孔口与管嘴出流实验
工程流体力学课件5孔口、管嘴出流及有压管流
H
0v02 2g
v2 2g
hw
忽略管嘴沿程损失，且令
H0
H
0v02
2g
则管嘴出口速度
v 1
2gH0 n 2gH0
Q vA n A 2gH0 n A 2gH0
其中ζ为管嘴的局部阻力系数，取0.5；则
流速系数 流量系数
n
1
1 0.82 ＜孔口 0.97 ~ 0.98 1 0.5
说明管嘴过流能力更强
l1, l2 ,1, 2 , n, 1, 2 , 3
求 泄流量Q， 画出水头线
3
Rd 4
R, n
C
1 n
1
R6
8g C2
1, 3 H
1
2 l1
2
l2
v
1
2gH
1
l d
1
2
1
出口断面由A缩小为A2
出口流速
v2
管内流速
v2
A2 A
3
新增出口局部损失 3
v2
2gH
13
(
l d
1
2
)
A2 A
2
= =
H+h 0
h
v2
l v2
v2
( )
2g
d 2g
2g
1
用3-3断面作 下游断面
O1
H
v
23
h O 出口水头损失
按突扩计算 23
( z1
p1
1v12
2g
) (z3
p3 )
3v32
2g
h f 12
h j12 h j23
= = = = =
H+h
流体力学孔口管嘴出流实验报告
3)直角形管嘴：流股发生收缩，收缩断面前后与管壁分离，中间形成漩涡区，产生负压，出现了管嘴真空现象。
3、分析为什么三种管嘴的流量系数不同，何者最小？
因为三种管嘴的形状不同所存在的沿程水头损失和局部水头损失不同，以及形成的真空度也不同，所以流量系数不同，直角形管嘴流量系数最小。
1.记录计算有关参数
圆角形管嘴d1=1.20cm，直角形嘴d2=1.20cm，圆锥形嘴d3=1.20cm；
出口高程读数Z1=Z2=19cm，出口高程读数Z3=Z4=12cm，
孔口d4=1.20cm。
2.实验记录与计算
分类项目
1圆角形管嘴
2直角形管嘴
3圆锥形管嘴
4孔口
水面读数H1/cm
42.10
42.45
4.掌握孔口、管嘴出流的流量计算公式与流量系数的大小。
2、实验原理
三、使用仪器、材料
实验仪器：孔口与管嘴出流实验仪
仪器元件：自循环供水器、实验台、无级调速器、水箱、溢流板、稳水孔板、孔口、管嘴、挡水旋板、移动触头、上回水槽、标尺、测压管、接水盒、回水管等。
流体介质：水、气，实验装置如图：
四、实验步骤
实验记录与计算分类项目孔口水面读数h1cm体积vcm328802940316631142946304628322742时间ts流量qcm3s平均流量qcm3s作用水头hocm面积acm2流量系数u测管读数h2cm收缩系数流速系数阻力系数流股形态光滑水柱无收缩不光滑紊乱水柱光滑水柱扭变光滑水柱侧收缩六结果及分析1分析孔口出流与管嘴出流量系数的影响因素
平均流量Q‘/（cm³/s）
第五章 孔口、管嘴出流和有压管路
(2)管嘴长度l=(3～4)d。
5.2.4 其他形式管嘴
工程上为了增加孔口的泄水能力或为了增加(减少)出 口的速度，常采用不同的管嘴形式
(1)圆锥形扩张管嘴 （θ=5～7° ） (2)圆锥形收敛管嘴 （较大的出口流速 ） (3)流线形管嘴 （阻力系数最小 ）
孔口、管嘴的水力特性
5.3 有压管路恒定流计算
1
从 1→2 建立伯努利方程，有
v2 H 0 00 n 2g 2g 2g
l (3 ~ 4)d
0v0 2
v 2
H
c
0 d
2
0
1 v n
2 gH0 n 2 gH0
c
2
n 0.5
式中：
1 n n
1
n 为管咀流速系数， n 0.82
pc
0.75H 0
对圆柱形外管嘴：
α=1， ε=0.64， φ=0.82
5.2.3 圆柱形外管嘴的正常工作条件
收缩断面的真空是有限制的，如长江中下游地区， 当真空度达7米水柱以上时，由于液体在低于饱和蒸汽 压时会发生汽化 。 圆柱形外管嘴的正常工作条件是： (1)作用水头H0≤9米；
