工程流体力学实验4244.docx

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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.工程流体力力学实验验 机械工程学学院二四年年绪论一、工程流流体力学学课程工程流体力力学是一一门重要要的技术术基础课课，它以以水为主主要对象象研究流流体运动动的规律律以及流流体与边边界的相相互作用用，是高高等学校校众多理理工科专专业的必必修课。在自然界中中，与流流体运动动关联的的力学问问题是很很普遍的的，所以以流体力力学在许许多工程程领域有有着广泛泛的应用用。水利利工程、机机械工程程、环境境工程、热热能工程程、化学学工程、港港口、船船舶与海海洋工程程等专业业都

2、将流流体力学学或流体体力学作作为必修修课之一一。工程程流体力力学课程程的理论论性强，同同时又有有明确的的工程应应用背景景。它是是连接前前期基础础课程和和后续专专业课程程的桥梁梁。课程程教学的的主要任任务是使使学生掌掌握工程程流体力力学的基基本概念念、基本本理论和和解决流流体力学学问题的的基本方方法，具具备一定定的实验验技能，为为后续课课程的学学习打好好基础，培培养分析析和解决决工程实实际中有有关流体体力学问问题的能能力。二、工程流流体力学学实验课课程工程流体力力学实验验在流体体力学学学科及教教学中占占有重要要位置。从从学科发发展看，流流体力学学是一门门技术科科学，实实验方法法是促进进其发展展的

3、重要要研究手手段。近近年来，流流体力学学与古典典流体力力学日益益兼容渗渗透，理理论分析析、实验验研究和和数值计计算相结结合成为为流体力力学和工工程流体体力学的的主要研研究方法法。三个个方面是是互相补补充和验验证，但但又不能能互相取取代的关关系，实实验方法法仍是检检验与深深化研究究成果的的重要手手段，现现代实验验技术的的迅猛进进展，更更促进了了现代流流体力学学及流体体力学的的蓬勃发发展。工程流体力力学实验验是流体体力学课课程中一一个不可可缺少的的重要教教学环节节。工程程流体力力学实验验的教育育目的是是：1. 在实实验中观观察水流流现象，增增强感性性认识，巩巩固理论论知识的的学习。2. 通过过量测

4、实实验验证证所学流流体力学学原理，提提高理论论分析的的能力。3. 学会会量测水水力要素素和使用用基本仪仪器的方方法，掌掌握一定定的实验验技能，了了解现代代量测技技术。4. 培养养分析实实验数据据、整理理实验成成果和编编写实验验报告的的能力。5. 培养养严谨踏踏实的科科学作风风和融洽洽合作的的共事态态度以及及爱护国国家财产产的良好好风尚。三、工程流流体力学学实验总总的要求求：1. 实验验课前必必须阅读读实验指指导书，明明确实验验目的、内内容、原原理和方方法。了了解实验验设备的的基本构构造、工工作原理理和使用用方法。2. 严格格按照约约定的时时间进行行实验，做做到不迟迟到，不不早退。3. 实验验分

5、小组组进行，由由课代表表根据教教师的要要求分组组，并指指定组长长。实验验时要有有指挥，有有分工，做做到有条条不紊。4. 要遵遵守实验验室的规规章制度度，爱护护实验室室的设施施，非实实验仪器器设备不不得随意意动用，因因非实验验造成的的损坏由由当事人人赔偿。5. 实验验过程中中，如果果仪器设设备发生生故障，应应立即向向指导教教师报告告，以便便及时排排除故障障，保证证实验的的正常进进行。6. 实验验完毕后后，关闭闭电源，整整理好使使用后的的仪器、设设备 、工具具。将实实验原始始记录交交指导教教师审阅阅。7. 要认认真做好好并及时时完成实实验报告告，按时时交给指指导教师师批阅。不不交者，该该次实验验按

6、零分分计。8. 因病病、事假假缺习者者可以凭凭病、事事假条找找指导教教师安排排补做。无无故缺席席者一律律不安排排补做。9. 未完完成全部部实验报报告者按按学院的的有关规规定处理理。实验一静静水压强强实验一、实验目目的1、通过实实验加深深对流体体静力学学基本方方程的理理解。2、验证静静止流体体中不同同点对于于同一基基准面的的测压管管水头为为常数，即即常数3、实测静静水压强强，掌握握静水压压强的测测量方法法。4、巩固绝绝对压强强、相对对压强、真真空度的的概念，加加深理解解位置水水头、压压力水头头以及测测压管水水头之间间的关系系。5、已知一一种液体体重度测测定另一一种液体体的重度度。二、实验原原理加

