孔口管嘴實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明書(shū)

（一）、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1.觀察典型孔口和管嘴自由出流的水力現(xiàn)象與圓柱管嘴的局部真空現(xiàn)象。
2.測(cè)定孔口、管嘴自由出流的收縮系數(shù)ε，流量系數(shù)μ，流速系數(shù)φ和阻力系數(shù)ζ。
（二）、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)臺(tái)由穩(wěn)壓水箱、計(jì)量水箱、供水箱、水泵等組成。在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的穩(wěn)壓水箱前側(cè)壁上設(shè)置有兩種形狀的孔口以及圓柱管嘴與圓錐管嘴，箱內(nèi)有溢流板以保持水頭恒定，箱前壁裝有旋板，實(shí)驗(yàn)時(shí)更換出流能防止飛濺；孔口和管嘴上安裝門(mén)蓋更換出流。在圓柱形管嘴收縮斷面處設(shè)測(cè)壓管以觀察真空現(xiàn)象并測(cè)量真空值。出水水股由活動(dòng)的觸頭進(jìn)行測(cè)量。在標(biāo)尺上可讀出水箱水位，孔口管嘴的位置高程，及圓柱管嘴的真空度。流量測(cè)量采用體積法，由計(jì)量水箱計(jì)量。秒表由用戶自備。
（三）、實(shí)驗(yàn)原理
⑴孔口出流：（見(jiàn)圖一）對(duì)d/H<0.1的小孔口，當(dāng)為完全收縮時(shí)，由于水流慣性作用，在離孔口約d/2的C—C斷面處，水股斷面收縮到最小，該收縮斷面Ac與孔口斷面積A的關(guān)系為Ac=εA。ε稱(chēng)為收縮系數(shù)。   

圖一
對(duì)水面1-1，收縮斷面C-C列能量方程式，可得
由此得

令  則 
式中：V₀——孔口出流斷面上的流速（m/s）
      φ ——孔口流速系數(shù)，根據(jù)實(shí)測(cè)，由于ζ_c=0.06，所以

H₀ —— 孔口的作用水頭（m）
孔口的出流量即
設(shè)εφ=μ 則
式中： Q ——孔口出流的流量
μ——孔口的流量系數(shù)。根據(jù)實(shí)測(cè)對(duì)于圓形薄壁小孔口
ε= 0.64，φ= 0.97，所以μ= 0.62
（2）管嘴出流：（見(jiàn)圖二），當(dāng)器壁較厚或孔口上加接短管并且器壁厚度或管長(zhǎng)相當(dāng)于孔口直徑的3～4倍時(shí)，則稱(chēng)作管嘴，也叫做厚壁孔口。這種出流現(xiàn)象稱(chēng)作管嘴出流。在管嘴內(nèi)存在一個(gè)收縮斷面C——C，液流在隨后擴(kuò)大時(shí)，將出現(xiàn)旋渦區(qū)，常稱(chēng)這種收縮為內(nèi)部收縮。我們對(duì)水面1——1與管嘴出口斷面2——2處列能量方程得：
由此得管嘴出流的流速：
式中：V——管嘴出流的流速（m/s）
      H₀——管嘴的作用水頭（m）
Φ——管嘴的流速系數(shù)，由于ζ=0.5，因此
通過(guò)管嘴的流量
式中：Q——管嘴的出流流量（m³/s）
      A——管嘴的過(guò)流面積（m²）
      H₀——管嘴的作用水頭（m）
      Μ——管嘴的流量系數(shù)
對(duì)于園柱形外管嘴，由于出口斷面沒(méi)有收縮，因此流量系數(shù)等于流速系數(shù)。即μ=φ=0.82，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可測(cè)量出園柱形外管嘴在C——C處出現(xiàn)收縮斷面，而產(chǎn)生真空。真空度能夠達(dá)到作用水頭的0.75倍，這相當(dāng)于把作用水頭增大75%，
因此管嘴出流的流量大于孔口出流的流量。

圖二
（四）、實(shí)驗(yàn)步驟
1.記錄有關(guān)常數(shù)。如孔口與管嘴的直徑、出口中心高等。
2.將水泵接通電源，并調(diào)節(jié)供水閥門(mén)使水箱有微量溢流，分別打開(kāi)各孔口管嘴的前蓋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
3.觀察各種薄壁孔口出流水股的收縮現(xiàn)象，測(cè)量出流收縮斷面尺寸，計(jì)算收縮斷面面積，測(cè)量孔口收縮管嘴的作用水頭，一般應(yīng)測(cè)3～5次，并取其平均值。
4.測(cè)量孔口與管嘴出流的流量，并重復(fù)測(cè)三次以上。
5.根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算各項(xiàng)系數(shù)。
（五）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
儀器常數(shù)：孔口d =   cm      水頭H =   cm       管嘴d =   cm

類(lèi)  別		V（m3）	t（s）	V（m/s）	Q（m3/s）	A（m3）	真空度
孔 口	圓  形
	矩  形
管 嘴	直管嘴
	錐管嘴