清华水力学实验10孔口
孔口流量公式
孔口流量公式孔口流量公式是水力学和流体力学中一个重要的概念。
在咱们日常生活里，其实也能经常发现它的影子。
先来说说孔口流量公式到底是啥。
简单讲，孔口流量公式就是用来计算通过一个孔口的液体或者气体流量的。
一般的表达式是：Q = A ×C × √(2gh) 。
这里的 Q 表示流量，A 是孔口的面积，C 是流量系数，g 是重力加速度，h 是孔口上下游的水头差。
举个例子，咱就说家里的水龙头。
当你把水龙头拧开，水哗哗地流出来，这时候水的流量就可以用孔口流量公式来算一算。
假设水龙头的出水口就是那个孔口，咱们知道出水口的大小，再测量一下水压的差别，就能算出水流的快慢啦。
我记得有一次，我在学校的实验室里和同学们一起做实验。
就是为了验证这个孔口流量公式。
我们准备了各种不同大小的孔口装置，还有测量水压和流量的仪器。
那场面，大家都特别兴奋，一个个摩拳擦掌的。
开始的时候，我们手忙脚乱的，不是测量的数据不准确，就是操作步骤出错。
但是大家都没有放弃，互相帮忙，互相提醒。
有个同学不小心把水弄得到处都是，还差点滑倒，把我们都逗乐了。
经过一番努力，我们终于得到了一组组数据。
然后把这些数据代入孔口流量公式，发现计算出来的结果和实际测量的流量非常接近。
那一刻，大家都欢呼起来，那种成就感简直爆棚。
其实啊，孔口流量公式不仅在生活中的小例子里有用，在很多大工程里也是至关重要的。
比如说水库的放水口设计，灌溉系统的规划，甚至是石油管道的流量控制。
要是没有这个公式帮忙，那可真是会乱套的。
在工业生产中，孔口流量公式也经常被用到。
比如化工厂里的液体输送管道，要控制液体的流量和流速，就得靠这个公式来精确计算。
不然，流量大了或者小了，都会影响生产的效率和质量。
还有消防领域，消防水枪喷水的流量控制，也得依据孔口流量公式来调整。
这样才能在灭火的时候，保证有足够的水量，又不会浪费水资源。
总之，孔口流量公式虽然看起来好像挺复杂，挺专业，但实际上和咱们的生活、工作都紧密相关。
水力学实验报告
水力学实验报告水力学实验报告引言：水力学是研究水在运动过程中的力学规律的学科，广泛应用于水利工程、环境工程和海洋工程等领域。
为了深入了解水力学的基本原理和应用，我们进行了一系列水力学实验。
实验一：流量测量流量是水力学中最基本的参数之一，准确测量流量对于水利工程的设计和运行至关重要。
本实验使用流量计和流速计两种方法进行流量测量，比较了两种方法的准确性和适用性。
实验二：水头测量水头是指水的能量高度，也是水力学中的重要参数。
本实验使用水银压力计和水头计两种方法进行水头测量，探讨了两种方法的原理和误差来源。
通过实验数据的分析，我们得出了水头测量的准确性与仪器精度之间的关系。
实验三：水流速度分布水流速度分布是指水流在截面上的速度分布情况，对于水流的稳定性和流态的判断有着重要意义。
本实验使用激光多普勒测速仪测量了水流在不同截面上的速度分布，并分析了不同因素对水流速度分布的影响。
实验结果表明，水流速度分布与流量、管道形状和摩擦阻力等因素密切相关。
实验四：水流压力分布水流压力分布是指水流在管道中的压力分布情况，对于水力输送和水力机械的设计和运行有着重要影响。
本实验使用压力传感器测量了水流在不同截面上的压力分布，并探讨了不同因素对水流压力分布的影响。
实验结果表明，水流压力分布与流速、管道形状和摩擦阻力等因素密切相关。
实验五：水力波浪水力波浪是指水面上的波浪运动，是水力学中的重要研究对象。
本实验通过模拟水面上的波浪运动，测量了波浪的高度、周期和传播速度，并分析了波浪的形成和传播机制。
实验结果表明，波浪的形成与风力、水深和水面粗糙度等因素密切相关。
结论：通过以上实验，我们深入了解了水力学的基本原理和应用。
流量测量、水头测量、水流速度分布、水流压力分布和水力波浪等实验内容，使我们对水力学的各个方面有了更加全面和深入的认识。
水力学的研究和应用将为水利工程、环境工程和海洋工程等领域的发展提供重要的理论基础和技术支持。
