水力学实验指导书 .pdf

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1、.水 力 学 实 验 指 导 书编者：水力学课成组二 OO 九年九月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 44 页 -.绪言一、实验的意义和目的：水力学是一门技术科学，它是力学的一个分支，水力学是以水为主要研究对象。依据水力学的特点，水力学实验就更有它的重要性。我们知道水力学问题，是个错综复杂的问题，它的复杂性就在于影响它的因素很多。不只是由理论分析所能解决。有不少水力学公式都是通过实验而总结出来的。在某些场合，实验就成为解决问题的主要途径。因此，水力学实验，无论对从事理论研究或对解决生产实际问题都具有极其重要的意义。水力学教学实验的目的主要有以下几个方面：1、观察流动

2、现象，扩大感性认识，提高理论分析的能力。2、验证力学原理，测定经验系数值，以巩固所学的理论知识。3、学会使用实验室的基本量测仪器，掌握一定的实验技能。4、培养分析实验数据、整理实验成果及编写实验报告的能力。5、培养严谨踏实的科学作风以及爱护国家财产的良好品德。二、学生实验守则：1、实验前必须认真进行预习预习时应仔细阅读实验指导书及有关的教材资料，明确实验的目的、要求和相关的实验原理，了解操作步骤和有关的仪器设备，做到心中有数，并列绘出实验需要的表格。2、严肃认真进行实验到实验室后必须保持安静，不得谈笑喧哗，不准吸烟，不准乱动与本实验无关的设备。实验前应先组成小组，由小组长负责召集本组同学讨论试

3、验步骤及量测项目，并进行分工轮换，以便有条不紊和协调一致地进行实验。3、保持良好的科学作风实验时，应尊重原始实验数据，不得任意更改。实验后，应进行必要的检查和补充，经指导教师同意后，方能离开实验室。实验课程完成后，应及时整理实验数据，绘制所要求的关系曲线和认真编写实验报告，按时上交批改。4、遵守规章制度，爱护国家财产实验时必须遵守实验室各项规章制度，服从教师和实验人员的指导，严格遵守操作规程，如发生事故或损坏设备，应立即向指导教师和实验人员报告，查清责任，按学校有关规定赔偿和处理。实验中特别注意人身和仪器设备的安全，尽量保持场地的整洁卫生，实验完毕后名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理

4、-第 2 页，共 44 页 -.必须将场地打扫干净，仪器设备按原状整理好。切勿往水中扔脏物废纸，以保持循环水流的清洁。三、水力学实验报告的撰写要求：1、实验报告一般应包括以下内容：（1）实验的目的和要求；（2）实验设备简图；（3）水流现象描述及实验原始记录；（4）实验成果的整理计算和按要求绘制关系曲线图；（5）分析讨论回答思考题并提出结论和问题；2、按上述内容要求认真编写实验报告。实验指导书上所写的原理，仪器设备说明及注意事项不必重新抄写。3、实验报告必须每人独立完成一份，并按时上交。报告书一律用16 开纸书写，要求文字通顺，字迹清楚，表格曲线必须应用相应的工具绘制，实验曲线应画在方格纸或对数

5、纸上。4、实验报告经教师批改发回后，应认真阅读及时改正。不合格的需要重写实验报告或重作实验。实验报告应妥为保管，学期结束时按需要集中整理上交，以备进行考名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 44 页 -.目录（一）水静力学实验（二）能量方程（伯诺里方程）实验（三）动量定律实验（四）毕托管测速实验（五）雷诺实验（六）文丘里流量计实验（七）沿程水头损失实验（八）局部水头损失实验（九）孔口与管嘴出流实验（十）堰流实验（十一）水跃实验名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 44 页 -.（一）水静力学实验一、实验目的要求1、掌握用测压管测量静水压强的技能；