7、减压气缸缸 hh0 h3 h4 3 3 4 4 zz3 1 2 zz4 0O O 图1静静水压强强实验原原理图静水压强实实验原理理如图1所示，相相对静止止的液体体只受重重力的作作用，处处于平衡衡状态。以以表示液液体静压压强，表表示液体体重度，以以表示压压强测算算点位置置高度（即即位置水水头），流流体静力力学方程程为常数上式说明1、在重力力场中静静止液体体的压强强与深度度成线性性分布，即即2、同一水水平面（水水深相同同）上的的压强相相等，即即为等压压面。因因此，水水箱液面面和测点点3、44处的压压强（绝绝对压强强）分别别为 与以上各式式相对应应的相对对压力（相相对压强强）分别别为 式中 大气压压

8、力， 液体体的重度度， 液面面压力水水头， 液液面位置置水头， 、 33、4处测压压管水头头， 、 3、4处位置置水头， 、 3、4处压力力水头， 3、静水中中各点测测压管水水头均相相等，即即或 或 即测压管33、4的液位位在同一一平面上上。4 、由于于密封容容器顶部部与左侧侧U型管管联通，根根据联通通器原理理，得即 式中 U型管管中液体体的重度度，、 U型管管中两液液面位置置高度 , 根据上式可可知，已已知某种种液体（如如水）的的重度，可可以通过过本实验验确定另另一种液液体的重重度。三、实验步步骤1、读出液液面初始始位置高高度0 , 并记入入表内。2、顺时针针旋转加加减压气气缸手柄柄，使水水

9、箱液面面压力升升高，此此时,读出出、,并记入入表内。再再继续给给水箱加加压两次次，记下下各测压压管位置置高度。3、逆时针针旋转加加减压气气缸手柄柄，使水水箱内减减压，并并获得的状态态。同样样读取三三组数据据记入表表内。实验二流流谱及流流线演示示实验一、实验目目的用带有泡沫沫的变压压器油加加在油槽槽中经过过导叶栅栅后形成成许多平平行的流流线，以以观察其其绕经不不同固体体壁面的的变化。二、实验原原理液体流线仪仪是研究究液流在在模型试试件出口口和入口口的流线线变化，特特别是当当试件的的突扩、突突缩而发发生流线线的扭曲曲现象和和旋涡、死死区等。另外，根据据教学的的需要可可以定作作补充各各种模型型试件，

10、以以观察流流线在绕绕经不同同固体壁壁面时的的变化。三、实验装装置实验装置由由油泵、供供油箱、回回油箱、油油盘调整整螺栓、支支架、供供油管等等组成（见见图2）。油盘的倾斜度可通过前端调整螺栓调整。实验装置带有园柱、机翼、突扩（反放为突缩）模型试件。图2 流流谱及流流线演示示实验装装置四、实验步步骤1、接通电电源。2、开始时时不同箱箱中可多多放些油油，开动动油泵后后，首先先将供油油管上的的铜阀旋旋松，放放出管路路中空气气，然后后用烧杯杯在后面面不断把把油接走走，直到到流线清清晰为止止。并通通过调整整油盘前前端的调调整螺栓栓改变油油盘的倾倾斜，以以改变油油的流速速。3、进行实实验模型型的组合合更换。

11、实验三文文丘里管管实验一、实验目目的1、在文丘丘里管收收缩段和和扩张段段，观察察压力水水头、速速度水头头沿程的的变化规规律，加加深对伯伯努利方方程的理理解。2、了解文文丘里流流量计的的工作原原理。3、掌握文文丘里管管流量系系数的测测定方法法。二、实验原原理1、理想流流体伯努努利方程程的验证证文丘里管是是在管路路中安装装一段断断面急速速变小，而而后又逐逐渐恢复复原来断断面的异异径管，如如图3所所示。理想 总总水 头线线 H hh11 h1 hh4 喉管图3理想想流体伯伯努利方方程示意意图在收缩段，由由于流体体流动断断面减小小，因而而流速增增加，测测压管水水头连续续下降，喉喉管处断断面最小小，流速

