1、第一節第一節 孔口出流（孔口出流（Orifice Discharge）定義：定義：容器壁上開孔，水經孔口流出容器壁上開孔，水經孔口流出的水力現象的水力現象應用：應用：取水、泄水閘孔、孔板流量計取水、泄水閘孔、孔板流量計一、薄壁小孔口恒定出流一、薄壁小孔口恒定出流 1、孔口的概念、孔口的概念v薄壁孔口薄壁孔口（Thin- wall Orifice） ：孔口出流時，水流孔口出流時，水流與孔壁僅在一條周線上接觸，壁厚對出流無影響。與孔壁僅在一條周線上接觸，壁厚對出流無影響。孔口上下緣在水面下的深度不同，孔口上下緣在水面下的深度不同，H也不同，則也不同，則在孔口在孔口射流斷面上各點的水頭、壓強、速度沿

2、孔口高度變化射流斷面上各點的水頭、壓強、速度沿孔口高度變化v小孔口小孔口Small Orifice :dH/10，認為孔口斷面各點總水頭，認為孔口斷面各點總水頭相等相等v大孔口大孔口 Big Orifice:dH/10，孔口不同高度上總水頭不等，孔口不同高度上總水頭不等H011ccpaHdg2200H02、自由出流、自由出流（Free Discharge）v定義：定義：水經孔口流入空氣中水經孔口流入空氣中v流動特征流動特征：流線自上游各個方向向孔口匯集，流線自上游各個方向向孔口匯集，距孔口后約距孔口后約d d/2/2處收縮完畢，處收縮完畢，收縮斷面收縮斷面c c c cv推導孔口自由出流基本公

3、式推導孔口自由出流基本公式（列伯諾里方程（列伯諾里方程 ） 設孔口斷面面積設孔口斷面面積A A，收縮斷面積，收縮斷面積A Ac c，則定義收縮系數，則定義收縮系數 =A=AC C / /A AH000ccpaHdg2200H0v0mccchgvgpgvgpH2222000 p1=pc=pa=0H000ccpaHdg220020002HHg 令200()2ccHg000122ccgHgH孔口局部孔口局部阻力系數阻力系數孔口流孔口流速系數速系數 00111c收縮斷面流速收縮斷面流速 ghcm220mccchgvgpgvgpH2222000孔口流量孔口流量 如流速如流速v00，H0 H,則則 002

4、2ccQAAgHAgH02cgH收縮斷面流速收縮斷面流速 孔口流量系孔口流量系數數= 22cgHQAgH薄壁小孔口在薄壁小孔口在ReRe很大時，局部阻力系數很大時，局部阻力系數0 0=0.06=0.06001110.97110.06c0.64 0.970.623 3、淹沒出流、淹沒出流（Submerged DischargeSubmerged Discharge）v定義：定義：孔口流出的水流不是進入孔口流出的水流不是進入 空氣，而是流入下游水體中，致使空氣，而是流入下游水體中，致使孔口淹沒在下游水面之下，孔口淹沒在下游水面之下，v列伯諾里方程列伯諾里方程 2211 112 21222pplgg

5、ggHHh 12120apppHHH，221 12 2022ggHH 令2002()clsegHh se水流由孔口流出后突然擴大的局部阻力系數水流由孔口流出后突然擴大的局部阻力系數2(1)cseAA當當AcA時，時， se=1H0H11-1HH2v2v1g2222g2211vc2-2收縮斷面流速收縮斷面流速 孔口流量孔口流量 00000112221csegHgHgH0022ccQAAgHAgH 注意注意：孔口自由出流孔口自由出流 H 值系水面至孔口形心的深度，值系水面至孔口形心的深度， 孔口流量與孔口在水下深度有關；孔口流量與孔口在水下深度有關； 孔口淹沒出流孔口淹沒出流 H 值系孔口上、下游

6、水面高差，值系孔口上、下游水面高差， 孔口流量與孔口在水下深度無關。孔口流量與孔口在水下深度無關。 2 =二、孔口的變水頭出流二、孔口的變水頭出流v孔口出流過程中，容器內水位隨時間變化（降低或升孔口出流過程中，容器內水位隨時間變化（降低或升高），導致孔口的流量隨時間變化的流動高），導致孔口的流量隨時間變化的流動v變水頭出流是非恒定流變水頭出流是非恒定流v容器泄流時間、蓄水庫流量調節等問題容器泄流時間、蓄水庫流量調節等問題21122()22HHFdhFtHHAghAg 結論：結論：在變水頭情況下，等橫截面柱形容器放空在變水頭情況下，等橫截面柱形容器放空（或充滿）所需時間等于在起始水頭（或充滿）所