6、2、验证不可压缩水静力学基本方程；3、通过对诸多水静力学现象的实验分析研讨，进一步提高解决静力学实际问题的能力。二、实验装置本实验的装置如图1.1 图示图 1.1 水静力学实验装置图1.测压管;2.带标尺测压管;3.连通管;4.真空测压管;5.U 型测压管;6.通气阀;7.加压打气球;8.截止阀;9.油柱;10.水柱;11.减压放水阀。说明1、所有测管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准；2、仪器铭牌所注DCB、系测点DCB、标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则DCB、亦为DCBZZZ、；3、本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第

7、5 页，共 44 页 -.三、实验原理1、在重力作用下不可压缩水静力学基本方程c o n stpz或hpp0(1.1)式中：z被测点在基准面以上的位置高度；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；液体容量；h被测点液体深度。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0S有下列关系：21100hhhS（1.2）图（1.2）图 1.3 据此可用仪器（不用另外尺）直接测得0S。四、实验方法与步骤1、搞清仪器组成及其用法。包括：1）各阀门的开关；2）加压方法关闭所有阀门（包括截止阀）。然后用打气球充气。3）减压方法开启筒底阀11 放水；*该式推

8、导如下：当 U 型管中水面与油水面齐平（图1.2），取其顶面为等压面，有PO1=rWh1=roH(1.a)另当 U 型管中水面和油面齐平（图1.3），取其油水界面为等压面，则有P02+rwH=r0H又是P02=-rwh2=roH-rwH(1.b)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 44 页 -.由(1.a)、(1.b)两式联解可得：H=h1+h2 代入式(1.a)得：2110hhhrw(1.c)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 44 页 -.表 1.1 液体静压强测量记录及计算表单位：cm 实验条件次序水箱液面0测压管液面H压强水头测压管水

9、头0HArPBHBrPCHCrPDHDrPrPZCCrPZDDP0=0 1 P00 1 2 3 P00(其中一次PB0 且 U 型管中水面与油水交界面齐平1 S0=r0=3N/cm32 3 P00 且 U 型管中水面与油面齐平1 2 3 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 44 页 -.4）检查仪器是否密封加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏气，应查明原因并加以处理。2、记录仪器号No.及各常数（记入表1.1）。3、量测点静压强（各点压强用厘米水柱高表示）。1)打 开 通 气 阀6（此 时00p），记 录 水 箱 液 面 标 高0和 测 管2 液

10、面 标 高HH0此时；2)关闭通气阀6 及截止阀8，加压使之形成00P，测记0及H；3)打开放水阀11,使之形成00P(要求其中一次0Bp,即BH),测记0及H。4、测出 4#测压管插入小水杯中的深度。5、测定油比重0S。1）开启通气阀6，测记0；2）关闭通气阀6，打气加压（00P），微调放气螺母使U形管中水面与油水交界面齐平（图 1.2），测记0及H（此过程反复进行3 次）；3）打开通气阀，待液面稳定后，关闭所有阀门；然后开启放水阀11 降压（00p），使U形管中的水面与油面齐平（图1.3），测记0及H（此过程亦反复进行3 次）。五、实验成果及要求：1、记录有关常数。实验装置台号NO.各测点

11、的标尺读数为：cmB，cmC，cmD，3/cmN。2、分别求出各次测量时，DCBA、点的压强，并选择一基准检验同一静止液体的任意二点DC、的pz是否为常数。3、求出油的容量。30/cmN4、测出 4#测压管插入小水杯水中深度。h4=cm。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 44 页 -.（二）能量方程（伯诺里方程）实验一、实验目的要求1、验证液体恒定总流的能量方程；2、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性；3、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。二、实验装置本实验的装置如图2.1 所示。图 2.1 自循

12、环伯诺里方程实验装置图1、自循环水供水器；2、实验台；3、可控硅无级调速器；4、溢流板；5、稳水孔板；6、恒压水箱；7、测压计；8、滑动测量尺；9、测压管；10、实验管道；11、测压点；12、毕托管；13、实验流量调节阀。说明本仪器测压管有两种：1、毕托管测压管（表2.1 中标*的测压管），用以测读毕托管探头对准点的总水头)2(2gupZH，须注意一般情况下H与断面总水头)2(2gpzH不同（因一般u），它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；2、普通测压管（表2.1 未标*者），用以定量量测测压管水头。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 44 页 -.实验流量用阀1