12、速最大， 测压管管水头因因而最低低；相反反，在渐渐扩管中中流体流流动截面面逐渐扩扩大，流流速减小小，测压压管水头头也不断断得到恢恢复。这这些现象象都是由由于流体体流径文文丘里管管时，遵遵守连续续性方程程（常数） (11) 和伯努利方方程（常数） (22)以上两个方方程表明明，无论论流体流流动过程程中断面面几何参参数如何何变化，所所有断面面上的总总水头HH和流量量都保持持不变，也也就是说说流体流流动一直直遵守着着能量守守恒和物物质守恒恒这两个个基本定定律。上上述现象象和规律律将在实实验中通通过111根测压压管的液液面变化化加以验验证。为为了便于于实验分分析，现现将公式式(2)作如下下变换，并并以

13、下标标 表示测测压管序序号，例例如 表示第第四根测测压管即即喉管。公公式(2)可以写写成 两边同除以以, 并并移项得得(3)公式(1)可以写写成所以 代入公式(3)得得 (4) 公式(3)和公式式(4)表明，测测压管水水头变化化的相对对值，完完全决定定于流动动断面的的几何比比例，从从而进一一步揭示示了断面面流速与与测压管管水头之之间的关关系。我我们根据据公式(4)画画出测压压管水头头相对变变化的理理论曲线线和实际际曲线（分分别为上上式右项项和左项项），通通过比较较，两者者应当是是一致的的（横坐坐标为测测压管序序号，纵纵坐标分分别为以以上两项项）。2、流量系系数的测测定将公式(11)、(2)应用

14、于于1、4两断面面，可以以得到前式代入后后式得流量为 若以流量系系数 表表示阻力力损失的的影响，上上式可以以写成 （mml/ss） (5)式中 仪器常常数，为为定值（）(6) 因此，在在实验中中，测得得流量 和测压压管水头头 、，即可可求得流流量系数数，一般在在0.9220.99之之间。三、实验步步骤1、缓缓打打开进水水阀和针针阀，使使测压管管1、4的水面面差达到到最大，并并适当调调节，观观察测压压管水头头的变化化，理解解伯努利利方程的的含义。2、读取各各测压管管水头刻刻度，并并按测压压管编号号为序记记入表内内。3、在读取取测压管管水头的的同时，用用体积法法测量流流量，记记入表内内。4、调节进

15、进水阀和和针阀，改改变各测测压管读读数，并并记录各各读数和和流量。5、实验结结束后，关关闭进水水阀门。实验四雷雷诺实验验一、实验目目的1、观察圆圆管内流流体恒定定流动层层流和紊紊流两种种流动状状态及其其转换的的现象。2、测定不不同流动动状态下下流体的的雷诺数数。3、测定圆圆管内流流体恒定定流动层层流和紊紊流两种种流动状状态下的的沿程水水头损失失与断面面平均流流速之间间的关系系。二、实验原原理雷诺实验装装置示意意图如图图4 所所示。 8 4 3 2 5 111 110(a) 层层流 hhf H (bb) 过过渡状态态(c) 紊紊流 9 7 6611 12图4 雷雷诺实验验装置示示意图1、玻璃管管

16、 2、注注色水细细管 3、色色水阀门门 4、色色水容器器 5、水水箱 6、蜂蜂窝板 7、溢溢水隔板板 8、供供水阀门门 9、放放水管 110、出出水阀门门 111、测压压管 12、量量水筒1、实际流流体的流流动会呈呈现出两两种不同同的型态态：层流流和紊流流，它们们的区别别在于：流动过过程中流流体层之之间是否否发生混混掺现象象。在紊紊流流动动中存在在随机变变化的脉脉动量，而而在层流流流动中中则没有有。2、圆管中中恒定流流动的流流态转化化取决于于雷诺数数。雷诺根根据大量量实验资资料，将将影响流流体流动动状态的的因素归归纳成一一个无因因次数，称称为雷诺诺数Ree，作为为判别流流体流动动状态的的准则式