5.2 管嘴出流
一、圆柱形外伸管嘴的恒定出流
计算特点: 出流特点:
hf 0
在C-C断面形成收缩，然后再扩大，逐步充满 整个断面。 1
l (3 ~ 4)d
H
c
0 d
2
0
c
2
1
在孔口接一段长l=(3～4)d的 短管，液流经过短管并充满出口 断面流出的水力现象成为管嘴出 流。 根据实际需要管嘴可设计成： 1）圆柱形：内管嘴和外管嘴 2）非圆柱形：扩张管嘴和收缩 管嘴。
孔口与管嘴出流实验
实验八孔口与管嘴出流实验一、实验目的1、掌握测定薄壁孔口与管嘴出流的断面收缩系数ε、流量系数μ、流速系数φ、局部阻力系数ξ的测量方法；2、观察各种典型孔口及管嘴自由出流的水力现象，并通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口形状对过流能力的影响，及相关水力要素对孔口出流能力的影响。
二、实验原理在盛有液体的容器侧壁上开一小孔，液体质点在一定水头作用下，从各个方向流向孔口，并以射流状态流出，由于水流惯性作用，在流经孔口后，断面发生收缩现象，在离孔口1/2直径的地方达到最小值，形成收缩断面。
若在孔口上装一段L=(3-4)d的短管，此时水流的出流现象便为典型的管嘴出流。
当液流经过管嘴时，在管嘴进口处，液流仍有收缩现象，使收缩断面的流速大于出口流速。
因此管嘴收缩断面处的动水压强必小于大气压强，在管嘴内形成真空，其真空度约为h v=0.75H0，真空度的存在相当于提高了管嘴的作用水头。
因此，管嘴的过水能力比相同尺寸和作用水头的孔口大32%。
在恒定流条件下，应用能量方程可得孔口与管嘴自由出流方程：Q=φεA(2gH0)1/2 =μA(2gH0)1/2流量系数μ=Q/[A(2gH0)1/2]收缩系数ε=A c/A=d2c/d2流速系数φ=V c/(2gH0)1/2=μ/ε=1/(1+ξ)1/2阻力系数ξ=1/φ2-1三、实验设备图8-1 孔口与管嘴实验装置图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、供水管；6、回水管；7、孔口管嘴：(A-A图内小字标号1#为喇叭进口管嘴，2#为直角进口管嘴，3#为锥形管嘴，4#为孔口)；8、防溅旋板；9、测量孔口射流收缩直径的移动触头；10、回水槽；11、标尺；12、测压管。
四、实验步骤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#圆角管嘴，待水面稳定后，测定水箱水面高程标尺读数H 1，用体积法(或重量法)测定流量Q(要求重复测量三次，时间尽量长些，要在15秒以上，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。
第7章 孔口管嘴出流
令
H0
=
H
0v0 2
2g
，c = 1.0
0
则
H0
=
(1
0
)
vc 2 2g
H0 H v0
1
c dc d0
c1112 Nhomakorabeavc =
1
1
2gH0 = 2gH0
0
qV = Acvc = A 2gH0 = m A 2gH0
式中：H 0 ——作用水头（包括行进流速）；
0
——水流经孔口的局部阻力因数；
圆柱形外管嘴：先收缩后扩大到整满管。
按
管 嘴
流线形外管嘴：无收缩扩大，阻力系
的 形
数最小。
m=0.82
状
(a)
和 圆锥形扩张管嘴：较大过流能力，较
装 置
低出口流速。引射器，水轮机尾
情 况
水管，人工降雨设备。
分 圆锥形收缩管嘴：较大出口流速。水力
m=0.9~0.96
(c)
挖土机喷嘴，消防用喷嘴。
m=0.9~0.98 (b)
相邻壁面的距离大于同方向孔口尺寸的3倍（l>3a或 l>3b）。
不完善收缩( Non-perfect Contraction) ：不满
足上述条件的孔口出流 。
l>3a a l>3a
bA B
CD
注：不完善收缩的流量因数较完善收缩的流量因数大。
