孔口与管嘴出流实验报告doc.docx
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孔口与管嘴出流实验报告doc
孔口与管嘴出流实验报告
篇一：
流体力学孔口管嘴出流实验报告
《流体力学》实验报告
篇二：
孔口与管嘴出流实验
孔口与管嘴出流实验
摘要：
本实验通过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，并且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。
前言：
管嘴和孔口的出流流体的形态,一直引起有关研究者的兴趣,文献[1～5]综述了这方面的工作。
早在17世纪就有人开始研究,包括Bernouli,Reynolds,Barres等等许多人均在此领域有所建树,涉及流体形态特征、孔口与出流形态的影响,出流形态的显示方法等。
到本世纪90年代,李文平等人[6]考察了垂直矩形薄壁孔射流轮廓的变化,指出射流的断面形状在流体的不同位置呈现不同的形态。
射流轮廓由孔口处的规则矩形,随出流距离的增加发生有规律的收缩,到一定程度转换为一个近似的十字架形态,其长短轴分别为垂直取向和水平取向。
在研究范围内,除了非完全收缩区外其它水面线均与孔口宽高比、模型尺寸无关。
Hager[1]用摄像法记录扁矩形孔射流的出流形态,发现矩形长边垂直设置的孔口出流,流体上缘首先收缩,向侧面扩展,最后包覆流体的下部,呈现美丽的伞形;而水平设置的孔口出流的边缘,随出流距离的增加,持续发生横向收缩,其边缘增厚。
槐文信等人[7]研究了双孔平面射流的吸附现象。
根据两股流体间存在的相互吸附效应（Coanda效应）,两股流体之间被卷吸的流体得不到补充或补充不足,则相互吸引汇成一股射流。
研究指出,在两孔平面射流之间的补充流体小于其卷吸量,其内缘因此效应发生相互吸附,从而汇成一股射流。
实验装置
本实验装置如图9.1所示。
测压管12和标尺11用于测量水箱水位、孔口管嘴的位置高程及直角进口管嘴2#的真空度。
防溅板8用于管嘴的转换操作，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，先用旋板档水，再打开橡皮塞。
这样可防止水花四溅。
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，然后用游标卡尺测量两触块的间距，即为射流收缩断面直径。
本设备还能演示明槽水跃。
实验原理
管嘴出流、孔口出流示意图
对O-O面，及C-C面列流束能量方程：
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0V02
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对于孔口出流：
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对于管咀出流：
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h真空
流量系数
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流速系数
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阻力系数?
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1
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2?
1
实验方法与步骤
1．记录实验常数，各孔口管嘴用橡皮塞塞紧。
2．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H1，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。
3．依照上法，打开2#管嘴，测记水箱水面高程标尺读数H1及流量Q，观察和量测直角管嘴出流时的真空情况。
4．依次打开3#园锥形管嘴，测定H1及Q。
5．打开4#孔口，观察孔口出流现象，测定H1及Q，并按下述7b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。
6．关闭调速器开关，清理实验桌面及场地。
7．注意事项：
（1）实验次序先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板将进口盖掉，以免水花溅开；
（2）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；
（3）进行以上实验时，注意观察各出流的流股形态，并作好记录。
实验成果及要求
1．有关常数：
实验装置台号No圆角管嘴D1=14mm方孔D2=13mm圆锥管嘴D3=14mm圆孔D4=11mm出口高程读数Z1=Z2=19.1cm出口高程读数Z3=Z4=7.0cm
2．整理记录及计算表格
考虑误差源的影响，计算出流速系数?
、流量系数?
、侧收缩系数?
、局部阻力系数?
的误差限。
指出最应该注意的测量物理量是哪些。
最需要注意的是d引起的误差.