17、中 流体体断面平平均流速速 , 圆管直直径 , 流体的的运动粘粘度 , 在本实验中中，流体体是水。水水的运动动粘度与与温度的的关系可可用泊肃肃叶和斯斯托克斯斯提出的的经验公公式计算算式中水在时的的运动粘粘度，；水的的温度，。3、判别流流体流动动状态的的关键因因素是临临界速度度。临界界速度随随流体的的粘度、密密度以及及流道的的尺寸不不同而改改变。流流体从层层流到紊紊流的过过渡时的的速度称称为上临临界流速速，从紊紊流到层层流的过过渡时的的速度为为下临界界流速。4、圆管中中定常流流动的流流态发生生转化时时对应的的雷诺数数称为临临界雷诺诺数，对对应于上上、下临临界速度度的雷诺诺数，称称为上临临界雷诺诺

18、数和下下临界雷雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。通常均以它作为判别流动状态的准则，即 RRe 23320 时，紊紊流该值是圆形形光滑管管或近于于光滑管管的数值值，工程程实际中中一般取取Re = 20000。5、实际流流体的流流动之所所以会呈呈现出两两种不同同的型态态是扰动动因素与与粘性稳稳定作用用之间对对比和抗抗衡的结结果。针

19、针对圆管管中定常常流动的的情况，容容易理解解：减小小 d ，减小小 v ，加大大 v 三种途途径都是是有利于于流动稳稳定的。综综合起来来看，小小雷诺数数流动趋趋于稳定定，而大大雷诺数数流动稳稳定性差差，容易易发生紊紊流现象象。6、由于两两种流态态的流场场结构和和动力特特性存在在很大的的区别，对对它们加加以判别别并分别别讨论是是十分必必要的。圆圆管中恒恒定流动动的流态态为层流流时，沿沿程水头头损失与与平均流流速成正正比，而而紊流时时则与平平均流速速的1.752.00次方成成正比。7、通过对对相同流流量下圆圆管层流流和紊流流流动的的断面流流速分布布作一比比较，可可以看出出层流流流速分布布呈旋转转抛

20、物面面，而紊紊流流速速分布则则比较均均匀，壁壁面流速速梯度和和切应力力都比层层流时大大，如图图5所示示。图5圆管管层流和和紊流流流动的断断面流速速分布三、实验步步骤1、打开供供水阀门门8，给给水箱55充水，待待水箱充充满并保保持溢流流状态，使使水位恒恒定。2、打开出出水阀门门10至至最大，排排出实验验管道中中的气泡。反反复开闭闭出水阀门门10，排排出压差差计中气气泡，即可开开始实验验。3、稍微打打开出水水阀门110和色色水阀门门3，观观察流体体的层流流状态。继继续开大大出水阀阀门100，色水水细流出出现波动动，即过过渡状态态。再开开大出水水阀门110，水水流稳定定性遭到到破坏，色色迹消失失，变

21、为为紊流。整整个过程程可以清清晰地看看到流体体从层流流变化到到紊流。4、在流体体完全变变到紊流流时，逐逐渐关闭闭出水阀阀门100，在观观察流体体从紊流流变化到到层流的的同时，记记录沿程程水头损损失和流流量。5、在实验验开始和和结束时时分别量量测水温温，加以以平均作作为实验验水温。6、整理所所测实验验数据，绘绘制关系曲曲线。实验五管管路沿程程阻力损损失及局局部阻力力损失实实验管路沿程阻阻力损失失一、实验目目的1、学会测测定管道道沿程水水头损失失系数的的方法。 2、分析圆圆管恒定定流动的的水头损损失规律律，验证证在各种种情况下下沿程水水头损失失与平均均流速的关关系以及及随雷诺诺数和相相对粗糙糙度的

22、变变化规律律。 3、根据紊紊流粗糙糙区的实实验结果果，计算算实验管管壁的粗粗糙系数数 n 值及管管壁当量量粗糙值值，并与与莫迪图图比较。二、实验原原理1、对于通通过直径径不变的的圆管的的恒定水水流，沿沿程水头头损失为为即上下游量量测断面面的比压压计读数数差。沿沿程水头头损失也也常表达达为其中， 称称为沿程程水头损损失系数数；为上上下游量量测断面面之间的的管段长长度；为为管道直直径，为为断面平平均流速速。若在在实验中中测得和和断面平平均流速速，则可可直接得得到沿程程水头损损失系数数 2、不同流流动型态态及流区区的水流流，其沿沿程水头头损失与与断面平平均流速速的关系系是不同同的。层层流流动动中的沿

