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孔口管嘴實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明書

一、孔口管嘴實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明書-實(shí)驗(yàn)?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(cè)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(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)臺(tái)由穩(wěn)壓水箱、計(jì)量水箱、供水箱、水泵等組成。在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)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(cè)壓管以觀察真空現(xiàn)象并測(cè)量真空值。出水水股由活動(dòng)的觸頭進(jìn)行測(cè)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(cè)量采用體積法,由計(jì)量水箱計(jì)量。秒表由用戶自備。
三、實(shí)驗(yàn)原理
⑴孔口出流:(見圖一)對(duì)d/H<0.1的小孔口,當(dāng)為完全收縮時(shí),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(duì)水面1-1,收縮斷面C-C列能量方程式,可得
由此得


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(shí)測(cè),由于ζc=0.06,所以

H—— 孔口的作用水頭(m)
孔口的出流量
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(shí)測(cè)對(duì)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(zhǎng)相當(dāng)于孔口直徑的3~4倍時(shí),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(gè)收縮斷面C——C,液流在隨后擴(kuò)大時(shí),將出現(xiàn)旋渦區(qū),常稱這種收縮為內(nèi)部收縮。我們對(duì)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(guò)管嘴的流量
式中:Q——管嘴的出流流量(m3/s)
A——管嘴的過(guò)流面積(m2
H0——管嘴的作用水頭(m)
Μ——管嘴的流量系數(shù)
對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn),可測(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。
3.觀察各種薄壁孔口出流水股的收縮現(xiàn)象,測(cè)量出流收縮斷面尺寸,計(jì)算收縮斷面面積,測(cè)量孔口收縮管嘴的作用水頭,一般應(yīng)測(cè)3~5次,并取其平均值。
4.測(cè)量孔口與管嘴出流的流量,并重復(fù)測(cè)三次以上。
5.根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),計(jì)算各項(xiàng)系數(shù)。
五、實(shí)驗(yàn)報(bào)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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