孔口管嘴實驗儀說明書

一、孔口管嘴實驗儀說明書-實驗?zāi)康?/strong>
1.觀察典型孔口和管嘴自由出流的水力現(xiàn)象與圓柱管嘴的局部真空現(xiàn)象。
2.測定孔口、管嘴自由出流的收縮系數(shù)ε，流量系數(shù)μ，流速系數(shù)φ和阻力系數(shù)ζ。
二、實驗設(shè)備
實驗臺由穩(wěn)壓水箱、計量水箱、供水箱、水泵等組成。在實驗設(shè)備的穩(wěn)壓水箱前側(cè)壁上設(shè)置有兩種形狀的孔口以及圓柱管嘴與圓錐管嘴，箱內(nèi)有溢流板以保持水頭恒定，箱前壁裝有旋板，實驗時更換出流能防止飛濺；孔口和管嘴上安裝門蓋更換出流。在圓柱形管嘴收縮斷面處設(shè)測壓管以觀察真空現(xiàn)象并測量真空值。出水水股由活動的觸頭進(jìn)行測量。在標(biāo)尺上可讀出水箱水位，孔口管嘴的位置高程，及圓柱管嘴的真空度。流量測量采用體積法，由計量水箱計量。秒表由用戶自備。
三、實驗原理
⑴孔口出流：（見圖一）對d/H<0.1的小孔口，當(dāng)為完全收縮時，由于水流慣性作用，在離孔口約d/2的C—C斷面處，水股斷面收縮到最小，該收縮斷面Ac與孔口斷面積A的關(guān)系為Ac=εA。ε稱為收縮系數(shù)。

圖一
對水面1-1，收縮斷面C-C列能量方程式，可得
由此得

令則
式中：V₀——孔口出流斷面上的流速（m/s）
φ ——孔口流速系數(shù)，根據(jù)實測，由于ζ_c=0.06，所以

H₀—— 孔口的作用水頭（m）
孔口的出流量即
設(shè)εφ=μ 則
式中： Q ——孔口出流的流量
μ——孔口的流量系數(shù)。根據(jù)實測對于圓形薄壁小孔口
ε= 0.64，φ= 0.97，所以μ= 0.62
（2）管嘴出流：（見圖二），當(dāng)器壁較厚或孔口上加接短管并且器壁厚度或管長相當(dāng)于孔口直徑的3～4倍時，則稱作管嘴，也叫做厚壁孔口。這種出流現(xiàn)象稱作管嘴出流。在管嘴內(nèi)存在一個收縮斷面C——C，液流在隨后擴(kuò)大時，將出現(xiàn)旋渦區(qū)，常稱這種收縮為內(nèi)部收縮。我們對水面1——1與管嘴出口斷面2——2處列能量方程得：
由此得管嘴出流的流速：
式中：V——管嘴出流的流速（m/s）
H₀——管嘴的作用水頭（m）
Φ——管嘴的流速系數(shù)，由于ζ=0.5，因此
通過管嘴的流量
式中：Q——管嘴的出流流量（m³/s）
A——管嘴的過流面積（m²）
H₀——管嘴的作用水頭（m）
Μ——管嘴的流量系數(shù)
對于園柱形外管嘴，由于出口斷面沒有收縮，因此流量系數(shù)等于流速系數(shù)。即μ=φ=0.82，通過實驗，可測量出園柱形外管嘴在C——C處出現(xiàn)收縮斷面，而產(chǎn)生真空。真空度能夠達(dá)到作用水頭的0.75倍，這相當(dāng)于把作用水頭增大75%，
因此管嘴出流的流量大于孔口出流的流量。

圖二
四、實驗步驟
1.記錄有關(guān)常數(shù)。如孔口與管嘴的直徑、出口中心高等。
2.將水泵接通電源，并調(diào)節(jié)供水閥門使水箱有微量溢流，分別打開各孔口管嘴的前蓋進(jìn)行實驗。
3.觀察各種薄壁孔口出流水股的收縮現(xiàn)象，測量出流收縮斷面尺寸，計算收縮斷面面積，測量孔口收縮管嘴的作用水頭，一般應(yīng)測3～5次，并取其平均值。
4.測量孔口與管嘴出流的流量，并重復(fù)測三次以上。
5.根據(jù)實測數(shù)據(jù)，計算各項系數(shù)。
五、實驗報告
儀器常數(shù)：孔口d = cm 水頭H = cm 管嘴d = cm

類別 V（m³） t（s） V（m/s） Q（m³/s） A（m³）真空度

孔口
圓形

矩形

管嘴直管嘴

錐管嘴

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孔口	矩形
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