孔口管嘴實驗儀說明書

一、孔口管嘴實驗儀說明書-實驗目的
1.觀察典型孔口和管嘴自由出流的水力現象與圓柱管嘴的局部真空現象。
2.測定孔口、管嘴自由出流的收縮系數ε，流量系數μ，流速系數φ和阻力系數ζ。
二、實驗設備
實驗臺由穩(wěn)壓水箱、計量水箱、供水箱、水泵等組成。在實驗設備的穩(wěn)壓水箱前側壁上設置有兩種形狀的孔口以及圓柱管嘴與圓錐管嘴，箱內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測壓管以觀察真空現象并測量真空值。出水水股由活動的觸頭進行測量。在標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的關系為Ac=εA。ε稱為收縮系數。

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，根據實測，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εφ=μ 則

式中： Q ——孔口出流的流量
μ——孔口的流量系數。根據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），當器壁較厚或孔口上加接短管并且器壁厚度或管長相當于孔口直徑的3～4倍時，則稱作管嘴，也叫做厚壁孔口。這種出流現象稱作管嘴出流。在管嘴內存在一個收縮斷面C——C，液流在隨后擴大時，將出現旋渦區(qū)，常稱這種收縮為內部收縮。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，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
對于園柱形外管嘴，由于出口斷面沒有收縮，因此流量系數等于流速系數。即μ=φ=0.82，通過實驗，可測量出園柱形外管嘴在C——C處出現收縮斷面，而產生真空。真空度能夠達到作用水頭的0.75倍，這相當于把作用水頭增大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.記錄有關常數。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行實驗。
3.觀察各種薄壁孔口出流水股的收縮現象，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，并重復測三次以上。
5.根據實測數據，計算各項系數。
五、實驗報告
儀器常數：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
孔口	矩形
管嘴	直管嘴
管嘴	錐管嘴

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