水力学 静水压强演示实验
Δp = ρgΔh .在压差相同的情况下，不同的液体对应不同的液柱高。用这个原理可以测定
液体的重度。
实验设备
如图所示，在一全透明密封有机玻璃箱内注水，并由一乳胶管将水箱与一可升降的调压 筒相连，调压筒的顶部与大气连通。水箱顶部装有排气阀K1，另从孔口K2接出管子与测压排 中的三个U形比压计中的测管 1，3，5 相通，U形比压计 1-2 与水箱不连通，内装液体为油， ρ 油 < ρ 水 ，U形比压计 3-4、5-6 在测点A和B（底部）与水箱接通。从开关K3接出的管子插入 另一容器中的染色水中。
即在连通的同种静止液体中各点对于同一基准面的测压管水头相等。
z 测压管的一端接大气，这样就把测管水头揭示出来了。再利用液体的平衡规律，可知连
通的静止液体区域中任何一点的压强，包括测点处的压强。这就是测压管量测静水压的
原理。
z
压强水头 p ρg
和位置水头
z
之间的互相转换，决定了液柱高和压差的对应关系：
实验数据记录
仪器编号：
有关常数：A点高程 ∇ A =
cm，B点高程 ∇B =
cm， ρ 水 = 1.0×10-3 kg/cm3
测管液面高程读数记录
工况
测次
∇1 (cm)
∇2 (cm)
∇3 (cm)
∇4 (cm)
∇5 (cm)
∇6 (cm)
1
p0 > pa2#源自1p0 < pa
2
#
静压-2
实验结果
静水压强量测结果
a点高程10103kgcm测管液面高程读数记录工况静压2实验结果静水压强量测结果工况表面压强的改变基准面oo线位置的改变对ab两点的位置水头与压强水头有什么影响
水力学 沿程水头损失演示实验
水力学 流体力学
课程教学实验指示书
沿程水头损失量测实验
原理简介
z 对于通过直径不变的圆管的恒定水流，沿程水头损失为：
hf
= (z1 +
p1 ρg
)
−
(
z
2
+
p2 ) = Δh ， ρg
即上下游量测断面的比压计读数差。沿程水头损失也常表达为：
hf
=λ
l d
v2 2g
，
的变化规律。
3. 根据紊流粗糙区的实验结果，计算实验管壁的粗糙系数n值及管壁当量粗糙ks值，并与莫
迪图比较。
实验步骤
1. 预习实验指示书，认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2. 查阅用测压管量测压强和用体积法或三角堰法量测流量的原理和步骤。
沿程-2
3. 开启上下游阀门排气，检查下游阀门全关时，各个测压管水面是否处于同一水平面上。 如不平，则需排气调平。
z 粗糙系数 n 可按下列公式进行计算：
n=
λ
1
R6
，
8g
式中 R 为管道的水力半径，圆管的水力半径 R = d/4，该式适用于紊流粗糙区。
实验设备
本实验分别在直径不同的玻璃管、细铜管、粗铜管、粗铁管和人工加糙管中进行。由于 不同管道中流量和水头损失的数值差别很大，故采用不同的量测方法。各组可按照所选管道， 采用相应的设备及量测仪器。
注意事项
1. 实验时一定要待水流恒定后，才能量测数据。 2. 两个以上同学参加量测实验，读测压管高程、掌握阀门、测量流量的同学要相互配合。 3. 注意爱护秒表等仪器设备。 4. 实验结束后，将上游阀门关闭。
附：直角形三角薄壁堰流量公式
水力学实验(下)_给排水与港航
h-水流深度； q-单宽流量， q Q-总流量； b-渠道的宽度； hc-断面形心处水深。
对于闸下出流的水跃现象，应用断面单位能量和动量原理。 在闸下的收缩断面发生水跃
Q b
( h1 ) ( h 2 )
h2 h h1 h (1 8Fr12 1) 1 (1 8( c ) 3 1) 2 2 h1
9.5( Fr1 1)h1 Lj [8.4( Fr 9) 76]h 1 1
或 或
1.7 Fr 9.0
9.0 Fr 16
L j 10.8h1 ( Fr1 1) 0.93
L j 2.5(0.9h2 )
(H.H.巴甫洛夫斯基经验公式)
3.坡度测量：
