孔口流

水经盛水容器壁上孔口的出流。取水孔、泄水孔及某些以孔口原理设计的量测流量设备的出流,均属孔口流。控制和调节河流及水库的闸孔出流,也和孔口流相似。中国古代用以计时的铜壶滴漏就是利用孔口流原理制成的。

孔口流

主要问题是流量计算,这不仅与孔口本身的壁厚和形状有关,而且与影响流束淹没的下游水位有关。根据下游水位是否影响,将孔口流分成自由孔口出流和淹没孔口出流。

自由孔口出流

设孔口面积为A,流经孔口的水流流入空气时,由于水流的惯性,距孔口不远处,流束断面面积收缩到最小断面面积Ae,此C-C断面称为收缩断面(图1)。Ae=εA,ε称为收缩系数。收缩不受相邻壁面影响时,称为完善收缩。圆形薄壁孔口完善收缩时,ε=0.64。收缩断面流速公式 符号,式中ɡ为重力加速度H为水头,一般为自由水面到孔口形心的铅垂距离;嗘为流速系数,薄壁孔口嗘≈0.97;ɑ为动能校正系数。而流量公式 符号,式中μ=ε嗘 称为流量系数,薄壁孔口μ≈0.62。根据孔口面积和水头可估算流量。

图 淹没孔口出流

孔口下游水面高于孔口,孔口流流入水下,流量公式 符号,式中H为上、下游水位差;流量系数μ可参用自由出流的值。

闸孔出流

闸门开启高度为e,在闸孔下游形成收缩水深he=ε′e,式中ε′为垂直收缩系数,其值依e/H的变化,约在0.6~0.7之间。若下游水深较小,形成自由闸孔出流(图2),流量公式 符号,式中b为闸孔宽度;嗘为流速系数,依闸门情况而异,闸门底板与渠底平齐时,嗘≤0.95。若下游水深较大,则形成淹没闸孔出流。

图