7.2 管嘴出流
管嘴出流（nozzle discharge）：流体流经外管嘴
18
• 孔口在壁面上的位置对m的影响
孔口在壁面上的位置对收缩因数有直接的影响。
全部收缩孔口（Full Contrastive Orifice）：当孔口的全部边界都
孔口、管嘴出流和有压管流_图文_图文
量系数μ和阻力系数ζ。
解①
②求μ 因为
所以 则得
（大气压），及
③ 也可由下式求出
④ 由公式知
所以
例2 一大水池的侧壁开有一直径d=10mm的小圆孔，水池 水面比孔口中心高H=5m，求：出口流速及流量。
假设：①若池壁厚度δ=40mm；②若池壁厚度δ=3mm。
孔口、管嘴出流和有压管流_图文_图文.ppt
管嘴出流的特点：
水流进入管嘴以前的流动情况与孔口出流相同，进入 管嘴后，先形成收缩断面c-c，在收缩断面附近水流与管壁 分离，并形成旋涡区 ，之后 水流逐渐扩大，直至完全充 满整个断面 ，管嘴出口断面 上水流为满管流动。
管嘴出流流段的水头损失包 括经孔口的局部水头损失和 由于水流扩大所引起的局部 损失(略去沿程水头损失）， 即：
解 首先分析壁厚δ对出流的影响： 若δ=l=(3-4)d=(30-40)mm ，则为管嘴出流，若δ=<l
便为孔口出流，当δ=3mm时为薄壁孔口出流，当δ=40mm 时为圆柱形外管嘴出流。
（2）圆柱形外管嘴的恒定出流
以图示的水箱外接圆柱形管嘴为例。设水箱的水面压强 为大气压强，管嘴为自由出流，同样也仅考虑局部阻力。 以过管轴线的水平面为基准面， 写出水箱中过水断面1-1至管嘴 出口断面2-2的能量方程：
式中 其中ζn称为管嘴出流的阻力系数，根据实验资料其值约为0.5
令
将以上两式代入能量方程，可解 得管嘴出口断面平均流速：
所以，圆柱形外管嘴的正常工作的条件是：
（1）作用水头
（2）管嘴长度
其他形式的管嘴，如扩散管嘴、收缩管嘴和流线形管嘴 等，不再一一讨论。
第七章孔口、管嘴出流和气体射流
[例7-2] 某水管上安装有一孔板流量计，参见图。测得 ΔP=100mmH20，管道直径D=100mm，孔板直径d = 40mm，试 求水管中流量Q。 [解] （1）此题为液体淹没出流。首先利用式（7-7）确定孔口作 2 2 用水头H0值 p1 1v1 p2 2 v2
H 0 ( z1
分析有 z1 z 2 ， v1 v2
第七章 孔口、管嘴出流和气体射流
图7-1 孔口自由出流
第一节
孔口出流
一、薄壁孔口自由出流 图7-1给出一自由出流薄壁小孔口。设孔口在出流过程中，容器内 水位保持不变，则水流经孔口作恒定出流。 则流速计算公式为 vc 2gH0 （7-3） 式中 vc— 孔口自由出流收缩断面C-C上实际流体的流速，m/s； ¢ — 孔口的流速系数。对圆形薄壁小孔¢ =0.97~0.98。 （7-4）
p0 0.6
(2）计算每个孔口的送风量 由公式
Q A
2
4
则向房间总的送风量 量，单位：个）
0.0052
Q N Q（N为孔口数
2 300 2.63 104 m 3 / s 1.205
Q 200 2.63104 0.0526 m3 / s 189.2m3 / h
第一节
孔口出流
二、薄壁孔口淹没出流 如前所述，当流体由孔口出流到流体空间称为淹没出流，本节讨 论的是等密度流体的淹没出流. vc 2gH0 （7-9） 式（7-9）为液体淹没出流流速计算公式。式中H0为淹没出流作用 水头，根据具体条件确定。 ф为淹没出流流速系数。 淹没出流的流量计算公式
2 2 0 1
水力学与泵站实验—孔口管嘴出流实验
《流体力学、泵与泵站综合实验》实验报告开课实验室：流体力学实验室 年 月 日 课程 名称 流体力学与水泵综合实验实验项目 名 称孔口管嘴出流实验成绩教师评语教师签名：年 月 日一、实验目的1.掌握均匀流的压强分布规律一斤非均匀流的压强分布特点。
2.验证不可压缩流体恒定流动中各种能量间的相互转换。