水槽在中间转折处将槽身分为两段，每段上均装有水准泡。测定前段Ⅰ的坡度时，先 将Ⅰ调至水平位置，量测测坡点Ⅰ（一般选择槽壁最高点）至平台的距离 1，调至所需坡 度后再量测测坡点至平台的距离 2 则前段的坡度：
i1
1 2 L1
后段Ⅱ的坡度 i 2 的量测方法同前，不再重复。
五、注意事项
1、 由于临界水跃现象很不稳定， 特别是跃后水面波动较大， 量测时应同时确定水跃的跃前 、 跃后断面的位置，并迅速量测。 2、 同一断面上水深会有不同的深度， 实测水深时， 一般沿水槽中心线测量数次取平均值。
六、思考题
1、 在一定流量下， 调节尾门使水跃推前或移后， 分析这种变动对水跃长度和水跃高度有何 影 响。 2、当尾阀一定，改变流量时，跃长和共轭水深如何改变?为什么? 3、试分析远离水跃、临界水跃与淹没水跃，哪种消能率高且冲刷距离短?
土木工程基础实验（试用）
水力学（下） 实验指导讲义、实验报告
流体力学 水力学 第五章
7 H [H0 ] 9m 0.75
§5.3 有压管道恒定流 5.3.1 短管水力计算（Q、d、H） 有压流：水沿管道满管流动的水力现象。 特点：水流充满管道过水断面，管道内不存在自 由水面，管壁上各点承受的压强一般不等于大 气压强。
短管：局部水头损失和 速度水头在总水头损失 中占有相当的比重，计 算时不能忽略的管道. （一般局部损失和速度 水头大于沿程损失 的5% ~ 10%）。一般L/d 1000
1 vc c 0
v
2 0 0
2 gH 0 2 gH 0
v hw h j 2g p c pa
2 c
1 1 流速系数： c 0 1 0
1 1 流速系数： c 0 1 0
实验得： 0.97 ~ 0.98 1 推求： 0 2 1 1 0.06 2 0.97 1
2
d2
5.126m 2g
例5 3：如图所示圆形有压涵管，管长50m, 上下游水位差3m 沿程阻力系数为0.03，局部阻力系数：进口 1＝0.5。 第一个转弯 2＝0.71，第二个转弯 3＝0.65，出口
4＝1.0，要求涵管通过流量大约3m 3 / s, 试设计管径d。
2 1 1
2g
v
v
2 2 2
2 2 2
2g
hw
2g
hw
H0 H
v
2 1 1
2g
v
2 2 2
2g
hw
hw h f h j (
l v
v d 2g 2g
2
2
l
v ) d 2g
水力学 雷诺系数 演示实验
性差，容易发生紊流现象。
z 圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，又分为上临界雷诺数
和下临界雷诺数。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。有实际意义的是下临界雷诺数，表示低于此雷诺数的流动必为层
流，有确定的取值，圆管定常流动的下临界雷诺数取为ReC =2300.(下临界雷诺数也有取 为 2000 的)
2. 测定圆管恒定流动在层流和紊流两种流态下的沿程水头损失hf 与平均流速v的关系，测定 临界雷诺数。
实验步骤
1. 预习实验指示书，认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2. 查阅用测压管量测压强和用体积法量测流量的原理和步骤。 3. 接通电源使水泵正常工作，水箱充水并保持溢流状态，使水位恒定。 4. 打开尾阀至最大，排出实验管道中气泡。关闭尾阀，排出压差计中气泡。 5. 用尾阀调节流量，通过注入的颜色水，观察管中分别为层流和紊流时的流动形态和断面
实验设备
实验装置如图所示。在自循环恒定圆管流上 1，2 两个测孔接上比压计，可量测水头损 失。设有颜色水注入装置，以便显示流态和圆管断面流速分布。管中流速可用尾阀来调节， 设置专用水箱进行流量的量测。
实验目的和要求
1. 观察圆管恒定流动层流和紊流两种流态及其转换现象。观察层流和紊流两种流态下的断 面流速分布情况。
z 由于两种流态的流场结构和动力特性存
在很大的区别，对它们加以判别并分别讨