13、3 调节，流量由体积时间法（量筒、秒表另备）、重量时间法（电子称另备）或电测法测量（以下实验类同）。三、实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i）的能量方程式（i=2，3，n）iiiiihwgapZgapZ122111122取121naaa，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出pZ值，测出通过管路的流量,即可计算出断面平均流速及ga22，从而即可得到各断面测管水头和总水头。四、实验方法与步骤1、熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水

14、面是否齐平。如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。3、打开阀13，观察思考1）测压管水头线和总水头线的变化趋势；2）位置水头、压强水头之间的相互关系；3）测点（2）、（3）测管水头同否？为什么？4）测点（12）、（13）测管水头是否不同？为什么？5）当流量增加或减少时测管水头如何变化？4、调节阀13 开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管供演示用，不必测记读数）。5、改变流量 2 次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19 号测管液面接近标尺零点。五、实验成果及要求1、记录有关常数实验装置台号NO.均匀段cmD1缩管段cmD2

15、扩管段cmD3水箱液面高程cm0上管道轴线高程cmz表 2.1 管径记录表测点编号1*2 3 4 5 6*7 8*9 10 11 12*13 14*15 16*17 18*19 管径cm两点间距cm4 4 6 6 4 13.5 6 10 29 16 16 注：测点6、7 所在断面内径为D2，测点 16、17 为 D3，余均为 D1。标“*”者为毕托管测点（测点编号见图2.2）。测点 2、3 为直管均匀流段同一断面上的两个测压点，10、11为弯管非均匀流段同一断面上的两个测点。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 44 页 -.2、量测（pZ）并记入表2.2。表 2.2

16、 测记（pZ）数值表（基准面选在标尺的零点上）单位：cm测点编号2 3 4 5 7 9 10 11 13 15 17 19 scmQ3实验次数1 2 3 3、计算流速水头和总水头4、绘制上述成果中最大流量下的总水头线E-E 和测压管水头线P-P。（轴向尺寸参见图2.2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2.2 上）。提示：1、P-P 线依表 2.2 数据绘制，其中测点10、11、13 数据不用；2、E-E 线依表 2.3（2）数据绘制，其中测点10、11 数据不用；3、在等直径管段E-E 与 P-P 线平行。图 2.2 六、成果分析及讨论1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？2、

17、流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？3、测点 2、3 和测点 10、11 的测压管读数分别说明了什么问题？4、试问避免喉管（测点7）处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬高或降低水箱的水位）对喉管压强的影响情况。5、毕托管所显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都略有差异，试分析其原因。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 44 页 -.表 2.3 计算数值表（1）流速水头管径 d（cm）Q=(cm3/s)Q=(cm3/s)Q=(cm3/s)A(cm2)V(cm/s)gv22(cm)A(cm2)V(cm/s)gv22(cm)A(cm2)V(cm/s)g

18、v22(cm)（2）总水头（gavrpZ22）单位：cm 测点编号Q(cm3/s)实验次数1 2 3 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 44 页 -.（三）动量定律实验一、实验目的要求1、验证不可压缩液体恒定流的动量方程；2、通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研讨，进一步掌握液体动力学的动量守恒定理；3、了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。二、实验装置本实验的装置如图3.1 所示。图 3.1 动量定律实验装置图1、自循环供水器；2、实验台；3、可控硅无级调速器；4、水位调节阀；5、恒压水箱；6、管嘴；7、

19、集水箱；8、带活塞的测压管；9、带活塞和翼片的抗冲平板；10、上回水箱。自循环供水装置1 由离心式水泵和蓄水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节均由调速器 3 控制。水流经供水管供给恒压水箱5，溢流水经回水管流回蓄水箱。流经管嘴6 的水流形成射流，冲击带活塞和翼片的抗冲平板9，并以与入射角成90的方向离开抗冲平板。抗冲平板在射流冲力和测压管8 中的水压力作用下处于平衡状态。活塞形心水深hc可由测压管 8 测得，由此可求得射流的冲力，即动量力F。冲击后的弃水经集水箱7 汇集后，再经上回水管 10 流出，最后经漏斗和下回水管流回蓄水箱。为了自动调节测压管内的水位，以使带活塞的平板受力平衡并减小摩