3.学会使用测压管与测速管测量压强水头，流速水头与总水头值。
4.理解毕托管测速原理。
二、实验原理实际流体在流动过程中除遵循质量守恒原理外，必须遵守动能定理。
质量守恒原理在一维总流中的应用为总流的连续性方程，动能定理在一维总流中的应用为能量方程。
他们分别如下：Q 1=Q i =v 1A 1=v i A iiw i i i h gv p z g v p z -+++=++12)(2)(22111αγαγ对于某断面而言，测压管水头等于该断面的总水头减去其流速水头。
即:Z + =H-同样，断面平均流速也可以用总水头减去断面的测压管水头得到： = H-(z+)六、实验结果及分析50035022003 4 5（6）9 1012 1315（14）16（17）18 0190 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 按文丘里流量计计算的流量大于实际流量。
实验分析与讨论1 均匀流断面的测压管水头与压强分布与非均匀流断面测压管水头与压强分布不同。
2 实际流体的测压管水头不能沿程升高，总水头沿程降低。
流速不沿程减少。
3 毕托管测定流速不准确，因为测得的是中心流速而不是断面平均流速。
4用测压管测测压管水头再用毕托管测总水头差值为流速水头即可由此算得流速5 3到10产生沿程水头损失，10到13以及13到15产生局部水头损失。
利用毕托管之间的差值确定。
孔口自由出流孔口淹没出流管嘴出流简单回
z2 1v g 122 2v g 22hw2 2v g 22
vc2vc2 2g 2g
式中断面1到2的能量损失可看作
断面1至断面c的能量损失与断面
c至断面2的能量损失之和。前者
与自由出流的能量损失相同，为
vc2 2g ，后者可看着圆管突扩
的能量损失，为
1Ac
。 A2
2
vc2 2g
vc2 2g
第五章 孔口管嘴管路流动
§5.1 孔口自由出流 §5.2 孔口淹没出流 §5.3 管嘴出流
5.4 简单回路 5.5 管路的串连与并联 5.6 管网计算基础 有压管中的水击
§5.2 孔口淹没出流
在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口 出流到液体中，称为孔口淹没出流。如图为孔口淹没出流， 列1、2两断面的能量方程有
• 已有泵和风机，即已知作用水头，并知用户所需流量及末端水头，在 管路布置后已知管长，求管径。 这类问题是先求得单位长度上的允许损失水头，查手册确定当 量长度，求出管径，最后校合计算。
§5.7 有压管中的水击
水击（又名水锤）： 在有压管道中的流速发生急剧变化时，引起压强的剧烈
波动，并在整个管长范围内传播的现象。 一、水击的物理过程
二、直接水击与间接水击 水击的相：水击波自阀门向水池传播并反射回到阀门所需
的时间，以 t r 表示，两相为一个周期。即
tr 2Lc
直接水击：若阀门的关闭时间 ts tr ，则水击波还没有来
得及自水池返回阀门，阀门已关闭完毕。那么阀门处的水 击增压，不受水池反射的减压波的消弱，而达到可能出现 的最大值。
为dH，则dt时段内孔口的泄水量为
qdt dH，取 H0 H，应用定常流孔口自由出流的流量公
孔口、管嘴实验
二、设备外形图：
管 嘴 稳水箱 测压管
计量水槽 水箱、水泵
三、 实验原理 1、孔口出流：d／H <0.1 的小孔口，当为完全收缩时，由于水流惯性 作用，在离孔口约 d ／2 的断面处，水股断面收缩到最小，该收 Ac 缩断面 与孔口断面面积 A 的关系为 Ac= ξc A ，即 ξc=Ac／A，ξc 称为收缩系数。 对水面，收缩断面列能量方程式，可得 H o=(1+ζ c ) Vc／2g 由此得 V c= 1／ 1 ζc 令ψ = 1／ 1 ζc ， × 2gHo 则 Vc =ψ 2gHo