23、沿程水头头损失与与断面平平均流速速的1次方成成正比；紊流流流动中的的沿程水水头损失失与断面面平均流流速的11.52次方成成正比。 3、沿程水水头损失失系数是是相对粗粗糙度与与雷诺数数的函数数，为管管壁当量量粗糙，（其中为水的运动粘滞系数）。4、圆管层层流流动动5、光滑圆圆管紊流流流动可可取。可可见在层层流流动动和紊流流光滑区区，沿程程水头损损失系数数只取决决于雷诺诺数。6、粗糙圆圆管紊流流流动沿程水头损损失系数数完全由由粗糙度度决定，与与雷诺数数无关，此此时沿程程水头损损失与断断面平均均流速的的平方成成正比，所所以紊流流粗糙区区通常也也叫做“阻力平平方区”。7、在紊流流光滑区区和紊流流粗糙区区

24、之间存存在过渡渡区，此此时沿程程水头损损失系数数 与雷诺诺数和粗粗糙度都都有关。 8、粗糙系系数可按按下列公公式进行行计算式中，为管管道的水水力半径径，圆管管的水力力半径，该该式适用用于紊流流粗糙区区。三、实验步步骤1、预习实实验指示示书，认认真阅读读实验目目的要求求、实验验原理和和注意事事项。 2、查阅用用测压管管量测压压强和用用体积法法或三角角堰法量量测流量量的原理理和步骤骤。 3、开启上上下游阀阀门排气气，检查查下游阀阀门全关关时，各各个测压压管水面面是否处处于同一一水平面面上。如如不平，则则需排气气调平。 4、核对设设备编号号，记录录所用设设备的断断面管径径、量测测段长度度、三角角堰零

25、点点读数等等数据。 5、开启下下游阀门门，流量量应先放放到最大大，待水水流恒定定后，观观察测管管水头的的变化。量量测流量量及相应应的水头头损失，登登录到数数据表格格上。 6、减小阀阀门开度度，重复复上述步步骤，并并按序登登录数据据。流量量的调整整逐步由由大到小小，每改改变一次次流量需需要等待待12分钟，待待水流恒恒定后再再进行量量测。水水流的紊紊动使比比压计的的水面有有波动，应应记录水水面的时时均值。7、检查数数据记录录表是否否有缺漏漏？是否否有某组组数据明明显地不不合理？若有此此情况，进进行补正正。为了了提高实实验精度度，便于于分析整整理，实实验点尽尽可能多多一些。要要求改变变流量不不少于1

26、15次。8、 在实实验开始始和结束束时分别别量测水水温，加加以平均均作为实实验水温温。管路局部阻阻力损失失一、实验目目的1、观察突突扩管旋旋涡区测测管水头头线，以以及其它它各种边边界突变变情况下下的测管管水头变变化情况况，加深深对局部部水头损损失的感感性认识识。 2、掌握测测定管道道局部水水头损失失系数的的方法，并并将突扩扩管的实实测值与与理论值值比较，将将突缩管管的实测测值与经经验值比比较。 3、学习用用测压管管测量压压强和用用体积法法测流量量的实验验技能。二、实验原原理1、有压管管道恒定定流遇到到管道边边界的局局部突变变的尾部部时，流流动会分分离形成成剪切层层，剪切切层流动动不稳定定，引起

27、起流动结结构的重重新调整整，并产产生旋涡涡，平均均流动能能量转化化成脉动动能量，造造成不可可逆的能能量耗散散。与沿沿程因摩摩擦造成成的分布布损失不不同，这这部分损损失可以以看成是是集中损损失在管管道边界界的突变变处，每每单位重重量流体体承担的的这部分分能量损损失称为为局部水水头损失失。2、根据能能量方程程，局部部水头损损失这里我们认认为因边边界突变变造成的的能量损损失全部部产生在在1-11，2-2两断断面之间间，不再再考虑沿沿程损失失。 上游断面11-1应应取在由由于边界界的突变变，水流流结构开开始发生生变化的的渐变流流段中，下下游2-2断面面则取在在水流结结构调整整刚好结结束，重重新形成成渐

