第六章孔口出流-课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 孔口出流,主要讨论液体孔口出流的基本概念和主要特征，确定出流速度、流量和影响它们的因素。进一步掌握流体运动基本规律的应用。,补充：孔口出流的分类和基本特征,从出流的下游条件分,自由出流孔口：,流体通过孔口后流入大气中。,淹没出流孔口：,流体通过孔口后流入充满液体的空间。,从射流速度的均匀性,小孔口：,如果孔口断面上各点的流速是均匀分布的,大孔口：,孔口断面上各点的流速相差较大，不能按均匀分布计算。,从孔口边缘形状和出流情况,薄壁孔口,：出流液体具有一定的流速，能形成射流且孔口具有尖锐的边缘，壁厚不影响射流的形状,，。,没有沿程损失，只有因收缩而引起的局部能量损失,厚壁孔口,：出流液体具有一定的流速，能形成射流，此时虽然孔口也有尖锐边缘，射流形成收缩断面，但由于孔壁较厚，射流收缩后又扩散而附壁，也称为管嘴 。不仅要考虑收缩的局部损失，而且还要考虑沿程损失,。,收缩断面：缓变流动,收缩系数,C,c,A,c,/,A,0,具有尖锐边缘孔口的特点是射流的收缩，收缩程度对于孔口出流的性能有显著的影响。,孔口与边壁或者底部相切（,I,及,II,），相切处的射流不会产生收缩。,孔口离侧壁或底部太近，则收缩受到一定的影响，称为不完全收缩。,离壁面的距离大于孔径或孔口边长的三倍，侧壁等不影响射流的收缩，射流的收缩称为完全收缩。,按流动参数是否随时间变化,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。,非定常出流,6,-1,薄壁孔口出流,（一）,薄壁孔口自由出流,对图示的,1-1,和,c,-,c,断面列伯努利方程,其中 为孔口出流局部阻力系数。将连续性方程 代入上式得,或,如果容器断面,A,1,较大，即 ，对于小孔口来说 ，则得,式中 称为流速系数，。,通过孔口的流量为,式中,A,0,为孔口面积，,C,c,A,c,/,A,0,为流速系数，,C,d,C,c,C,v,为孔口出流的流量系数。,如果容器敞开，容器上部为自由液面，则 。小孔自由出流时，射流断面上的压强为常数，应等于表面上的压强，即为大气压强,p,a,，因此,则,如果 则有,（二）,薄壁孔口出流系数,出流速度和流量与出流系数 、,C,c,、,C,v,和,C,d,有着密切关系,1.,流速系数,如果孔口流动没有局部阻力损失，则孔口的阻力系数，孔口的理想流速应该是,于是,流速系数的物理意义就是实际流速,v,c,与理想流速,v,T,的比值，阻力系数越大，则实际流速越小，其流速系数也就越小。,流速系数的实验确定：,孔口出流射入大气后成为平抛运动，将,xoy,坐标原点取在收缩断面上，测量射流上任一点,M,0,的坐标,x,0,和,y,0,，如果忽略空气阻力，则,消去时间参数,t,可得，,因此流速系数,C,v,为,射流轨迹法,阿里特苏里薄壁小孔口实验结果,C,v,0.97,C,d,0.600.62,C,c,0.620.64,0.06,2.,流量系数,流量系数的物理意义就是实际流量,q,V,与理想流量,q,T,的比值。,通过对,q,V,、,H,和,A,0,的测定，很容易得出流量系数,C,d,的实验值。,3.,收缩系数与阻力系数,（三）,薄壁孔口淹没出流,由断面,1-1,至,c,-,c,的伯努利方程为,将连续性方程,代入上式,式中，,A,0,为孔口的面积,。,液压技术中,A,0,一般要比,A,1,小得多，因此 与,比较起来可以忽略。