第五節 孔口、管嘴出流，有壓管道恒定流

　　一、薄壁小孔口恒定出流

　　流體經孔口流出稱為孔口出流。如圖6—5-1。當容器中水位(或壓強)不變，孔口的出流量恒定時，稱為恒定出流。當容器壁比較薄，或孔口具有銳緣時，孔口的壁厚對出流沒有干擾作用，稱為薄壁孔口。流體從容器的四面八方流向孔口，流線成光滑曲線向孔口集中，在孔口斷面上流線不相平行，繼續收縮至距孔口斷面d/2(d為孔口直徑)處流線才趨于平行，此斷面稱為收縮斷面，即圖6-5—1中斷面c-c。收縮斷面的面積A，小于孔口面積A，其比值ε=Ac/A，稱為收縮系數。當孔口斷面尺寸遠小于作用水頭H時，如圖形孔口d/H≤0.1，c-c斷面上各點流速可以認為相等，此時孔口稱為小孔口。

　　取o—o斷面和c—c斷面寫能量方程，取通過孔口中心的水平面為基準面有：

　　如圖6—5—1所示，孔口液流流入大氣，稱為自由出流。此時c—c斷面壓強pc為大氣壓強。hw為液流經過孔口的局部損失

　　令

　　則

　　式中 H0——作用水頭(包括流速水頭在內);

　　ζc——孔口局部阻力系數;

　　φ ——流速系數.

　　孔口的出流量

　　式中 μ=εφ稱為孔口的流量系數。經實驗測得，圓形小孔口φ=0.97～0.98，μ=0.60～0.62。

　　孔口在器壁上的位置影響收縮的狀況。如孔口的兩邊或一邊同容器的壁或底重合時，順壁面流向孔口的流線是直線，孔口的這一邊就不發生收縮，稱為非全部收縮。當孔口的邊與相鄰器壁相距小于三倍孔口尺寸的，鄰壁將影響孔口的收縮，稱為非完善收縮。在以上情況下，收縮系數將比完善收縮時增大。薄壁小孔口完善收縮時ε=0.64。

　　對于d/H>0.1的大孔口，也可近似應用小孔口的公式，此時Ho為大孔口形心上的作用水頭。流量系數見表6-5—1。

　　如果孔口位于下游液面以下，即流體經孔口流入同一流體中，稱為淹沒出流。

　　如圖6-5-2。此時取斷面1—1和2-2寫能量方程，可得

　　令

　　式中 ζc——孔口阻力系數;

　　ζs——突然擴大阻力系數，ζs≈1.0;

　　式(6-5-5)與式(6-5-4)形式完全一樣，流量系數μ值也相同，只有H0的涵義不同。當容器相當大時，v0≈0和v1≈v2≈0。可以認為H0=H，則自由出流時的作用水頭為液面至孔口中心的深度;淹沒出流時作用水頭為兩液面的高差。

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