弯曲并向中心收敛，直至离孔口约 0.5d 处。流
5.3.1 短管计算
1. 自由出流
流 体 经 管 路 流 入 大 气 ， 称 为 自 由 出 流 ( 图 5.5) 。 设 断 面 A ― A 的 总 水 头 为

建筑给水：孔口管嘴可用于建筑物的给水系统，如水龙头和淋浴喷头
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孔口管嘴及管路计算的展望
孔口管嘴技术的未来发展方向
智能化发展：孔口管嘴技术将与人工智能、物联网等技术结合，实现自动化、智能化控制。
高效化发展：未来孔口管嘴技术将不断优化设计，提高流体输送效率，降低能耗。
环保化发展：随着环保意识的提高，孔口管嘴技术将更加注重环保性能，减少对环境的污染。
未来发展方向：结合人工智能、大数据等技术，实现管路系统的智能化、自动化计算。
跨学科合作：管路计算需要与多个学科领域进行交叉合作，共同推动管路系统技术的发展。
新型材料与技术在管路计算中的应用
新型材料的特性与优势
未来新型材料与技术在管路计算中的发展趋势
新型计算技术在管路计算中的发展现状
新型材料在管路计算中的应用场景
孔口管嘴具有控制水流流量、压力和方向的作用
孔口管嘴的设计和制造需要遵循相关标准和规范
孔口管嘴在管道系统中的作用是至关重要的，其性能直接影响整个系统的正常运行
孔口管嘴的分类
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按用途分为：吸水管嘴、排水管嘴和通风管嘴
孔口管嘴按结构分为：直嘴、弯嘴和斜嘴
按压力分为：真空管嘴和压力管嘴
计算公式：h=λ*l/d*v^2/(2g)，其中λ为摩阻系数，l为管长，d为管径，v为流速，g为重力加速度
管路的优化设计
确定管径和管材：根据流量、流速和压力等参数选择合适的管径和管材，以降低流体阻力损失和满足工艺要求。
确定管路走向：根据现场实际情况和工艺要求，合理规划管路走向，尽量减少弯头、阀门等配件的使用，以降低流体阻力损失。
适用范围：适用于管径较小、流体阻力较小的简单管路