论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态
为层流时，沿程水头损失与平均流速成正
比，而紊流时则与平均流速的 1.75～2.0
次方成正比。
雷诺-1
z 对相同流量下圆管层流和紊流流动的断 面流速分布作一比较，可以看出层流流速 分布呈旋转抛物面，而紊流流速分布则比 较均匀，壁面流速梯度和切应力都比层流 时大。
(完整版)水力学实验报告思考题答案
水力学实验报告实验一流体静力学实验实验二不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺利方程）实验实验三不可压缩流体恒定流动量定律实验实验四毕托管测速实验实验五雷诺实验实验六文丘里流量计实验实验七沿程水头损失实验实验八局部阻力实验实验一流体静力学实验实验原理在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程或(1.1)式中：z被测点在基准面的相对位置高度；p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；p0水箱中液面的表面压强；γ液体容重；h被测点的液体深度。
另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：(1.2)据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。
实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。
测压管水头线指测压管液面的连线。
实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。
2.当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。
，相应容器的真空区域包括以下三部分：(1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。
(2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。
(3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。
这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。
3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。
最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。
4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。
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实验数据记录
仪器编号： z 根据要求自拟数据记录表格。
实验结果
z 根据Ac和A计算孔口的收缩系数 ε = Ac / A z 计算收缩断面流速 vc = Q / Ac ，算出理想流速 vt = 2gH ，从而算得孔口的流速系数
φ = vc / vt
z 计算流量系数 μ = ε ⋅φ 及阻力系数 ζ = 1 −1
二. 厚壁孔口出流 z 厚壁孔口出流与薄壁孔口出流的差别在于收缩系数和边壁性质有关，注意到收缩系数定
义中的 A 为孔口外侧面积，容易看出孔边修圆后，收缩减小，收缩系数和流量系数都增 大。 三. 圆柱形外伸管嘴出流 z 管嘴出流的局部损失由两部分组成，即孔口的局部水头损失及收缩断面后扩展产生的局 部损失，水头损失大于孔口出流。但是管嘴出流为满流，收缩系数为 1.0，因此流量系 数仍比孔口大，其出流公式为
αc +ζ
其中阻力系数
ζ
=1 φ2
−αc .