20、擦阻力对活塞的影响，本实验装置应用了自动控制的反馈原理和动摩擦减阻技术，其构造如下：带活塞和翼片的抗冲平板9 和带活塞套的测压管8如图 3.2 所示，该图是活塞退出活塞套时的分部件示意图。活塞中心设有一细导水管a，进口端位于平板中心，出口端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。在平板上设有翼片b，活塞套上设有窄槽c。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 44 页 -.图 3.2 图 3.3 工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管a向测压管内加水。当射流冲击力大于测压管内水柱对活塞的压力时，活塞内移，窄槽c关小，水流外溢减少，使测压管内水位升高，水压力增大。反之，活塞外移

21、，窄槽开大，水流外溢增多，测管内水位降低，水压力减少。在恒定射流冲击下，经短时段的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。这时活塞处在半进半出、窄槽部分开启的位置上，过a流进测压管的水量和过c外溢的水量相等。由于平板上设有翼片b，在水流冲击下，平板带动活塞旋转，因而克服了活塞在沿轴向滑移时的静摩擦力。为验证本装置的灵敏度，只要在实验中的恒定流受力平衡状态下，人为地增减测压管中的液位高度，可发现即使改变量不足总液柱高度的5（约 0.51mm），活塞在旋转下亦能有效地克服动摩擦力而作轴向位移，开大或减小窄槽c，使过高的水位降低或过低的水位提高，恢复到原来的平衡状态。这表明该装置的灵敏度高达

22、0.5%，亦即活塞轴向动摩擦力不足总动量力的 5。三、实验原理恒定总流动量方程为)(1122QF取脱离体如图3.3 所示，因滑动摩擦阻力水平分力XxFf%5.0，可忽略不计，故x方向的动量方程化为)0(4112xccxQDhApF即04211DhQcx式中：ch作用在活塞形心处的水深；D活塞的直径；Q射流流量；x1射流的速度；1动量修正系数。实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q 和活塞形心水深ch，由给定的管嘴直径d和活塞直径D，代入上式，便可率定射流的动量修正系数1值，并验证动量定律。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的园心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞园心处的水深。名师资料总结-精品

23、资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 44 页 -.四、实验方法与步骤1、准备熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能，记录有关常数。2、开启水泵打开调速器开关，水泵启动23 分钟后，关阀23 秒钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气。3、调整测压管位置待恒压水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管垂直、螺丝对准十字中心，使活塞转动松快。然后旋转螺丝固定好。4、测读水位标尺的零点已固定在活塞园心的高程上。当测压管内液面稳定后，记下测压管内液面的标尺读数，即ch值。5、测量流量用体积法或重量法测流量时，每次时间要求大于20 秒，若用电测仪测流量时，则须在仪器量程范围内

24、。均需重复测三次再取均值。6、改变水头重复实验逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按3 5 步骤重复进行实验。7、验证02x，对xF的影响取下平板活塞,使水流冲击到活塞套内,调整好位置,使反射水流的回射角度一致,记录回射角度的目估值、测压管作用水深ch和管嘴作用水头0H。五、实验成果及要求1、记录有关常数。实验装置台号.No管嘴内径d=cm，活塞直径D=cm。2、设计实验参数记录、计算表，并填入实测数据。3、取某一流量，绘出脱离体图，阐明分析计算的过程。六、实验分析与讨论1、实测（平均动量修正系数）与公认值（05.102.1）符合与否？如不

