虹吸现象原理实验

虹吸现象原理实验

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验

说

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上海同广科教仪器有限公司

2014年8月

虹吸现象原理实验说明书

一、实验目的

1.观察虹吸发生、发展及破坏的过程。

2. 理解虹吸工作的原理及估算虹吸管能使虹吸正常工作的高

下面应用稳定总流量能量方程来分析和求解虹吸管水流的流速、流量、虹吸高度等问题。

下图中，首先选取通过虹吸管水流出口点的水平面0—0 ′为基准面。然后根据已知条件，正确选择计算断面，为了求解管内流速及流量，我们应选取通过水池表面A 点的断面1—1和通过虹吸管出口处C 点的断面2—2，列出稳定总流量能量方程：

2

222w V H h g

α=

+

由上式可以看出，虹吸管引流液体的能量来自虹吸管出口至容

器内水面间的位能（位置水头）H ，它的一部分用于克服虹吸管内的

阻力，即损失能量hw ，另一部分用于转变为流速水头2

22V g

，以保证有

一定的流量流出。由此可得虹吸管内的断面平均流速为：

22()w V g H h =- 因而通过虹吸管的流量为：

2222()4

4

w Q d V d g H h ππ

==-

虹吸高度h （即虹吸管的顶点到容器水面的距离）是有一定限制的。下面我们通过对虹吸管最高处的水力特性分析来说明，仍以上面所选的0—0 ′为计算基准面，并对断面1—1和断面3—3写出稳定总流能量方程：

2

2

3

33111322w P V V H H h h g

g

ααγ

-+

=++

+

+

由于2

1102V g α≈及31α≈，则：23

3132w V P h h g γ-⎛⎫

=++ ⎪⎝⎭

式中右边括弧中各项皆为正值，为负值，即C 点产生真空，其真空度为：

2

3

132w P V h h g

αγ

-=

++

因此，对于水来讲，虹吸高度h

的理论值应为：

2

13210()2w V h h mH O g

-=-+

通过弯管流量计的流量为：

Q η= (2/)f D r η= 四、实验步骤

1.将测压小水箱中加水至1/2。为增加演示效果，可在水中加入少量红墨水。

2.开启水泵，向高水位水箱，低水位水箱注水，使高水位水箱有溢流，低水位水箱水位达到23后，关闭供水阀。

3.打开低位水箱的放水阀，在虹吸管形成真空后，水流将由高位水箱向低位水箱流动，同时能看到测压小水箱中的各测压管中的水位的变化，显示管路中各处的真空压力值，其它两根用以测量虹吸管路中弯管流量计的压差。

4.打开螺塞，吸入空气，可观察虹吸之破坏过程。 五、思考题

1、为什么虹吸式出水流道出口下方会出现涡旋？

2、如何消除虹吸式出水流道出口下方出现的涡旋？