孔口与管嘴出流实验

1、孔口与管嘴出流实验一、实验目的要求掌握孔口与管嘴出流的流速系数、流量系数、侧收缩系数、局部阻力系数的量测技能;通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口形状对出流能力的影响及相关 水力要素对孔口出流能力的影响。孔口管嘴实验装置简图自循环供水器2.实验台3.可控硅无级调速器4.恒压水箱5.溢流板6,稳水孔板7,孔口管嘴（1#喇叭进口管嘴2#直角进口管嘴3#锥形管嘴4#孔口）8.防溅旋板9.测量孔口射流收缩直径移动触头10.上回水槽11.标尺12.测压管二、实验原理Q =河或点=以J2甄E=% =亳 收缩系数 / d岭 月 1呼=I=/流速系数 *阻力系数三、实验方法与步骤记录实验常数，各孔

2、口管嘴用橡皮塞塞紧。打开调速器开关，使恒压水箱充水，至溢流后，再打开 1#园角管嘴，待水面稳定后， 测记水箱水面高程标尺读数H测定流量Q (要求重复测量三次，时间尽量长些，以求准确) 测量完毕，先旋转水箱内的旋板，将1#管嘴进口盖好，再塞紧橡皮塞。依照上法，打开2#管嘴，测记水箱水面高程标尺读数H及流量Q，观察和量测直角 管嘴出流时的真空情况。依次打开3#园锥形管嘴，测定H及Q。打开4#孔口，观察孔口出流现象，测定气及Q，并按下述7(2)的方法测记孔口收缩 断面的直径(重复测量三次)。然后改变孔口出流的作用水头(可减少进口流量)，观察孔口收 缩断面直径随水头变化的情况。关闭调速器开关，清理实验

3、桌面及场地。注意事项：实验次序先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板将进口盖掉，以免水花溅开；量测收缩断面直径，可用孔口两边的移动触头。首先松动螺丝，先移动一边触头将 其与水股切向接触，并旋紧螺丝，再移动另一边触头，使之切向接触，并旋紧螺丝，再将旋板 开关顺时针方向关上孔口，用卡尺测量触头间距，即为射流直径。实验时将旋板置于不工作的 孔口(或管嘴)上，尽量减少旋板对工作孔口、管嘴的干扰；进行以上实验时，注意观察各出流的流股形态，并作好记录。四、实验分析与讨论问题一.结合观测不同类型管嘴与孔口出流的流股特征，分析流量系数不同的原因及增大 过流能力的途径。参考答案：据实验报告解答的实际实验结果可知

4、，流股形态及流量系数如下：园角管嘴出流的流股呈光滑园柱形，u = 0. 935；直角管嘴出流的流股呈园柱形麻花状扭变，u = 0. 816；园锥管嘴出流的流股呈光滑园柱形，u = 0. 934；孔口出流的流股在出口附近有侧收缩，呈光滑园柱形，u = 0.611。影响流量系数大小的原因有：（1）出口附近流股直径，孔口为丸=必泓顷也3 =瞬，其余同管嘴的出口内径，dJd = 1。（2）直角进口管嘴出流，u大于孔口殊，是因为前者进口段后由于分离，使流股侧收缩而 引起局部真空（实际实验实测局部真空度为16cma），产生抽吸作用从而加大过流能力。后 者孔口出流流股侧面均为大气压，无抽吸力存在。（3）直角

5、进口管嘴的流股呈扭变，说明横向脉速大，紊动度大，这是因为在侧收缩断面附 近形成漩涡之故。而园角进口管嘴的流股为光滑园柱形，横向脉速微弱，这是因进口近乎流线 形，不易产生漩涡之故，所以直角管嘴比园角管嘴出流损失大，u值小。（4）园锥管嘴虽亦属直角进口，但因进口直径渐小，不易产生分离，其侧收缩断面面积接 近出口面积（u值以出口面积计），故侧收缩并不明显影响过流能力。另外，从流股形态看，横 向脉动亦不明显，说明渐缩管对流态有稳定作用（工程或实验中，为了提高工作段水流的稳定 性，往往在工作段前加一渐缩段，正是利用渐缩的这一水力特性）能量损失小，因此其u值与 园角管嘴相近。从以上分析可知，为了加大管嘴的

6、过流能力，进口形状应力求流线形化，只要将进口修园， 提高u的效果就十分显著。孔口及直角管嘴的流量系数的实验值有时比经验值偏大，其主要原 因亦与制作工艺上或使用上不小心将孔口、管嘴的进口棱角，磨损了有关。问 题 二.观察d/H 0. 1时，孔口出流的侧收缩率较d/H 0. 1时，观测知收缩断面直径乩增大，并接进于孔径d，这叫作不完全收缩，实验 测知，u增大，可达0. 7左右。问题三.试分析完善收缩的锐缘薄壁孔口出流的流量系数”臼有下列关系：（2）（3）（4）其中蜷为韦伯数。根据这一关系，并结合其他因素分析本实验的流量系数偏离理论值（气1=0. 611）的原因。参考答案：薄壁孔口在完善收缩条件下（

7、孔口距相邻壁面距离L 3d），影响孔口出流流速v的因素有: 作用水头H，孔径d，流体的密度。，重力加速度g，粘滞系数u及表面张力系数，即（1）现利用范定律分析流量Q与各物理量间的相互关系，然后推求与流量系数相关的水力要素。因v、H、Q是三个量纲独立的物理量，只有：丑=尸罪v = z17-10,”=沪次】根据在定理得 d听-W廿(T(5)根据量纲和谐原理，（2）式的量纲应为Z = Z7-1pzf MZ-3LA =知 + &i -7:0 =-知 M:0 = c1故有一,0（2 = O,Zi = 1, C, = 0可解得：1*1d笠、即1丑同理，求得二尹pH(T4 = ypHv将各町直代入（1）式，

8、有g_ _AL 、又因Q = Av，则 十 5 vH v2H）对照流量计算公式R =尹口 顽=/V 7Q则流量系数与应有知一了括须由）或 七冏 7表明影响流量系数有三方面因素。现结合实验结果和已有资料分析对本实验结果的影响：ddd（1）丑0. 1时，水流在锐缘孔口前后收缩完全，丑对尹口无影响；反之丑 0. 1时，收缩不完全，电 增大。若d/H = 1. 21/31. 5 = 0. 038 0. 1，则无影响。R _询 R（2）以特征长度d替代H时，一 u 很小时，（例10牝七，因粘滞性影响，使月口降低。实验中若乩母2*1甘，表明略有影响，使声口值偏小。（3）蜷一何打顼（韦伯数），代表表面张力影响。这只有当孔