式中：ζ c —阻力系数，ζ c =0.06； Vc —孔口出流断面上的流速（m/s） ； ψ —孔口流速系数； Ho —孔口的作用水头（m） 。 孔口的出流量 Q = AcVc = Acψ 2gHo =ξAψ 2gHo 设ξ ㎜ = μ， 则 Q = μA 2gHo 式中：Q—孔口出流的流量； μ —孔口的流量系数。 2、管嘴出流：当器壁较厚或孔口加接短管并且器壁厚度或管长相当 于孔口直径的 3～4 倍时，则称作管嘴，也叫做厚壁孔口。这种出流 现象称作管嘴出流，在管嘴内存在一个收缩断面 ，液流在随后扩大 时，将出现旋涡区，常称这种收缩为内部收缩。我们对水面 与管嘴 出口断面处列能量方程得： H o=(1+ζ) V22 /2g 由此得管嘴出流的流速: V =V2 = 1/ 式中：ξ —阻力系数，ξ =0.5； V —管嘴出流的流速（m/s） ； Ho —管嘴的作用水头（m） ； ψ —管嘴的流速系数。
五、实验数据 孔口 d = 0.8 类型 Ac (m2 ) 孔口 cm，管嘴 d = 0.8 A ( m2) ξ
孔口与管嘴出流实验
实验原理
在稳定水位下用量筒及秒表测量各孔口、管嘴的流
量。根据孔口、管嘴流速、流量公式，可推倒出相
应流速系数、流量系数；在稳定水位下，用卡尺测
量孔口流束最小收缩直径 d c , 从而得到 A c。
实验目的和内容
• 1.了解孔口、管嘴恒定自由出流特征，根据流量
公式，计算相关参数，分析流量影响因素。 2.在恒定水头下，测定孔口管嘴的流量系数，收
2. 试比较薄壁圆孔口和圆柱管嘴的流速系数、流 量系数, 说明当二者的作用水头、出口直径 d 相 同的情况下，哪一个流量较大？为什么？
缩系数，流速系数并比较它们的流量大小。
实验设备
1 进水管 2. 水位指示器 3. 进水开关 4.管嘴1 5.管嘴2 6.薄壁圆孔口 8. 水箱
测具
1 游标卡尺一把；2. 量桶一只 3. 秒表一只
实验步骤
• 1、用游标卡尺记录各孔口、管嘴的出口直径；然后关闭各孔口、 管嘴出口。 • 2、开启进水开关注水；当水位接近水箱最高水位时，首先打开薄 壁圆孔口（其余管嘴关闭），调节进水开关，使水位缓慢上升至 最高水位，并保持有少量溢流，待水箱水位稳定后，读记该水位 高度 H 。 • 3、在稳定水位下用量水桶、秒表及磅秤测量薄壁圆孔口的流量。 • 4、用游标卡尺测量流束最小收缩断面处流束直径。 • 5、关闭薄壁圆孔口，依次打开各管嘴，按照步骤2、3各重复测量 两次； • 6、 实验完毕，将实验水箱内水全部排尽，整理好仪器设备并放 回原处。
ε= Ac /A
体积 ㎝3
时间 （秒）
流量嘴2 2
1 管嘴3 2
孔口管嘴类型
实验次数
流量(㎝3/s)
流速㎝/s）
流量系数μ
流速系数ψ
孔口与管嘴出流
出流流量为：
Qv CA 2gH
其中 C CcCv 为薄壁小孔口出流流量系数。 薄壁小孔口定常自由出流计算计算的关键是系 Cv 和C Cv 、 C 和 0 的确定。 Cc 和 0 由实验确定， 数 Cc 、 由公式计算。 由大量实验资料得知，各系数的大小取决于流动 的Re数、孔口出流的收缩程度、孔口边缘的情况等等， 而孔口的形状影响较小。因此，不论孔口形状如何， 都可以借助圆形小孔口的数据计算。
筒式减振器，在压缩和伸张行程中均能起减振作用
双向作用筒式减振器工作原理说明。在压缩 行程时，指汽车车轮移近车身，减振器受压缩， 此时减振器内活塞3向下移动。活塞下腔室的容积 减少，油压升高，油液流经流通阀8流到活塞上面 的腔室（上腔）。上腔被活塞杆1占去了一部分空 间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积， 一部分油液于是就推开压缩阀6，流回贮油缸5。 这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力。 减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减 振器受拉伸。这时减振器的活塞向上移动。活塞 上腔油压升高，流通阀8关闭，上腔内的油液推开 1. 活塞杆；2. 工作 缸筒；3. 活塞；4. 伸张阀4流入下腔。由于活塞杆的存在，自上腔流 伸张阀；5. 储油缸筒； 压缩阀；7. 补偿 来的油液不足以充满下腔增加的容积，主使下腔 6. 阀；8. 流通阀；9. 产生一真空度，这时储油缸中的油液推开补偿阀7 导向座；10. 防尘罩； 11. 油封 流进下腔进行补充。由于这些阀的节流作用对悬 双向作用筒式减振器 架在伸张运动时起到阻尼作用。