实验分析与讨论
（1）.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。
由实验结果可知，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=0.807；
直角管嘴出流的流股呈园柱形麻花状扭变，u=0.7835；
园锥管嘴出流的流股呈光滑园柱形，u=0.9666；
孔口出流的流股在出口附近有侧收缩，呈光滑园柱形，u=0.8612。
影响流量系数大小的原因有：
（1
）出口附近流股直径，孔口为
出口内径，=1。
，其余同管嘴的
（2）直角进口管嘴出流，u大于孔口，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16cm），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。
（2）观察d/H>0.1时，孔口出流的侧收缩率较d/H0.1时，观测知收缩断面直径增大，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。
（3）试分析完善收缩的锐缘薄壁孔口出流的流量系数
其中为韦伯数。
根据这一关系，并结合其他因素分析本实验的流量系数=0.611）的原因。
有下列关系：
偏离理论值（
答案：
薄壁孔口在完善收缩条件下（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、是三个量纲独立的物理量，只有：
篇三：
流力实验实验十一孔口与管嘴出流实验
实验十一孔口与管嘴出流实验
一、实验目的
1.量测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及圆柱形管嘴内的局部真空度。
2.分析圆柱形管嘴的进口形状（圆角和直角）对出流能力的影响及孔口与管嘴过流能力不同的原因。
二、实验装置
图二孔口、管嘴结构剖面图
三、实验原理
在恒压水头下发生自由出流时孔口管嘴的有关公式为:
实验测得上游恒压水位及各孔口、管嘴的过流量，利用以上5个公式，从而得出不同形状断面的孔口、管嘴在恒压、自由出流状态下的各水力系数。
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=Pv/ρg=0.75H
本实验装置可实测出直角进口圆柱形外管嘴收缩断面处的真空度，打开直角进口管嘴射流，即可观测到，测管处水柱迅速降低，hv=0.6~0.7H。
。
说明直角进口管嘴在进口处产生较大真空。
但与经验值0.75H。
相比，真空度偏小，其原因主要是有机玻璃材料的直角进口锐缘难以达到象金属材料那样的强度。
观察孔口及各管嘴出流水柱的流股形态：
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：
圆角管嘴出流水柱为光滑圆柱，直角管嘴为圆柱形麻花状扭变，圆锥管嘴为光滑圆柱，孔口则为具有侧收缩的光滑圆柱；
圆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（μ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μ值与圆角管嘴相近。
观察孔口出流在d/H>0.1时与在d/H 开大流量，使上游水位升高，使d/H0.1，测量此时的收缩断面直径dc’的值，可发现当d/H>0.1时dc’增大，并接近于孔径d，这叫作不完全收缩，此时由实验测知，μ也增大，可达0.7左右。
四、实验步骤与方法
1.记录实验常数，各孔口管嘴用橡皮塞塞紧。
2.打开水泵开关，使恒压水箱充水，至溢流后，再打开圆柱形管嘴（先旋转旋板挡住管嘴，然后拔掉橡皮塞，最后旋开旋板），待水面稳定后，测定水箱水面高程标尺读数，用体积法或数显流量计（两种方法皆可）测定流量，测量完毕，先旋转水箱内的旋板，将管嘴进口盖好，再塞紧橡皮塞。
3.打开圆锥形管嘴，测记恒压水箱水面高程标尺读数及流量，观察和量测圆柱形管嘴出流时的真空情况。
4.打开孔口，观察孔口出流现象，测量水面高程标尺读数及孔口出流流量，测记孔口收缩断面的直径（重复测量3次）。
改变孔口出流的作用水头（可减少进口流量），观察孔口收缩断面的直径随水头变化的情况。
量测孔口收缩断面直径的方法：
用孔口两边的移动触头。
先松动螺丝，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，使与水股切向接触，并旋紧螺丝。
再将旋板开关以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。
5.关闭水泵，清理实验桌面及场地。
五、实验成果及要求
实验十四堰流实验
一、实验目的
1.观察不同δ/H的有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象，以及下游水位变化对宽顶堰过流能力的影响。
2.掌握测量堰流流量因数m实验技能，并测定无侧收缩宽顶堰的m值。
二、实验装置
装置说明
1.水位测量一水位测针
水位测针结构如图二所示，测针杆是可以上下移动的标尺杆，测量时固定在支架套筒中，套筒上附有游标，测量读数类似游标卡尺，精度一般为0.1毫米。
测针杆尖端为与水面接触点，测量过程中，不宜松动支座或旋动测针。
在测量时，测针尖应自上而下逐渐接近水面，当水位略有波动时，可多次测量取平均值。
测量恒定水位时，测针可直接安装，如图一中测针3，也可通过测针筒间接安装，如测针与测针筒6。
堰上下游与三角堰量水槽水位分别用测针3与6量测。
移动测针3可在槽顶导轨上移动，导轨的纵向水平度在安装调试后应不大于±0.15mm。
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