25、符合，试分析原因。2、带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿x方向的动量方程有无影响？为什么？3、通过细导水管的分流，其出流角度与2相同，对以上受力分析有无影响？4、滑动摩擦力fx为什么可以忽略不计？试用实验来分析验证fx的大小，记录观察结果。（提示：平衡时，向测压管内加入或取出1mm 左右深的水，观察活塞及液位的变化）5、x2若不为零，会对实验结果带来什么影响？试结合实验步骤7 的结果予以说明。组次水头 H 流量 Q 流速 v hc 1 2 3 4 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 44 页 -.（四）毕托管测速实验一、实验目的要求通过

26、对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统液体力学量测仪器的现实作用。二、实验装置本实验的装置如图4.1 所示。图 4.1 毕托管实验装置图自循环供水器；实验台；可控硅无级调速器；水位调节阀；恒压水箱；管嘴；毕托管；尾水箱与导轨；测压管；测压计；11.滑动测量尺（滑尺）；12.上回水管。说明经淹没管嘴6，将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值。测压计 10 的测压管1、2 用以测量高、低水箱位置水头，测压管3、4 用以测量毕托管的全压水头和静压水头，水位调节阀4 用以改变测点的流速

27、大小。三、实验原理hkhgcu2gck2（4.1）式中u毕托管测点处的点流速；c毕托管的校正系数；h毕托管全压水头与静水压头差。Hgu2（4.2）联解上两式可得Hhc/（4.3）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 44 页 -.式中u测点处流速，由毕托管测定；测点流速系数；H管嘴的作用水头。四、实验方法与步骤1、准备(a)熟悉实验装置各部分名称、作用性能，搞清构造特征、实验原理。(b)用医塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2 相连通。(c)将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约23cm，上紧固定螺丝。2、开启水泵顺时针打开调速器开关3，将流量调节到最大。3

28、、排气待上、下游溢流后，用吸气球（如医用洗耳球）放在测压管口部抽吸，排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平，液面不齐平可能是空气没有排尽，必须重新排气。4、测记各有关常数和实验参数，填入实验表格。5、改变流速操作调节阀4 并相应调节调速器3，使溢流量适中，共可获得三个不同恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量。6、完成下述实验项目：分别沿垂向和沿流向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布；在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在610 倍以内时，误差在 25%以上，不宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。7、实验结束时，按上

29、述3 的方法检查毕托管比压计是否齐平。五、实验成果及要求实验台号No 表 4.1 记录计算表校正系数 c=，k=cm0.5/s 实验测次上、下游水位计毕托管测压计测点流速hku（cm/s）测点流速系数Hhc/h1cm h2cm Hcm h3cm h4cm hcm 六、实验分析与讨论利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？毕托管的动压头h和管嘴上、下游水位差H之间的大小关系怎样？为什么？所测的流速系数说明了什么？据激光测速仪检测，距孔口23cm 轴心处，其点流速系数为 0.996。试问本实验的毕托管精度如何？如何率定毕托管的修正系数c？普朗特毕托管的测速范围为0.22m/s，流速

30、过小或过大都不宜采用，为什么？另，测速时要求探头对正水流方向(轴向安装偏差不大于10 度)，试说明原因（低流速可用倾斜压差计）。为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的液体测速仪器？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 44 页 -.（五）雷诺实验一、实验目的要求1、观察层流、紊流的流态及其转换特征；2、测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；3、学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。二、实验装置本实验的装置如图5.1 所示。图 5.1 自循环雷诺实验装置图1、自循环供水器；2、实验台；3、可控硅无级调速器；4、恒压

31、水箱；5、有色水水管；6、稳水孔板；7、溢流板；8、实验管道；9、实验流量调节阀。供水流量由无级调速器调控使恒压水箱4 始终保持微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3-5 分钟。有色水经有色水水管5注入实验管道8，可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用色水。三、实验原理KQdvQvdRe4；dvK4四、实验方法与步骤1、测记本实验的有关常数。2、观察两种流态。打开开关3 使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内，使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然

32、后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 44 页 -.3、测定下临界雷诺数。将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减少。当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；待管中出现临界状态时，用体积法或电测法测定流量；根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2320）比较，偏离过大，需重测；重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动

