流體第5章管路管嘴-資料下載頁
2025-04-29 13:48本頁面
【正文】 ? ? 1 1 圓柱型外管嘴定常出流 ? 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定， 圓柱形外管嘴 的流量系數(shù) μ= 。 ? 孔口出流與管嘴出流的流量計(jì)算公式形式完全相同，但孔口出流的流量系數(shù)為 μ= 。 ? 因此在相同的斷面積與相同的水頭的條件下，管嘴的出流量是孔口出流量的 ，即 在容器孔上加設(shè)一段管嘴后，有增大出流量的作用 。 管嘴的真空度與使用條件 ? 由以上分析可知：在孔口處接上管嘴以后，增加了阻力，但管嘴的出流量不是減少而是加大。這是因?yàn)楣茏煸谑湛s斷面處有 真空 存在，如同水泵一樣，對液流產(chǎn)生 抽吸 作用。 ? 根據(jù)實(shí)驗(yàn)，把一 U形測壓計(jì)接于管嘴壁上收縮斷面處， 如圖 ，則 U形管內(nèi)液體由于管嘴真空的存在被抽吸上升高度 hv = 。 ? 這是由于真空的存在使管嘴出流量的增加，要比由管嘴阻力增加而減少的出流量大得多。下面從理論上加以分析。 管嘴的真空度與使用條件 ? 如圖 ，列 11斷面與 CC斷面的能量方程 gvgvpgvpH cccca22222211 ????? ?????，于是不計(jì)，且如略去 211 ?Cgv ??22222 )(?vvAAvcc ??Hgv 22=2 ?Hgvpp cca ???? 2)1( 2??（ ） ? 由連續(xù)性方程有 ? 由式（ ）得 管嘴的真空度與使用條件 ? 則式（ ）可寫成 HHpp ca ???? 22)1( ???? pp HH?? ?? （ ） ? 由此可知，在管嘴收縮斷面處產(chǎn)生了真空，真空度為作用水頭的 。真空對液流起抽吸作用，相當(dāng)于把孔口的作用水頭增大 75%，致使管嘴出流量大于孔口出流量。 ? 如以 ζ= （漸縮短管的局部阻力系數(shù)）、 ε= 及 φ = ，則 管嘴的真空度與使用條件 ? 由式（ ）知，作用水頭越大，收縮斷面的真空值越大，出流量也增大。 ? 但如果管嘴真空度過大，當(dāng)收縮斷面 CC的絕對壓強(qiáng)低于液體的汽化壓強(qiáng)時(shí)， 液流將汽化而不斷發(fā)生氣泡 ，這種現(xiàn)象稱為 空化 。 ? 低壓區(qū)放出的氣泡隨液流帶走，當(dāng)?shù)竭_(dá)高壓區(qū)時(shí)，由于壓差的作用使氣泡突然潰滅，氣泡潰滅的過程時(shí)間極短，只有幾百分之一秒，四周的水流質(zhì)點(diǎn)以極快的速度去填充氣泡空間，以致這些質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量在極短的時(shí)間變?yōu)榱悖瑥亩a(chǎn)生巨大的沖擊力，不停地沖擊固體邊界，致使 固體邊界產(chǎn)生剝蝕 ，這就是 氣蝕 。 管嘴的真空度與使用條件 ? 另外，當(dāng)氣泡被液流帶出管嘴時(shí)，管嘴外的空氣將在大氣壓的作用下沖進(jìn)管嘴內(nèi)，使管嘴內(nèi)液流脫離內(nèi)管壁，成為非滿管出流，即孔口出流，此時(shí)管嘴已不起作用。因此， 對管嘴內(nèi)的真空值應(yīng)有所限制。 ? 根據(jù)對水的實(shí)驗(yàn)，管嘴收縮斷面處的真空度不應(yīng)超過7mH2O，即 m9, 00 ???? HHpp ca ?? 其次， 管嘴的長度 也有一定的限制。長度 太短 ，極易引起真空的破壞。若管嘴 太長 ，沿程損失不能忽略，成為短管，達(dá)不到增加出流量的目的。 管嘴的真空度與使用條件 ? 因此，為保證管嘴正常工作，必須具備的 條件 是： （ 1）作用水頭 H0≤9m； （ 2）管嘴長度 l = (3~4)d。 ? 當(dāng)管嘴不能滿足其使用條件時(shí)，應(yīng)將其按薄壁孔口出流考慮，采用相應(yīng)的孔口出流的流量系數(shù) μ值。 ? 同樣，對于容器的壁厚為孔口直徑的 3~4倍的厚壁孔口出流，可按圓柱形外管嘴出流處理。 