孔口管嘴实验仪说明书

一、孔口管嘴实验仪说明书-实验目的
1.观察典型孔口和管嘴自由出流的水力现象与圆柱管嘴的局部真空现象。
2.测定孔口、管嘴自由出流的收缩系数ε，流量系数μ，流速系数φ和阻力系数ζ。
二、实验设备
实验台由稳压水箱、计量水箱、供水箱、水泵等组成。在实验设备的稳压水箱前侧壁上设置有两种形状的孔口以及圆柱管嘴与圆锥管嘴，箱内有溢流板以保持水头恒定，箱前壁装有旋板，实验时更换出流能防止飞溅；孔口和管嘴上安装门盖更换出流。在圆柱形管嘴收缩断面处设测压管以观察真空现象并测量真空值。出水水股由活动的触头进行测量。在标尺上可读出水箱水位，孔口管嘴的位置高程，及圆柱管嘴的真空度。流量测量采用体积法，由计量水箱计量。秒表由用户自备。
三、实验原理
⑴孔口出流：（见图一）对d/H<0.1的小孔口，当为完全收缩时，由于水流惯性作用，在离孔口约d/2的C—C断面处，水股断面收缩到最小，该收缩断面Ac与孔口断面积A的关系为Ac=εA。ε称为收缩系数。

图一

对水面1-1，收缩断面C-C列能量方程式，可得

由此得

令

则

式中：V₀——孔口出流断面上的流速（m/s）
φ ——孔口流速系数，根据实测，由于ζ_c=0.06，所以

H₀—— 孔口的作用水头（m）
孔口的出流量

即

设εφ=μ 则

式中： Q ——孔口出流的流量
μ——孔口的流量系数。根据实测对于圆形薄壁小孔口
ε= 0.64，φ= 0.97，所以μ= 0.62
（2）管嘴出流：（见图二），当器壁较厚或孔口上加接短管并且器壁厚度或管长相当于孔口直径的3～4倍时，则称作管嘴，也叫做厚壁孔口。这种出流现象称作管嘴出流。在管嘴内存在一个收缩断面C——C，液流在随后扩大时，将出现旋涡区，常称这种收缩为内部收缩。我们对水面1——1与管嘴出口断面2——2处列能量方程得：

由此得管嘴出流的流速：

式中：V——管嘴出流的流速（m/s）
H₀——管嘴的作用水头（m）
Φ——管嘴的流速系数，由于ζ=0.5，因此

通过管嘴的流量

式中：Q——管嘴的出流流量（m³/s）
A——管嘴的过流面积（m²）
H₀——管嘴的作用水头（m）
Μ——管嘴的流量系数
对于园柱形外管嘴，由于出口断面没有收缩，因此流量系数等于流速系数。即μ=φ=0.82，通过实验，可测量出园柱形外管嘴在C——C处出现收缩断面，而产生真空。真空度能够达到作用水头的0.75倍，这相当于把作用水头增大75%，
因此管嘴出流的流量大于孔口出流的流量。

图二

四、实验步骤
1.记录有关常数。如孔口与管嘴的直径、出口中心高等。
2.将水泵接通电源，并调节供水阀门使水箱有微量溢流，分别打开各孔口管嘴的前盖进行实验。
3.观察各种薄壁孔口出流水股的收缩现象，测量出流收缩断面尺寸，计算收缩断面面积，测量孔口收缩管嘴的作用水头，一般应测3～5次，并取其平均值。
4.测量孔口与管嘴出流的流量，并重复测三次以上。
5.根据实测数据，计算各项系数。
五、实验报告
仪器常数：孔口d = cm 水头H = cm 管嘴d = cm

类别		V（m³）	t（s）	V（m/s）	Q（m³/s）	A（m³）	真空度
孔口	圆形
孔口	矩形
管嘴	直管嘴
管嘴	锥管嘴

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