33、粘度。注意：a、每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；b、关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；c、随出水流量减少，应适当调小开关（右旋），以减少溢流量引发的扰动。4、测定上临界雷诺数。逐步开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数12 次。五、实验成果及要求1、记录、计算有关常数：实验装置台号No管径d=cm，水温t=C 运动粘度scmttv/000221.00337.0101775.022计算常数K=s/cm32、整理、记录计算表表 5.1 实验次序颜色水线形态水体积)(3cmV时间T(s)流量Q(cm3/s)雷诺数Re阀门开度增()或减()

34、备注实测下临界雷诺数(平均值)ecR=注：颜色水形态指：稳定直线，稳定略弯曲、旋转、断续，直线抖动，完全散开等。六、实验分析与讨论1、流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？2、为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据？实测下临界雷诺数为多少？3、雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数为2320，而目前一般教科书中介绍采用的下临界雷诺数为2000，原因何在？4、试结合紊动机理实验的观察，分析由层流过渡到紊流的机理何在？5、分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 44 页 -.（六）文丘

35、里流量计实验一、实验目的要求1、通过测定流量系数，掌握文丘里流量计量测管道流量的技术和应用气水多管压差计量测压差的技术；2、通过实验与量纲分析，了解应用量纲分析与实验结合研究水力学问题的途径，进而掌握文丘里流量计的水力特性。二、实验装置本实验的装置如图6.1 所示。图 6.1 文丘里流量计实验装置图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、文丘里实验管段；8、测压计气阀；9、测压计；10、滑尺；11、多管压差计；12、实验流量调节阀。在文丘里流量计的两个测量断面上，分别有4 个测压孔与相应的均压环连通，经均压环均压后的断面压强由气一水多管压

36、差计9 测量（亦可用电测仪量测，详参P23）。三、实验原理根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用时的文氏管过水能力关系hKpZpZgdddQ)/()/(21)(42211421211)/(/2442121ddgdK)()(2211pZpZh名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 44 页 -.式中，h为两断面测压管水头差。由于阻力的存在，实际通过的流量Q恒小于Q。今引入一无量纲系数QQ/（称为流量系数），对计算所得的流量值进行修正。即hKQQ另，由水静力学基本方程可得气一水多管压差计的h为4321hhhhh四、实验方法与步骤1、测记各有关常数。2、打开电源开关，

37、全关阀12，检核测管液面读数4321hhhh是否为 0，不为 0 时，需查出原因并予以排除。3、全开调节阀12 检查各测管液面是否都处在滑尺读数范围内？否则，按下列步序调节：拧开气阀8/将清水注入测管2、3/待cmhh2432，找开电源开关充水/待连通管无气泡，渐关阀 12，并调开关3/至cmhh5.2821，即速拧紧气阀8。4、全开调节阀门，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数4321hhhh、，并用秒表、量筒测定流量。5、逐次关小调节阀，改变流量79 次，重复步骤4，注意调节阀门应缓慢。6、把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。7、如测管内液面波动时，应取时均值。8、实验结束，需按步骤

38、2校核压差计是否回零。五、实验成果及要求：1、记录计算有关常数。实验台号No1dcm，2dcm，水温t，vscm/2，水箱液面标尺值0cm，管轴线高程标尺值cm。2、整理记录计算表。表 6.1 记录表次序测压管读数（cm）水量（3cm）测量时间（s）h1(cm)h2(cm)h3(cm)h4(cm)1 2 3 4 5 6 7 8 9 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 22 页，共 44 页 -.表 6.2 计算表Kscm/5.2次序Q(cm2/s)(4321hhhhh(cm)1eR)/()(3scmhKQQQ1 2 3 4 5 6 7 8 9 3、用方格纸绘制Qh与eR曲线图。分