一般收缩断面上的动能修正系数αc 取为 1.0
z 流量公式为：
Q = vc Ac = φAc 2gH = φεA 2gH = μA 2gH
式中： μ = εφ 称为流量系数。
z 小孔口淹没出流的相应公式只需将作用总水头改成孔口上下游水位差即可。
孔口-1
z 大孔口出流的流量公式形式不变，只是相应的水头应为孔口形心处的值，具体的流量系 数也与小孔口出流不同。
溢流水头不恒定，影响实验精度。 3. 做完实验后将进水节门关严，箱内水泄空。
孔口-4
清华大学水利水电工程系水力学实验室
水力学 流体力学
课程教学实验指示书
孔口和管嘴出流演示与量测实验
原理简介
z 液体从孔口以射流状态流出，流线不能在孔口处急剧改变方向，而会在流出孔口后在孔 口附近形成收缩断面，收缩断面积Ac与孔口断面积A的关系为Ac= ε A， ε 称为收缩系数。
z 孔口出流的分类：小孔口出流、大孔口出流（按 H/d 是否大于 10 来判定）；定常出流、 非定常出流；淹没出流、非淹没出流；薄壁出流、厚壁出流。薄壁出流确切地讲就是锐 缘孔口出流，流体与孔壁只有周线上接触，孔壁厚度不影响射流形态，否则就是厚壁出 流，如孔边修圆的情况，此时孔壁参与了出流的收缩，但收缩断面还是在流出孔口后形 成。如果壁厚达到 3～4d，就称为管嘴，收缩断面将会在管嘴内形成，而后再扩展成满流 流出管嘴。管嘴出流的能量损失只考虑局部损失，如果管嘴再长，以致必须考虑沿程损 失时就是短管了。
φ2
z 将实测的孔口和管嘴的流量系数 μ 值与 μ 的经验值（薄壁孔口 μ = 0.60，管嘴 μ = 0.82） 进行比较，将实测的圆柱形管嘴的真空高度hv与经验值（hv = 0.75H0）进行比较，并分析 引起差别的原因。
分析思考问题
1. 为什么三角形孔口出流水股收缩成“Y”形截面？为什么方形孔口出流水股呈“＋”形 截面？
v = φn 2gH ， Q = μ n A 2gH = φn A 2gH . z 管嘴出流流量系数的加大也可以从管嘴收缩断
面处存 吸出流量的能力。
实验设备
图为侧壁式孔口出流实验设备，各种孔口与管嘴均位于水箱的侧壁上，孔内径均为d . 水 箱由进水管供水，箱内设有溢流板以保持水头恒定，设有稳水栅以保证水流均匀。各种孔口 和管嘴安装门盖以控制出流。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。用箱壁侧压管量测工作水头H，采用卡钳量测孔径d与收缩直径dc，实验流量Q用称重法 量测。
孔口-2
实验目的和要求
1． 观察各种典型孔口和管嘴出流时的流动现象与圆柱形管嘴内的局部真空现象。 2． 量测孔口和管嘴出流时的阻力系数ζ 、收缩系数 ε 、流速系数φ 和流量系数 μ .
实验步骤
1． 记录有关常数，如各种孔口与管嘴的直径 d，出流中心高程等。 2． 观察分析各种薄壁孔口（圆、方、三角形等）出流水股的收缩现象，观察和量测圆柱形
管嘴出流时的真空高度hv值，并比较圆柱形与圆锥形管嘴（同样内径d）的泄流情况。 3． 用卡钳量测孔口出流收缩断面直径，应多测几次以取其平均值为dc，算出收缩断面面积
Ac . 用测压管量测出相应各孔口及管嘴的水头H . 4． 用磅秤量测通过孔口与管嘴出流的流量，将初始质量、终了质量、净质量和历时计入表
一. 薄壁孔口出流
z 非淹没出流的收缩断面上相对压强均为零。对上游断面 1-1 和收缩断面 C-C 运用能量方
程即可得到收缩断面流速
vc =
1 αc +ζ
2gH 0 = φ 2gH 0
式中： H 0
=
H
+ αv02 2g
，如不计趋近流速水头 αv02
2g
，
也可写为：
vc = φ 2gH
式中：流速系数 φ = 1 ，
2. 为什么同样直径与同样水头条件下，管嘴的流量系数 μ 值比孔口的大？圆锥形管嘴的 μ 值比圆柱形管嘴的大？能做出定量分析吗？
注意事项
1. 进水节门不宜开得太大，以免水流溢出水箱，但一定要保持箱内溢流板随时有溢流，方
孔口-3
可进行实验。 2. 为了在量测过程中保持水头恒定，避免相互干扰，量测哪个孔口就开启哪个孔口，以免