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虹吸演示實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明書
2024-09-02
虹吸演示實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明書
一、
虹吸演示實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明書
-
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1.觀察虹吸發(fā)生、發(fā)展及破壞的過(guò)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(shí)驗(yàn)設(shè)備
三、實(shí)驗(yàn)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(guò)容器上口向外導(dǎo)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(qiáng)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(yīng)用穩(wěn)定總流量能量方程來(lái)分析和求解虹吸管水流的流速、流量、虹吸高度等問(wèn)題。
下圖中,首先選取通過(guò)虹吸管水流出口點(diǎn)的水平面0—0 ′為基準(zhǔn)面。然后根據(jù)已知條件,正確選擇計(jì)算斷面,為了求解管內(nèi)流速及流量,我們應(yīng)選取通過(guò)水池表面A點(diǎn)的斷面1—1和通過(guò)虹吸管出口處C點(diǎn)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(lái)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(guò)虹吸管的流量為:
虹吸高度h(即虹吸管的頂點(diǎn)到容器水面的距離)是有一定限制的。下面我們通過(guò)對(duì)虹吸管最高處的水力特性分析來(lái)說(shuō)明,仍以上面所選的0—0 ′為計(jì)算基準(zhǔn)面,并對(duì)斷面1—1和斷面3—3寫出穩(wěn)定總流能量方程:
由于
及
,則:
式中右邊括弧中各項(xiàng)皆為正值,為負(fù)值,即C點(diǎn)產(chǎn)生真空,其真空度為:
因此,對(duì)于水來(lái)講,虹吸高度h的理論值應(yīng)為:
通過(guò)彎管流量計(jì)的流量為:
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1.將測(cè)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(dá)到
后,關(guān)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(dòng),同時(shí)能看到測(cè)壓小水箱中的各測(cè)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(cè)量虹吸管路中彎管流量計(jì)的壓差。
4.打開螺塞,吸入空氣,可觀察虹吸之破壞過(guò)程。
五、思考題
1.為什么虹吸式出水流道出口下方會(huì)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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