对小孔口来说，收缩断面处流速是均匀的，则得,流量,q,V,为,经实验测定，薄壁小孔淹没出流的流速系数、流量系数、损失系数和断面收缩系数和自由出流具有完全相同的值,。,注意：,在阻尼器和阀口等出流问题中，要确定收缩断面而测定收缩断面上的压强是很困难的，一般只能在出流口下游适当的地方测得压强,p,t,。,p,t,总是大于,p,c,，则实测的 总是小于 ，我们把,定义为实测的流量系数，由此可得,由于,v,2,，因此收缩断面上的压强,p,c,一定小于孔口出流断面上的压强，即小于大气压强,p,a,，这样就在厚壁孔口的收缩断面上产生真空。由于真空抽吸作用，不但克服了阻力，还将从容器中抽吸液体，加大了厚壁孔口出流流量。,在工程中，通常采用管嘴来增大孔口出流的流量。当然管嘴的尺寸要有一定的范围，太长则引起较大的沿程阻力损失，太短则在孔内流动来不及扩散至管壁就已流出管口，在管内形成不了真空，起不到增大流量的作用。由大量的实验证明，使管嘴正常工作的长度,L,最好在孔口直径的,34,倍。,各种形式管嘴,种类,阻力系数,收缩系数,C,c,流速系数,C,v,流量系数,C,d,a,薄壁孔口,0.06,0.64,0.97,0.62,b,内伸管嘴,1,1,0.71,0.71,c,外伸管嘴,0.5,1,0.82,0.82,d,收缩管嘴,收缩角,13,0,14,0,0.09,0.98,0.96,0.96,e,扩张管嘴,扩张角,5,0,7,0,4,1,0.45,0.45,f,流线型管嘴,0.04,1,0.98,0.98,6,-3,节流气穴与汽蚀,何谓节流气穴？,液体通过阀口、阻尼孔及其它节流装置处时，速度往往很高，压强降低，出现真空度。当压强降低到一定程度时，溶解在液体里的空气首先要分离出来，以气泡的形式逸出。当压强继续降低，液体本身也要汽化而形成大量的气泡。这种在节流过程中，由于局部地区压强降低而在液体中产生气泡的现象称为节流气穴。,压强低到什么程度会产生气穴？,这要看液体中是否溶解气体以及气体溶解量的多少而定。一般水中溶解气体不超过,2,，因而水中气穴往往以液体饱和蒸汽压为标准。油中溶解气体可达,6,12,，油中气穴往往以空气分离压为标准,。,何谓汽蚀？,当气穴现象所产生的气泡随流体流至高压区时，气泡被急剧击破，在一瞬间产生强烈的冲击，引起振动和噪音，并伴有流体温度和压强的升高以及氧化变质。如果气泡的破灭发生在固体壁面时，壁面材料在反复的冲击和氧化作用下，将会发生剥落和腐蚀，这种现象称为汽蚀。,节流气穴,判断标准,有如图所示的管内节流孔，若前后压强分别为,p,1,和,p,2,，射出的流速为,v,2,，液体密度为,，当节流小孔直径与管内径相比很小，即,时，由伯努利方程可得到节流孔前后压差为,由于节流流动的最低压力发生在节流孔下游，因此节流出口压力,p,2,的相对大小可用来判断节流气穴产生与否。通常定义一个无量纲数来表示气穴产生的可能性。这个无量纲数称为节流气穴系数，定义为,式中,p,v,为油的空气分离压。将前式代入式中，可得,从理论上来说，时，也就是,0,时，才发生气穴。但实验证明，当,下降到,0.4,左右时就开始产生气穴。可见,0.4,可作为节流气穴发生的临界值，,0.4,不发生气穴，,0.4,则有气穴发生,。,由于,p,v,与,p,1,、,p,2,相比很小，因此,由此可以看出，,取决于节流孔前后的压强比。,将,0.4,代入可得,可见节流口前后压强比为是产生气穴的界限。为了避免产生节流气穴，必须保证 。常见的方法是适当提高节流口后的压强,p,2,，降低节流口前的压强,p,1,。,