7、需時間等于在起始水頭H1下下按恒定情況流出液體所需時間的按恒定情況流出液體所需時間的兩倍兩倍。F1-12-2hdhH1H2Amax11122222QVgHAFHgAHFt放空放空時間時間第二節第二節 管嘴出流（管嘴出流（Nozzle Discharge）定義：定義：在孔口上對接長度為在孔口上對接長度為3434倍孔徑的短管，經此短倍孔徑的短管，經此短管并在出口斷面管并在出口斷面滿管滿管流出的水力現象流出的水力現象應用：應用：消防、水力機械化施工用水槍消防、水力機械化施工用水槍一、圓柱形外管嘴恒定出流一、圓柱形外管嘴恒定出流v流動過程：流動過程： 水流在距進口不遠處形成水流在距進口不遠處形成收縮斷

8、面收縮斷面c-c，在收縮斷面處水，在收縮斷面處水流與管壁脫離，并形成流與管壁脫離，并形成旋渦區旋渦區，其后水流在其后水流在出口形成滿管出流。出口形成滿管出流。H01-1c-cHg2200pa2-2vvCv0v列1-1和2-2斷面伯諾里方程 222000222aanppHggggg 2200022nHHgg 令10022nngHgH 0022gHAgHAQnnn管嘴局部損失系數，即管道銳緣進口損失系數管嘴局部損失系數，即管道銳緣進口損失系數n=0.5 v結論：結論：在相同水頭在相同水頭H0的作用下，同樣斷面面積的管嘴的作用下，同樣斷面面積的管嘴的過流能力是孔口的的過流能力是孔口的1.32倍倍，n

9、=1.32v分別對比分別對比孔口和管嘴出流的各項系數如下：孔口和管嘴出流的各項系數如下：82. 0nn82. 05 . 0111nn收縮系數收縮系數 局部阻力局部阻力系數系數流速系數流速系數 流量系數流量系數 孔口出流孔口出流0.640.060.970.62管嘴出流管嘴出流10.50.820.82二、收縮斷面的真空二、收縮斷面的真空 孔口外接短管成為管嘴，增加阻力孔口外接短管成為管嘴，增加阻力, , 但流量不減反增但流量不減反增, ,是由于收縮斷面處出現真空。是由于收縮斷面處出現真空。1 1、列、列c-cc-c和和2-22-2斷面伯諾里方程斷面伯諾里方程22200222cccaseppgggg

10、g 222222acccseppgggg 1ccAA局部損失主要發生在水流突然擴大上 22) 11() 1(cseAAH01-1c-cHg2200pa2-2vvCv0將各項系數將各項系數c c=1,=0.64,=1,=0.64,=0.82=0.82代入上式代入上式2222v02211(1)12ccpHggv00.75pgH 比較孔口自由出流和管嘴出流比較孔口自由出流和管嘴出流，前者收縮斷面在，前者收縮斷面在大氣中，后者收縮斷面為真空區，真空高度達作用水大氣中，后者收縮斷面為真空區，真空高度達作用水頭的頭的0.750.75倍。相當于把孔口的作用水頭增大倍。相當于把孔口的作用水頭增大7575，這，

11、這正是正是相同直徑、相同作用水頭下相同直徑、相同作用水頭下圓柱形外管嘴流量比圓柱形外管嘴流量比孔口流量大的原因。孔口流量大的原因。 三、三、圓柱形外管嘴正常工作條件圓柱形外管嘴正常工作條件1 1、作用水頭限制、作用水頭限制 當收縮斷面真空高度當收縮斷面真空高度超過超過7m7m水柱水柱，空氣將會從管嘴，空氣將會從管嘴出口斷面出口斷面“吸入吸入”，使得收縮，使得收縮斷面的真空被破壞，管嘴不能斷面的真空被破壞，管嘴不能保持滿管出流。為限制收縮斷保持滿管出流。為限制收縮斷面的真空高度，規定管嘴作用面的真空高度，規定管嘴作用水頭的限值為水頭的限值為v00.75pgHmH975. 070v7pmgc-cHvC2、管嘴長度限制、管嘴長度限制 對管嘴的長度也有一定限制。長度過短，流束收縮對管嘴的長度也有一定限制。長度過短，流束收縮后來不及擴大到整個出口斷面，收縮斷面的真空不能形后來不及擴大到整個出口斷面，收縮斷面的真空不能形成，管嘴仍不能發揮作用；長度過長，沿程水頭損失不成，管嘴仍不能發揮作用；長度過長，沿程水頭損失不容忽略，管嘴出流變為短管流動。容忽略，管嘴出流變為短管流動。 3、總結：圓柱形外管嘴正常工作條件、總結：圓柱形外管嘴正常工作條件 作用水頭：作用水頭：H09