孔口出流理论在工程实践中的应用

孔口出流理论在工程实践中的应用

何荣伟

（广西大学化学化工学院 南宁 530004）

摘要：孔口出流在工程技术中有着广泛的应用，如水利工程上的闸孔、水力采煤用的水枪、消防用的水龙头、各类柴油机和汽轮机的喷嘴、汽轮机中的汽化器以及液压技术中的油液流经滑阀、锥阀、阻尼孔等都可归纳为孔口出流问题。

关键词：流体力学；孔口出流；淹没出流

一、孔口出流的分类和基本特征

流体从孔口出流的情况是多种多样的，根据孔口的结构形状和出流条件，有下面几种不同的分类[1]。

（1）自由出流和淹没出流

从出流的下游条件看，可分为自由出流孔口和淹没出流孔口，如果流体通过孔口后流入大气中称为自由出流孔口，如果是流入充满液体的空间，则称为淹没出流孔口。

（2）大孔口和小孔口

从孔口截面上流速分布的均匀性看，可以分为大孔口和小孔口。如果孔口截面上各点的流速是均匀分布的，则称为小孔口；反之如果孔口截面上各点的流速相差较大，不能按均匀分布计算，则称为大孔口。

（3）定常出流和非定常出流

当出流系统的作用水头保持不变时，出流的各种参数保持恒定，称为定常出流；而当作用水头随出流过程变化时，出流参数也随之变化，称为非定常出流。

（4）薄壁孔口和厚壁孔口

如果出流液体具有一定的流速，能够形成射流且孔口具有尖锐的边缘，壁厚不影响射流的形状，这种孔口称为薄壁孔口。一般情况下，当孔口的壁面厚度L和孔口直径d的比值小于或等于2，即L/d≤2，这时孔口可认为是薄壁孔口。如果出流液体具有一定的流速，能形成射流，此时虽然孔口也有尖锐边缘，射流形成收缩截面，但由于孔壁较厚，射流收缩后扩散而附壁，这种孔口称为厚壁孔