第五章 流体孔口出流与缝隙流动
24
模型：以图5-7所示的管嘴 定常自由出流为例，分析 其出流速度和流量等参数 的确定方法。 设液面大气压强，液 体自管嘴出流到大气。
第五章孔口管嘴出流
量
H0与孔口位置无关
特例：P1= P2=Pa，v1= v2 =0 H 0z1z2H
收缩断面流速
vC
1
11
2gH 0 2gH 0
孔口流量 QvCA CvCA CA2g0 H
与自由出流一致
气体： 作用压力
p0p1p2
v1 2v2 2 2
（略去高差）
流速
v 2 p0
流量
Q A
2 p0
p0 0 排气
说明收缩断面存在真空，真空度为0.756H0，而孔 口收缩断面在大气中，真空的抽吸作用使管嘴流 量增加。
作用水头H0越大，管嘴内的真空度也越大，当超 过7m水柱时真空区将被破坏，无法保持满管出流。
4.管嘴的种类
（a）圆柱外伸管嘴； （b）圆柱内伸管嘴 ； （c）外伸收缩型管嘴 ； （d）外伸扩张型管嘴 ； （e）流线型外伸管嘴
小孔口（small orifice ）：当孔口直径d（或高度e） 与孔口形心以上的水头高度H的比值小于0.1，即 d/H<0.1时，可认为孔口射流断面上的各点流速相 等， 且各点水头亦相等。
2)根据出流条件的不同可分为:
自由出流（free discharge）：若经孔口流出的水 流直接进入空气中，此时收缩断面的压强可认为是 大气压强，即pc=pa。
u02 u12 C
2p
C
2p
u0 1 ( A0 )2
C
A1
C 0 1 ( A0 ) 2
则
u0 C0
2p
将U形压差计公式
A1
u0 C0
2Rg(0 )
根据u0即可计算流体的体积流量为流量系数或孔流系数，其值由实验测定。C0主 要取决于管道流动的雷诺数Re、孔面积与管道面积比A0/A1, 同时孔板的取压方式、加工精度、管壁粗糙度等因素也对
流体力学孔口管嘴出流实验分析报告
2、实验原理
三、使用仪器、材料
实验仪器：孔口与管嘴出流实验仪
仪器元件：自循环供水器、实验台、无级调速器、水箱、溢流板、稳水孔板、孔口、管嘴、挡水旋板、移动触头、上回水槽、标尺、测压管、接水盒、回水管等。
流体介质：水、气，实验装置如图：
四、实验步骤
1、记录参数d1=1.20cm,d2=1.20cm,d3=1.20cm,d4=1.20cm;z1=z2=19cm,z3=z4=12cm。
2、通电充水逐一打开1-4#孔口管嘴，待液面稳定后分别测记H、Q。
3、用游标卡尺测读孔口收缩断面处直径d。
4、关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。
5、实验过程原始记录(数据、图表、计算
／
／
／
0.972
收缩断面Ac/cm2
／
／
／
0.742
收缩系数
1.0
1.0
1.0
0.66
流速系数
0.93
0.85
0.97
0.95
阻力系数
0.16
0.38
0.06
0.11
流股形态
光滑水柱、无收缩
不光滑、紊乱水柱
光滑水柱
扭变光滑水柱、侧收缩
六、结果及分析
1、分析孔口出流与管嘴出流量系数的影响因素。
孔口的流量系数：1、孔口的形状：不同形状的孔口，其出流时的局部阻力和断面收缩情况有所不同，从而影响的大小。但对于小孔口，孔口的形状对流量系数的影响不大。2、孔口的边缘情况：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，孔边修圆后，收缩减小，收缩系数和流量系数增大。3、孔口离容器边界的距离：边壁的整流作用会影响收缩系数进而影响流量系数。