28、变流流段的地地方。总总之，两两断面应应尽可能能接近，又又要保证证局部水水头损失失全部产产生在两两断面之之间。经经过测量量两断面面的测管管水头差差和流经经管道的的流量，进进而推算算两断面面的速度度水头差差，就可可测得局局部水头头损失。 3、局部水水头损失失系数是是局部水水头损失失折合成成速度水水头的比比例系数数，即当上下游断断面平均均流速不不同时，应应明确它它对应的的是哪个个速度水水头？例例如，对对于突扩扩圆管就就有和之分。其它它情况的的局部损损失系数数在查表表或使用用经验公公式确定定时也应应该注意意这一点点。通常常情况下下对应下下游的速速度水头头。4、局部水水头损失失系数随随流动的的雷诺数数而

29、变，即即但当雷诺数数大到一一定程度度后， 值成为为常数。在在工程中中使用的的表格或或经验公公式中列列出的就就是指这这个范围围的数值值。5、局部水水头损失失的机理理复杂，除除了突扩扩圆管的的情况以以外，一一般难于于用解析析方法确确定，而而要通过过实测来来得到各各种边界界突变情情况下的的局部水水头损失失系数。6、对于突突扩圆管管的情况况，局部部水头损损失系数数有理论论结果，推推导如下下：流动动经过突突扩圆管管的局部部水头损损失 取1-1，2-22两断面面如图， 这里要特别注意1-1断面取为突扩开始的断面，2-2断面则取在水流结构调整刚好结束，重新形成渐变流段的地方。两断面面积都为，而和则分别为细管

30、和粗管中的平均流速。根据动量方程可知所以有将其代入局局部水头头损失的的表达式式，得取的值均为为1.00，则或可见，7、突扩圆圆管局部部水头损损失之所所以能够够导出上上述解析析表达式式是因为为：我们假假设1-1断面面上的测测管水头头为常数数；1-11，2-2两断断面的面面积相等等。而突突缩圆管管的1-1，2-22两断面面必须分分别取在在粗管和和细管中中，这是是由流动动结构决决定的，因因此突缩缩圆管的的局部水水头损失失不能解解析表达达，只有有经验公公式这里的对应应下游，即即细管中中的速度度水头。8、其它各各种弯管管、截门门、闸阀阀等的局局部水头头损失系系数可查查表或由由经验公公式获得得。三、实验步

31、步骤1、认真阅阅读实验验目的要要求、实实验原理理和注意意事项。 2、查阅用用测压管管量测压压强和用用体积法法（手工工、自动动）量测测流量的的原理和和步骤。 3、对照实实物了解解仪器设设备的使使用方法法和操作作步骤，做做好准备备工作后后，启动动抽水机机，打开开进水开开关，使使水箱充充水，并并保持溢溢流状态态，使水水位恒定定。 4、检查下下游阀门门全关时时，各个个测压管管水面是是否处于于同一水水平面上上。如不不平，则则需排气气调平。 5、核对设设备编号号，确认认数据记记录表上上列出的的断面管管径等数数据。 6、开启下下游阀门门，待水水流恒定定后，观观察测管管水头的的变化，正正确选择择实验配配件前后

32、后的量测测断面，进进行数据据的量测测，并登登录到数数据记录录表的相相应位置置。 7、改变阀阀门开度度，待水水流恒定定后，重重复上述述步骤，并并按序登登录数据据。本实实验要求求做三个个流量。 8、检查数数据记录录表是否否有缺漏漏？是否否有某组组数据明明显地不不合理？若有此此情况，进进行补正正。 9、计算整整理实验验结果，得得出各实实验配件件局部水水头损失失系数实实测值，并并同时列列出突扩扩管局部部水头损损失系数数的理论论值和突突缩管的的经验值值。 10、对实实验结果果进行分分析讨论论。阅读读思考问问题，作作简要回回答。实验六孔孔口、管管嘴出流流实验一、实验目目的1、观察孔孔口、管管嘴出流流的水力

33、力现象。2、测定孔孔口、管管嘴出流流的各项项系数：出流断断面收缩缩系数、流流量系数数、流速速系数和和阻力系系数。二、实验原原理在容器壁上上开一个个任意形形状的孔孔，流体体11 1从此孔向外外泄出，这这种现象象称为孔孔口出流流。在孔口上连连接一段段管子，流流体从此此管流出出， 这种现象称称为管嘴嘴出流。如如图6所所示。 1、 孔口口出流 ddc 在水箱侧壁壁开一个个直径为为的圆形形孔口， 液体受不变变水头作作用下，沿沿不同方方向从孔孔口向外流出出，在惯惯性作用用下，液液体的流流线不 图66孔口口、管嘴嘴实验原原理图能急剧改变变方向，因因此，在在离孔口口很近的的出流处处（约距距孔口11 / 2处）

