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虹吸演示實驗儀說明書

一、虹吸演示實驗儀說明書-實驗目的
1.觀察虹吸發(fā)生、發(fā)展及破壞的過程。
2.理解虹吸工作的原理及估算虹吸管能使虹吸正常工作的高度。
二、實驗設備

三、實驗原理
在生產(chǎn)和生活中,常見用一根管子從大容器液面下繞過容器上口向外導流液體。這種管子稱為虹吸管,管內(nèi)的水流現(xiàn)象稱為虹吸現(xiàn)象。虹吸管的工作原理是先將管中空氣抽出,使虹吸管路形成真空,在大氣壓強的作用下,高水位水箱的水從管口上升到管的頂部,然后流向低水位水箱。
下面應用穩(wěn)定總流量能量方程來分析和求解虹吸管水流的流速、流量、虹吸高度等問題。
下圖中,首先選取通過虹吸管水流出口點的水平面0—0 ′為基準面。然后根據(jù)已知條件,正確選擇計算斷面,為了求解管內(nèi)流速及流量,我們應選取通過水池表面A點的斷面1—1和通過虹吸管出口處C點的斷面2—2,列出穩(wěn)定總流量能量方程:

由上式可以看出,虹吸管引流液體的能量來自虹吸管出口至容器內(nèi)水面間的位能(位置水頭)H,它的一部分用于克服虹吸管內(nèi)的阻力,即損失能量hw,另一部分用于轉(zhuǎn)變?yōu)榱魉偎^,以保證有一定的流量流出。由此可得虹吸管內(nèi)的斷面平均流速為:

因而通過虹吸管的流量為:

虹吸高度h(即虹吸管的頂點到容器水面的距離)是有一定限制的。下面我們通過對虹吸管最高處的水力特性分析來說明,仍以上面所選的0—0 ′為計算基準面,并對斷面1—1和斷面3—3寫出穩(wěn)定總流能量方程:

由于,則:
式中右邊括弧中各項皆為正值,為負值,即C點產(chǎn)生真空,其真空度為:


因此,對于水來講,虹吸高度h的理論值應為:

通過彎管流量計的流量為:


四、實驗步驟
1.將測壓小水箱中加水至1/2。為增加演示效果,可在水中加入少量紅墨水。
2.開啟水泵,向高水位水箱,低水位水箱注水,使高水位水箱有溢流,低水位水箱水位達到后,關閉供水閥。
3.打開低位水箱的放水閥,在虹吸管形成真空后,水流將由高位水箱向低位水箱流動,同時能看到測壓小水箱中的各測壓管中的水位的變化,顯示管路中各處的真空壓力值,其它兩根用以測量虹吸管路中彎管流量計的壓差。
4.打開螺塞,吸入空氣,可觀察虹吸之破壞過程。
五、思考題
1.為什么虹吸式出水流道出口下方會出現(xiàn)渦旋?
2.如何消除虹吸式出水流道出口下方出現(xiàn)的渦旋?


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