实验八 局部阻力损失实验
一、实验目的要求
1．掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能； 2．通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径；
3．加深对局部阻力损失机理的理解。 二、实验装置
本实验的装置如图8.1所示。
8 4 9
5 10
6 11
7
12
图8.1
局部阻力系数实验装置图
1.自循环高压恒定全自动供水器 2.实验台 3. 回水管 4.恒压水箱 5.溢流板 6.稳水孔板 7.突然扩大实验管段 8.测压计 9.滑动测量尺 10.测压管 11. 突然收缩实验管段 12. 实验流量调节阀
实验管道由小→大→小三种已知管径的管道组成，共设有六个测压孔，测孔1-3和3-6分别测量突扩和突缩的局部阻力系数。其中测孔1位于突扩界面处，用以测量小管出口端压差值。
三、实验原理
写局部阻力前后两断面的能量方程，根据推导条件扣除沿程水头损失可得： ⒈突然扩大
采用三点法计算，下式中hf1?2由hf2?3按流长比例换算得出 。
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实测
2???p1?αv12???p2?αv2???hje???Z???Z???hf1?2? ?1γ?2g???2?2gγ????????ξe?hjeαv122g
理论
??(1?ξeA12) A2αv12?h?je?ξe 2g2．突然缩小
采用四点法计算，下式中B点为突缩点，hf4?B由hf3?4换算得出，hfB?5由hf5?6换算得出。 实测
22??????p5?αv5p4?αv4????hjs???Z4???2g?hf4?B????Z5?γ??2g?hfB?5? γ????????ξs?hjs2αv52g
经验
ξs??0.5(1?A5) A32αv5?h?js?ξs 2g四、实验方法与步骤 1．测记实验有关常数。
2．打开电子调速器开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。待水箱溢流后，检查泄水阀全关时，各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。
3．打开泄水阀至最大开度，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法或用电测法测记流量。
4．改变泄水阀开度3～4次，分别测记测压管读数及流量。
5．实验完成后关闭泄水阀，检查测压管液面是否齐平？否则，需重做。 五、实验成果及要求 1．记录、计算有关常数：
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d1?D1? cm，
d2?d3?d4?D2? cm，
d5?d6?D3? cm， l1-2?12cm， l5?6?6cm
l2-3?24cm， l3-4?12cm，
l4-B?6cm， ??(1?ξelB?5?6cm，
AA12)= ， ξs??0.5(1?5)= 。 A2A32．整理记录、计算表（见表8.1、8.2）。
3．将实测ξ值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。
表8.1 记录表 次序 1 2 3 4 5 6 流量(cm3/s) 体积(cm3) 时间(s) 1 2 测管读数(cm) 3 4 5 6
六、实验分析与讨论
1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系。
2．结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突缩局部阻力损失的主要 部位哪里？怎样减小局部阻力损失？
3．现备有一段长度及联接方式与调节阀（图8.1）相同，内径与实验管道相同的直管段，如何用两点法测量阀门的局部阻力数？
☆4．实验测得突缩管在不同管径比时的局部阻力系数（Re?10）如下：
序号 1 0.2 2 0.4 3 0.6 4 0.8 5 1.0 5 0.48 0.42 0.32 0.18 0 试用最小二乘法建立局部阻力系数的经验公式。
☆5．试说明用理论分析法和经验法建立相关物理量间函数关系式的途径 。
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实验九 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。
二、实验装置
本实验的装置如图9.1所示。
图9.1
空口管嘴实验装置图
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.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
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管嘴2#的真空度。防止溅板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挡水，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间的间距，即为射流收缩断面直径。本设备还能演示明槽水跃。
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三、实验原理
Q??εA2gH0?μA2gH0
流量系数
μ?QA2gH0
收缩系数
Acdc2 ε??Ad2流速系数
??vc2gH0??1? ?1??阻力系数
??1?2?1
四、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＃圆角管嘴，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＃圆锥形管嘴，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7(2)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。 五、实验成果及要求 1．有关常数
圆角管嘴d1? cm，出口高程读数Z1?Z2? cm， 直角管嘴d2? cm，
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圆锥管嘴d3? cm，出口高程读数Z3?Z4? cm， 孔 口d4? cm。 2．整理记录及计算（见表9.1）。
表9.1 记录表
分类 项目 水面读数 圆角管嘴 直角管嘴 圆锥管嘴 孔 口 H1(cm) 体积(cm) 时间(s) 流量(cm/s) 平均流量 (cm/s) 水头(cm) 面积A(cm) 测管读数(cm) 真空度(cm) 收缩直径dc (cm) 流股形态 2333 注：流股形态：①光滑圆柱；②紊散；③圆柱形麻花状扭变；④具有侧收缩的光滑圆柱；⑤其它形状
六、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。
2．观察dH?0.1时，孔口出流的侧收缩率较dH?0.1时有何不同？ 3．试分析完善收缩的锐缘薄壁孔口出流的流量系数μQ有下列关系：
μQ?f(d,Re,We) H其中We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（μQ?0.611）的原因。
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