孔口与管嘴出流实验
孔口与管嘴出流实验
在流体力学研究中，孔口与管嘴出流实验是比较基础的实验之一。
这个实验能够让我们研究流体在不同的几何形状中的流动规律，可以帮助我们理解不同几何形状对流体流动特性的影响，进而为相关工程设计提供参考。
孔口出流实验是一种简单而又直观的实验方法，它可以用来观察流体从不同形状的孔口流出的情况。
孔口可以是圆形的，也可以是方形的，还可以是其它形状。
在实验中，我们将容器放置在水平面上，用各种不同形状的孔口使水从容器中流出，然后观察流动的特征。
在孔口出流实验中，我们可以测量出流量、流速、流量系数等参数。
通过测量不同孔口流出的液体量与流速，可以得到针对每一种孔口形状的流量系数。
流量系数是实验中一个非常重要的参数，它可以通过公式κ = Q/AV 进行计算，其中 Q 表示流量，A 表示孔口面积，V 表示孔口出流速度。
另一个常见的实验是管嘴出流实验。
管嘴出流实验是研究流体在管道中流动的实验。
管嘴的形状可以是圆形、方形或其它几何形状。
在实验中，我们将流体注入一根直管道中，然后观察流体从管嘴处流出的情况。
在管嘴出流实验中，我们可以测量出流量、流速、管嘴的阻力系数等参数。
通过对这些参数的测量，我们可以为研究流体在管道中的流动提供重要的实验数据。
在管道中，流体受到管道的阻力作用，因此在管嘴处流出的流体速度比管道内的平均速度要慢一些。
通过测量出口流速与管道内平均速度的比值，我们可以得到管嘴的阻力系数。
管嘴的阻力系数可以用来计算流体在管道中受到的阻力，在研究管道工程设计时非常有用。
孔口与管嘴出流实验
水位读数，真空测压管读数并记录，重复以上动作并记录。然后关闭圆柱管嘴。
4. 打开流线管嘴塞子,保持少量溢流,关闭量水箱阀门,调节初水位h1到 2.5cm 处，并记录，将接水器置于管嘴出口 处，同时按秒表，当水位达到 23cm 左右时，将接水器快速移离管嘴同时按下秒表，然后记录秒表读数，量水箱
水位读数，重复以上动作并记录，然后打开圆柱管嘴。观察两种管嘴的流动。最后关闭所有管嘴。
水力学及流体力学实验仪系列产品
孔口与管嘴出流实验
河北展博教学仪器设备有限公司
1
(一)、实验目的 1．测量计算孔口与管嘴出流的流速系数ф、流量系数µ、收缩系数ε。
2．观察典型孔口与管嘴出流的流动特征。 （二）实验段简图
1-水泵 2-溢流管 3-供水箱 4-水位测压管 5-真空测压管 6-1-圆柱管嘴 6-2-流线管嘴 6-3-园边孔口 6-4-薄壁孔 口 7-接水器 8-量水箱 9-存水箱 10-进水阀
表1
常数 直径 d
分类 ㎜
薄壁孔口 10
园边孔口 10
圆柱管嘴 10
流线管嘴 10
2．测量记录与计算值 （1）供水箱水位测压管读数 H= （2）圆柱管嘴真空测压管读数 h= （3）薄壁孔口的收缩直径 d=
cm (作用水头) cm cm
3
表2 分类 测次
薄壁 1
孔口
2
园边 1
孔口
2
圆柱 1
管嘴
2
流线 1
管嘴
2
h1 ㎝
流量测量
h2 ㎝
Ts
Q实 ㎝3 s
系数的计算值
ф
µ
ε
4
制造商：河北展博教学仪器设备有限公司 公司地址：河北省涿州市建设路 111-21 号 服务电话：400 600 6832 公司官网：
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孔口与管嘴出流实验
一、实验目的要求
１．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；
?２．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。
孔口管嘴实验装置简图