34、，将将产生一一个收缩缩断面。水水箱中水水位保持持不变，孔孔口直径径与孔口口在液面面下的深深度比较较起来，是是很小的的，因此此可以认认为孔口口断面上上的流速速是相同同的，收收缩断面面可以近近似圆形形。如果果测出收收缩断面面的直径径，那么么收缩断断面可求求。截取自由液液面11和和收缩断断面CC，以以通过孔孔口形心心的水平平面为基基准面，列列能量方方程式中 ，自自由液面面保持恒恒定，上上式变成成 孔口出流流流量为 孔口出流断断面收缩缩系数为为 将代入上式式得 式中 称为为孔口出出流流量量系数。将以上孔口口出流的的基本关关系式进进行反推推，可得得孔口出出流的各各项系数数流量系数： 收收缩系数数： 流流

35、速系数数： 阻阻力系数数： 因此，测出出、，即可可求出各各项系数数。根据据对薄壁壁小孔口口充分收收缩的实实验：、。2、孔口出出流的分分类小孔口出流流、大孔孔口出流流（按HH / dd 是否否大于 10 来判定定）；定定常出流流、非定定常出流流；淹没没出流、非非淹没出出流；薄薄壁出流流、厚壁壁出流。薄壁出流确确切地讲讲就是锐锐缘孔口口出流，流流体与孔孔壁只有有周线上上接触，孔孔壁厚度度不影响响射流形形态，否否则就是是厚壁出出流，如如孔边修修圆的情情况，此此时孔壁壁参与了了出流的的收缩，但但收缩断断面还是是在流出出孔口后后形成。如如果壁厚厚达到334dd，就称称为管嘴嘴，收缩缩断面将将会在管管嘴内

36、形形成，而而后再扩扩展成满满流流出出管嘴。管管嘴出流流的能量量损失只只考虑局局部损失失，如果果管嘴再再长，以以致必须须考虑沿沿程损失失时就是是短管了了。3、管嘴出出流管嘴出流的的流动特特点是，水水股先在在管内收收缩形成成真空，而而后再逐逐渐扩张张以至充充满整个个管嘴而而流出。由由于管嘴嘴出流与与孔口出出流的流流动情况况有着明明显的区区别，因因而在孔孔口上加加设短管管即管嘴嘴，既影影响出流流的流速速系数又又影响流流量系数数，亦即即改变出出流的流流量和流流速。管管嘴出流流时的阻阻力损失失，主要要是管嘴嘴入口处处的局部部阻力损损失和水水股收缩缩断面扩扩大的局局部阻力力损失，而而管嘴的的沿程阻阻力损失

37、失可以忽忽略不计计。管嘴出流各各项系数数计算公公式与孔孔口出流流的形式式完全一一样。但但由于管管嘴出口口断面没没有变化化，即，。根据据实验，左右。管嘴出流各项系数计算公式如下：流量系数： 收缩系数： 流速系数： = 阻力系数： 3、管嘴的的真空现现象管嘴是在孔孔口上加加设一段段适当的的短管，虽虽然加一一段短管管将使阻阻力增大大，但是是管嘴的的出流量量反而会会比同样样情况下下的孔口口出流量量大，产产生这一一结果的的原因是是在管嘴嘴内也存存在收缩缩断面，直直接表现现为此处处产生了了真空。在圆柱形管嘴收缩断面处设测压管以观察真空现象并量测真空值。正因为管嘴在收缩断面处有真空存在，如同水泵一样，对液流产生抽吸作用，从而使管嘴出流量大于孔口出流量。这种由于真空的存在使管嘴增加的出流量，要比由于管嘴阻力增加而减少的出流量大得多。这一结论和现象将在实验中得到证实。三、实验步步骤1、起动水水泵，给给水箱连连续供水水，当水水位升至至溢流板板上端时时，水由由此溢出出，调节节水泵出出水阀门门，使液液面保持持恒定不不变，即即作用水水头不变变。与此