管嘴的真空度與使用條件 ? [例題 ] 一水倉建筑物，安設(shè)三個(gè)圓柱形的泄流孔，如圖 所示。泄流孔直徑直徑 d = ，水倉壁厚 l = ，泄流孔中心以上水頭 H = 。若忽略行近流速，式求泄流孔的流量。 / 32 ??????? ?? gHAqsqQ / 3??? 由于泄流孔中心以上水頭 H = ＜ 9m，因此泄流孔的出流狀態(tài)正常，工作是穩(wěn)定的。 ? [解 ] 因?yàn)樗畟}壁厚 l = ，故可將水倉的泄流看作圓柱形外管嘴出流，取其流量系數(shù) μ =，則每個(gè)泄流孔的流量為 ? 通過三個(gè)泄流孔的出流量為 圖 其它形狀的管嘴出流 ? 圓柱形內(nèi)管嘴 ? 出流情況與圓柱形外管嘴相似，但因流體在入口前擾亂較大，與外管嘴的區(qū)別是進(jìn)入管嘴時(shí)摩阻較大，因而 其流速系數(shù)和流量系數(shù)比圓柱形外管嘴的小 。圓柱形內(nèi)管嘴一般在容器外形需隱蔽時(shí)采用。 ? 圓錐形收縮管嘴 ? 管嘴向出口斷面方向逐漸收縮，液流經(jīng)管嘴收縮后不需過分?jǐn)U張，管嘴阻力損失小， 流速系數(shù)和流量系數(shù)均比圓柱形管嘴大 。 ? 圓錐形收縮管嘴的流速系數(shù)與流量系數(shù)與圓錐角的大小有關(guān)，流速系數(shù)隨圓錐角 θ的增加而增加，如當(dāng) θ=30176。 時(shí) , 其它形狀的管嘴出流 ? φ=。流量系數(shù)在 θ=13176。 時(shí)達(dá)到最大， μmax=。 ? 適用于需要大動(dòng)能而不需要大流量的場所，如水槍的噴嘴、射流的管嘴、沖擊式水輪機(jī)噴管等。 ? 圓錐形擴(kuò)張管嘴 ? 這種管嘴逐漸擴(kuò)張，管嘴阻力損失大， 出口流速很小 。 ? 管嘴的系數(shù)也與 θ角有關(guān)，當(dāng)圓錐角 θ=5176。 ~7 176。 時(shí)，管嘴出口斷面的流速系數(shù)和流量系數(shù) φ =μ≈，管嘴阻力系數(shù)ζ=，收縮系數(shù) ε= ，若 θ角大于 7176。 ，則將從管嘴出口處吸入空氣，破壞真空，流線將脫離壁面而成為薄壁孔口。 其它形狀的管嘴出流 ? 圓錐形擴(kuò)張管嘴收縮斷面處的真空度比圓柱形管嘴大，抽吸力強(qiáng)， 出流量大 ，多應(yīng)用于出流速度不大而要求具有較大出流量的工程裝置中，如排水用的泄流管、噴射水泵、文丘里流量計(jì)等。 ? 流線形管嘴 ? 其外形與薄壁孔口出流流線形狀相似，但沒有收縮。這種管嘴阻力損失最小， 流速系數(shù)與流量系數(shù)均較大 ，但加工需圓滑。 其它形狀的管嘴出流 ? 各種類型管嘴系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值列于表 。分析表 ，需要注意兩點(diǎn)： （ 1）在同一水頭作用下，流速系數(shù)大的，流速也大，因?yàn)? gHv 2??（ 2）在同一水頭作用下，且器壁孔口面積相等時(shí)，流量系數(shù)大的，流量卻不一定大。 ? 故管嘴出流量的大小，不僅根據(jù)流量系數(shù)的大小，還要依據(jù)管嘴出口面積及其真空度的大小來確定。如圓錐形擴(kuò)張管嘴的流量系數(shù)雖不大，但由于其真空度高，抽吸力大，出口面積大，它的出流量卻較大。而圓錐形收縮管嘴的出流量較小。 gHAQ 2= ?因?yàn)? A為管嘴出口面積，與進(jìn)口面積不一定相等。 其它形狀的管嘴出流 表 各種類型的管嘴與薄壁孔口系數(shù)實(shí)驗(yàn)值 種 類 名 稱 阻力系數(shù) ζ 收縮系數(shù) ε 流速系數(shù)φ 流量系數(shù)μ 薄壁圓形小孔口 圓柱形外管嘴 圓柱形內(nèi)管嘴 圓錐形收縮管嘴 （ θ=13176。 ） 圓錐形擴(kuò)張管嘴 （ θ=5176。 ~7 176。 ） 流線型管嘴
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