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. 孔口管嘴(1#喇叭进口管嘴2#直角进口管嘴3#锥形管嘴4#孔口)
8. 防溅旋板
9. 测量孔口射流收缩直径移动触头10. 上回水槽11. 标尺12. 测压管
二、实验原理
流量系数
收缩系数
流速系数
阻力系数
三、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，
，测定流量Ｑ（要求重复测量三次，时间尽量长些，以求准确），测记水箱水面高程标尺读数Ｈ
1
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。
及流量Ｑ，观察和量测直角?３．依照上法，打开2＃管嘴，测记水箱水面高程标尺读数Ｈ
1
管嘴出流时的真空情况。
及Ｑ。
?４．依次打开3＃园锥形管嘴，测定Ｈ
1
及Ｑ，并按下述7(2)的方法测记孔口收缩?５．打开4＃孔口，观察孔口出流现象，测定Ｈ
1
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。
四、实验分析与讨论
问题一.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。
参考答案:
据实验报告解答的实际实验结果可知，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. 935；
直角管嘴出流的流股呈园柱形麻花状扭变，u = 0. 816；
园锥管嘴出流的流股呈光滑园柱形，u = 0. 934；
孔口出流的流股在出口附近有侧收缩，呈光滑园柱形，u = 0. 611。
影响流量系数大小的原因有：
（1）出口附近流股直径，孔口为，其余同管嘴的出口内径，
= 1。
（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的效果就十分显着。
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。
问题二.观察d/H > 0. 1时，孔口出流的侧收缩率较d/H < 0. 1时有何不同？
参考答案：
当d/H > 0. 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。
问题三.试分析完善收缩的锐缘薄壁孔口出流的流量系数有下列关系：
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偏离理论值（
= 0. 611）的原因。
参考答案：
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：
根据定理得?
???????（2）
??????（3）
???????（4）
???????（5）
根据量纲和谐原理，（2）式的量纲应为?
故有
可解得：
即
同理，求得?
将各值代入（1）式，有?
或
又因Q = Av，则
对照流量计算公式
则流量系数应有
或表明影响流量系数有三方面因素。
现结合实验结果和已有资料分析对本实验结果的影响：
（1）< 0. 1时，水流在锐缘孔口前后收缩完全，对无影响；反之> 0. 1时，收缩不完全，增大。
若d/H = 1. 21/31. 5 = 0. 038 < 0. 1，则无影响。
（2）以特征长度d替代H时，很小时，（例< ），因粘滞性影响，使
降低。
实验中若，表明略有影响，使值偏小。
（3）（韦伯数），代表表面张力影响。
这只有当孔口小，流股细，流动慢时，表面张力影响可使降低。
实际实验d = 1. 21cm，表面张力的影响很小，可略。
根据上述分析，实测值比理论值偏小，说明是合理的，不然，可能存在其他影响因素。
如上问题1所述“锐缘薄壁孔口”的锐缘遭磨损，那么值就会显着增大。