孔口和管嘴泄流.doc

§5-5孔口和管嘴泄流
§5-5孔口和管嘴泄流

教学目
的要求通过本节的学习，使学生对工程流体力学中的自流泄流原理有基本的认识，掌握孔口管嘴泄流的计算方法和实际应用。要求学生掌握孔口管嘴的基本概念、基本公式及工程应用，掌握流量系数、流速系数、收缩系数的物理意义及其关系，分析比较孔口泄流与管嘴泄流的流量大小与流速大小，了解各种不同形式泄流的出流系数。教学重
点
与难点重点：1.孔口、管嘴出流的特点；
2.流量系数、流速系数、收缩系数的物理意义及其关系；
3.孔口泄流与管嘴泄流的水力计算。
难点：1.孔口泄流与管嘴泄流的水力计算（恒定管嘴出流真空计算）；
2.孔口、管嘴的比较。

教学内
容组织
与
课堂教
学设计一、教学内容
主要讲授孔口泄流及管嘴泄流的分类；定水头孔口泄流及管嘴泄流的特点；定水头孔口泄流及管嘴泄流的水力计算；简单介绍各种不同形式泄流的出流系数。
1.教学环节
本章课程的教学环节主要有【回顾与说明】、【课题引入】、【讲授与训练】、【本节小结】。
2.教学方法与手段
本章课程讲授灵活运用多媒体教学法、互动式教学法、启发式、案例教学等多种教学方法。主要采用老师讲授与学生讨论结合。
思考
与
训练作业
1.举例说明管嘴泄流及孔口泄流在石油工程中的应用。
2.习题P169-170，5-16，5-18。教案实施效果追记是否掌握孔口管嘴的基本概念、基本公式及工程应用，是否掌握流量系数、流速系数、收缩系数的物理意义及其关系，是否能比较分析比较孔口泄流与管嘴泄流的流量大小与流速大小。孔口和管嘴泄流教学内容与设计
本次课程主要讲授孔口泄流及管嘴泄流的分类；定水头孔口泄流及管嘴泄流的特点；定水头孔口泄流及管嘴泄流的水力计算；简单介绍各种不同形式泄流的出流系数。
通过本次课程的学习使学生掌握孔口管嘴的基本概念、基本公式及工程应用，掌握流量系数、流速系数、收缩系数的物理意义及其关系，分析比较孔口泄流与管嘴泄流的流量大小与流速大小，了解各种不同形式泄流的出流系数。具体教学环节如下：
Ⅰ首先回顾与说明（3－5分钟）
一.回顾
回顾本章之前所讲的能量方程及压力管路的水力计算。
恒定总流的能量方程（伯努利方程）为：
；
；
（达西公式），（包达公式）。
前面我们学习了一般管路，包括简单长管及串并联管路和短管的水力计算，计算基础就是以上我们复习的能量方程、达西公式和包达公式。在本节，我们将学习一种新的特殊的管路：孔口与管嘴泄流，它们常用在储水塔的设计与油库的设计中，孔口与管嘴的水力计算也是基于我们刚复习的上述公式。
二.说明
本章的知识体系结构【学习目标】【主要内容】【重点难点】
那什么是孔口泄流与管嘴泄流呢？
Ⅱ接着课题导入（15－25分钟）
一.学生观看孔口泄流与管嘴泄流动画（略）
播放孔口泄流与管嘴泄流动画
二.课堂讨论
1.孔口泄流与管嘴泄流与普通管路有何区别？
问题启示：
孔口泄流与管嘴泄流是不施加外来能量，完全考自然位差获得能量来源输送或排泄液体的管路，是自流管路。
2.孔口泄流与管嘴泄流有何不同？在定水头的情况下，相同位置水头，相同孔径的管嘴与孔口泄流哪个在相同的时间内排出的流体更多？
问题启示：
孔口泄流是直接在容器壁或底部打开小孔（孔口）进行泄流；而管嘴泄流是在孔口处接出短管进行泄流。两者的主要区别在于阻力不同，管嘴泄流除了局部阻力外还有沿程阻力。
老师抛砖引玉管路泄流的概念
带着问题，我们一起分析孔口泄流与管嘴泄流的水力计算，及两种管件的区别，进入课程讲授：
Ⅲ进入课程讲授与训练
一、HYPERLINK\l"_一、控制的概念（重点讲授）"孔口泄流
1、孔口泄流的分类（一般讲授）；
2、孔口泄流的特点（重点讲授）；
3、孔口泄流的水力计算（重点讲授）。
二、HYPERLINK\l"_二、控制的特性（一般讲授）"管嘴泄流
1、管嘴泄流的特点（一般讲授）；
HYPERLINK\l"_三、控制的内容（略讲）"2、管嘴泄流的水力计算（重点讲授）；
3、孔口泄流与管嘴泄流流量与流速的比较（重点讲授）。
三、各种不同形式泄流的出流系数（简单介绍）
一、孔口泄流
1、孔口泄流的分类（一般讲授）
之前首先介绍孔口泄流的几个几何参数，如右
图所示：孔径d，壁厚δ，水头H，孔口面积A，收缩断面面积Ac。
（1）
（2）
（3）
（4）
本节只讨论薄壁小孔口的定水头出流。
2、孔口泄流的特点（重点讲授）
薄壁小孔口恒定自由出流的分析，是孔口泄流的基础。液体流经孔口时，出流的速度可视为均匀的。由于流线不能转折，故液体射出时，将先向内部收缩形成收缩断面C-C（约在距出口d/2处），其处dc小于d，其断面大小比值：
，称为收缩系数。
3、孔口泄流的水力计算（重点讲授）
如右图所示，取自由液面与收缩断面列能量方程有：

其中