39、别取 h、为纵坐标（绘法参 P25 附录 7.1）。六、实验分析与讨论1、本实验中，影响文丘里管流量系数大小的因素有哪些？哪个因素最敏感？对本实验的管道而言，若因加工精度影响，误将(d2-0.01)cm 值取代上述d2值时，本实验在最大流量下的值将变为多少？2、为什么计算流量Q与实际流量Q不相等？3、试证气一水多管压差计（图6.2）有下列关系：43212211)/()/(hhhhpZpZh图6.2 4、试应用量纲分析法，阐明文丘里流量计的水力特性。5、文氏管喉颈处容易产生真空，允许最大真空度为OmH276。工程中应用文氏管时，应检验其最大真空度是否在允许范围内。据你的实验成果，分析本实验流量计

40、喉颈最大真空值为多少？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 23 页，共 44 页 -.（七）沿程水头损失实验一、实验目的要求1、加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制lglgfh曲线；2、掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气一水压差计及电测仪测量压差的方法；3、将测得的eR关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。二、实验装置本实验的装置如图7.1 所示。图 7.1 自循环沿程水头损失实验装置图1、自循环高压恒定全自动供水器；2、实验台；3、回水管；4、水压差计；5、测压计；6、实验管道；7、水银压差仪；8、滑动测量尺；9、测压点；10、

41、实验流量调节阀；11、供水管与供水阀；12、旁通管与旁通阀；13、稳压筒。根据压差测法不同，有两种型式：型式I 压差计测压差。低压差用水压差计量测；高压差用水银多管式压差计量测。装置简图如图7.1 所示。型式 II 电子量测仪测压差。低压差仍用水压差计量测；而高压差用电子量测仪（简称电测仪）量测。与型式I 比较，该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪（图7.2）所取代。本实验装置配备有：1、自动水泵与稳压器自循环高压恒定全自动供水器由离心泵、自动压力开关、气一水压力罐式稳压器等组成。压力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响，离心泵的输水是先

42、进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 24 页，共 44 页 -.图 7.2 1、压力传感器；2、排气旋钮；3、连通管；4、主机2、旁通管与旁通阀由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量时有可能时开时停，从而造成供水压力的较大波动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管（图中未标出），通过分流可使水泵持续稳定运行。旁通管中设有调节分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀，实验流量随旁通阀开度减小（分流量减小）而增大。实际上旁通阀又是本装置用以调节流量的重要阀门之一。3、稳压筒为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接由2 只充

43、水（不满顶）之密封立筒构成。4、电测仪由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点（图7.2）。压差读数（以厘米水柱为单位）通过主机显示。三、实验原理由达西公式gdLhf22得2222)/4(212QhKQdLgdhLgdhfff（7.1）LgdK8/52另由能量方程对水平等直径圆管可得/)(21pphf（7.2）压差可用压差计或电测。对于多管式水银压差有下列关系：mwmwfhhhhhpph6.12)(1(3412213412hhhhhm（7.3）式中，wm、分别为水银和水的容重；mh为汞柱总差。*由图 7.3 知据水静力学基本方程及等压面原理有)()()(322111hhhhhypw

44、mw2443)()(pyhhhwmmwmfwhhhhhhpp6.12)(1(341221图 7.3 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 25 页，共 44 页 -.四、实验方法与步骤（一）实验准备1、检查实验装置。看实验设备是否连接完善。2、开启所有阀门（包括进水阀、旁通阀、流量调节阀）。3、打开防尘罩，通电。4、排气。1）测压架端软管排气：连续开关旁通阀数次，待水从测压架中经过即可。排气完毕，打开旁通阀。若此时测压管内水柱过高，可打开测压架顶部放气阀（所有阀门都打开），水柱自动降落，至正常水位拧紧放气阀即可。2）传感器端软管排气：关闭流量调节阀，打开传感器端排气阀，传感器内连续

45、出水，关闭排气阀，排气完成。3）关闭流量调节阀，观察测压架内两水柱是否齐平，不平，找出原因并排除；齐平，实验准备完成，开始实验。（二）层流实验1、全开进水阀、旁通阀，微开流量调节阀，保证实验管道两点压差小于2cm（夏天）3cm（冬天）内，待压力稳定，测量流量、温度测压管内压差。2、改变流量35 次，重复上述步骤。（三）紊流实验1、关闭流量调节阀，将电测仪读数（既管道两测点压差）调领。2、夹紧测压架两端夹子，防止水流经测压架。3、全开流量调节阀、进水阀，适当关小旁通阀开度，增大实验管道内流量，待流量稳定之后，测量流量、温度、电测仪读数（即实验管道两测点压差）。4、改变流量35 次，重复上述步骤。

