工程流体力学实验报告（3代学生样版）(11)

????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(1)(2)(3)(4)图2 孔口管嘴结构剖面图

(1)圆角进口管嘴 (2)直角进口管嘴 (3)锥形管嘴 (4) 薄壁圆形小孔口

2．装置说明

（1）在容器壁上开孔，流体经过孔口流出的流动现象就称为孔口出流，当孔口直径d?0.1H（H为孔口作用水头）时称为薄壁圆形小孔口出流。在孔口周界上连接一长度约为孔口直径3～4倍的短管，这样的短管称为圆柱形外管嘴。流体流经该短管，并在出口断面形成满管流的流动现象叫管嘴出流。

图1中，(1)为圆角进口管嘴、(2)为直角进口管嘴、(3)为锥形管嘴、(4)为孔口。结构详图见图2。在直角进口管嘴(2)离进口d/2的收缩断面上设有测压点，通过细软管与测压管12相连通。

（2）智能化数显流量仪。

配置最新发明的水头式瞬时智能化数显流量仪，测量精度一级。采用循环检查方式，同表分别测量四个管嘴与孔口的流量。

使用方法：先调零，将水泵关闭，确保传感器联通大气时，将波段开关打到调零位置，用仪表面板上的调零电位器调零。水泵开启后，流量将随水箱水位淹没管嘴的高度而变，切换波段开关至对应的测量管嘴或孔口，此时流量仪显示的数值即为对应的瞬时流量值。

3．基本操作方法

(1)管嘴切换。防溅板8用于转换操作，当某一管嘴实验结束时，将旋板旋至进口截断水流, 再用橡皮塞封口；当需开启时，先用旋板挡水，再打开橡皮塞。这样可防止水花四溅。

(2) 孔口射流直径测量。移动触头9位于射流收缩断面上，可水平向伸缩，当两个触块分别调节至射流两侧外缘时，将螺丝固定。用防溅旋板关闭孔口，再用游标卡尺测量两触块的间距，即为射流收缩直径。

(3) 直角进口管嘴收缩断面真空度hv测量。标尺11和测压管12可测量管嘴高

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程z1及测压管水位z，则hv= z1- z。

(4) 智能化数显流量仪调零：在传感器通大气情况下，将波段开关打到调零位置，用仪表面板上的调零电位器调零。

(5)实验流量：切换波段开关至对应实验项目，记录智能化数显流量仪的流量值。

三、 实验原理

在一定水头H0作用下薄壁小孔口（或管嘴）自由出流时的流量，可用下式计算：

qV???A2gH0??A2gH0 2?v0式中：H0?H?，一般因行近流速水头很小可忽略不计，所以H0?H；

2g2gAcdc2?2，Ac、dc分别为收缩断面的面积、直径； ε为收缩因数，ε?Ad1??； ?为流速因数，??1??εqV； ?为流量因数，?????A2gH01?为局部阻力因数，??2??，可近似取动能修正因数??1.0。

??、?、?、?的经验值参图2。

p根据理论分析，直角进口圆柱形外管嘴收缩断面处的真空度为：hv?v?0.75H。

?g实验时，只要测出孔口及管嘴的位置高程和收缩断面直径，读出作用水头H，

2?v0测出流量，就可测定、验证上述各因数。 四、 实验内容与方法

1. 定性分析实验

(1) 观察孔口及各管嘴出流水柱的流股形态。

依次打开各孔口、管嘴，使其出流，观察各孔口及管嘴水流的流股形态，因各种孔口、管嘴的形状不同，过流阻力也不同，从而导致了各孔口管嘴出流的流股形态也不同。（注意：4个孔口与管嘴不要同时打开，以免水流外溢）

(2) 观察孔口出流在d / H > 0.1（大孔口）时与在d / H < 0.1（小孔口）时侧收缩情况。

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开大流量，使上游水位升高，使d / H < 0.1，测量相应状况下收缩断面直径dc；再关小流量，上游水头降低，使d / H > 0.1，测量此时的收缩断面直径dc?。可发现当d / H > 0.1时dc? 增大，并接近于孔径d，此时由实验测知，? 也随d / H增大而增大，? =0.64~0.9。

2. 定量分析实验

根据基本操作方法，测量孔口与管嘴出流的流速因数、流量因数、侧收缩因数、局部阻力因数及直角管嘴的局部真空度，实验数据处理与分析参考第五部分。 五、 数据处理及成果要求

1．记录有关信息及实验常数

实验设备名称： 实验台号：_________ 实 验 者：______________________ 实验日期：_________ 孔口管嘴直径及高程：

圆角管嘴d1=__ __?10-2m 直角管嘴d2=__ __?10-2m 出口高程z1= z2=__ __?10-2m

锥形管嘴d3=__ __?10-2m 孔口d4=__ __?10-2m 出口高程z3= z4=__ __?10-2m （基准面选在标尺的零点上） 2．实验数据记录及计算结果

表1 孔口管嘴实验记录计算表 分类 圆角管嘴 / / / / 项目 水箱液位z0 /(10-2m) 流量qV/(10-6m3/s) 直角管嘴 / / 圆锥管嘴 / / / / 孔口 / / 作用水头H0/ (10-2m) 面积A/ (10-4m2) 流量因数? 测压管液位z/ (10-2m) 真空度hv/ (10-2m) 收缩直径dc/ (10-2m) 收缩断面Ac/ (10-4m2) 收缩因数? 流速因数? 阻力因数? 流股形态 - 36 -

3．成果要求

(1) 回答定性分析实验中的有关问题，提交实验结果。

(2) 测量计算孔口与各管嘴出流的流速因数、流量因数、侧收缩因数、局部阻力因数及直角进口管嘴的局部真空度，分别与经验值比较，并分析引起差别的原因。见表1 六、 分析思考题

1．薄壁小孔口与大孔口有何异同？

2．为什么相同作用水头、直径相等的条件下，直角进口管嘴的流量因数?值比孔口的大、锥形管嘴的流量因数?值比直角进口管嘴的大？ 七、 注意事项

1．实验次序先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板将进口盖好，以免水花溅开；关闭孔口时旋板的旋转方向为顺时针，否则水易溅出；

2．实验时将旋板置于不工作的管嘴上，避免旋板对工作孔口、管嘴的干扰。不工作的孔口、管嘴应用橡皮塞塞紧，防止渗水。

3. 其他参考伯努利方程实验。

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2-7 局部水头损失实验

一、 实验目的和要求

1. 学习掌握三点法、四点法测量局部阻力因数的技能，并将突扩管的实测值

与理论值比较，将突缩管的实测值与经验值比较；

2. 通过阀门局部阻力因数测量的设计性实验，学习二点法测量局部阻力因数

的方法。

二、 实验装置

1．实验装置简图

实验装置及各部分名称如图1所示。

45678① ② ③ ④ ⑤ ⑥12345691011121318 1717 1616 15①②③④B⑤⑥1415321图1 局部水头损失实验装置简图

1.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.圆管突然扩大 8.气阀 9.测压计 10.测压管①~⑥ 11.滑动测量尺 12. 圆管突然收缩 13.实验流量调节阀 14.回流接水斗 15.下回水管 16. 稳压筒 17.传感器 18. 智能化数显流量仪

2．装置说明

（1）实验管道由圆管突扩、突缩等管段组成，各管段直径已知。在实验管道上共设有六个测压点，测点①－③和③－⑥分别用以测量突扩和突缩的局部阻力因数。其中测点①位于突扩的起始界面处，这里引用公认的实验结论 “在突扩的

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