46、（四）实验完成，打开所有阀门，关闭电源。根据上述实验数据分别绘制层流段lgRelghf关系曲线、紊流段lgRelghf 关系曲线。五、实验成果及要求1、有关常数。实验装置台号NO圆管直径cmd，量测段长度cmL85。2、记录及计算（见表7.1）3、绘图分析*绘制fhlglg曲线，并确定指数关系值m 的大小。在厘米纸上以lg为横坐标，以fhlg为纵坐标，点绘所测的fhlglg关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率1212lglglglgffhhm将从图上求得m 值与已知各流区的m 值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流区m=2.0，紊流过渡区1.75m2.0

47、）进行比较，确定流区。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 26 页，共 44 页 -.表 7.1 记录及计算表格常数2552/scm/8LgdK次序体积cm3时间s 流量Q cm3/s 流速V cm/s 水温粘度v cm2/s 雷诺数Re 比压计、电测仪读数cm 沿程损失hfcm 沿程损失系数 Re0.1 时，孔口出流的侧收缩率较d/H9.0）(详见图 12.3)。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 40 页，共 44 页 -.三、实验原理通过实验可测定完整水跃共轭水深h、h、跃长 LB、消能率，并可验证平坡矩形槽中自由水跃计算的下列理论公式：1332/4)(1.6

48、)181(2HHhhhhHhLhgaqhhjjB式中，jH水跃的能量损失：1H跃前断面总能头，gahH2/211。为测定消能率，可选平坡渠底为基准，然后由槽宽b 和实测的 h和 h值确定水跃前后断面的总能头E1和 E2，再由下列各式换算得实测消能率：1/EEghbQahE2/)(21ghbQahE2/)(2221EEE该装置还可演示远驱、临界和淹没三种水跃以及按r 不同而区分的五种型态水跃（图12.3）。图 12.3 保持流量约10002000cm3/s 不变，调节闸板开度，使闸下跃前的Fr1由 110 逐渐变化，可观察到如图12.3 所示的五种型态水跃。其中hgFr/11各种水跃特征如下：波

49、状水跃：水面有突然波状升高，无表面旋滚，消能率低，波动距离远。弱水跃：水跃高度较小，跃区紊动不强烈，跃后水面较为平稳，其消能率低于20%。摆动水跃：流态不稳定，水跃振荡，跃后水面波动较大，且向下游传播较远。稳定水跃：水跃稳定，跃后水面较平稳，消能率可达4670%，是底流消能较理想的流态。强水跃：流态汹涌，表面旋滚强烈，下游波动较剧，影响较远，消能率可达70%以上，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 41 页，共 44 页 -.但消能工的造价高。一般当Fr113 时，因底流消能工更昂贵，宜改用挑流或其他形式消能。四、实验方法与步骤1测记有关固定常数。2打开进水阀门，并适当开启闸板，

50、待上游水位稳定后，再调节尾门，分别使闸下发生三种类型水跃，即远驱式、临界式和淹没式水跃；仔细观察水跃现象，并分别绘出其示意图。3调控进水阀门开度，使下游产生完全水跃，分别测记三角堰测针读数、共轭水深和跃长（测量共轭水深需用断面三点平均）。4调节流量Q=8001000cm3/s 左右，闸板开度e=0.51cm，同时调控阀门，使闸上水位在测针可读范围内最高，测记Fr1，观察 Fr19 时的强水跃特征。5 适当调小e，使 4.5 Fr19，调节尾门使之形成稳定水跃。然后增大流量（至 4000cm3/s左右），调节开度e 与尾门高度，依次形成摆动水跃、弱水跃、波状水跃。并观察其消能效果和流动特征。五、