哈工大水力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書綜述

1、水力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書賈敬秋編供市政專業(yè)使用哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心二零零八年三月二十六日專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本專業(yè)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一。 其目的是使學(xué) 生能結(jié)合專業(yè)課的特點(diǎn)， 綜合已學(xué)過的理論知識(shí)， 使課堂中講授的 重要理論和概念得到驗(yàn)證，鞏固和充實(shí)，并適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大知識(shí)面，以 培養(yǎng)學(xué)生掌握一定的實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)的工作態(tài)度。為了提高實(shí)驗(yàn)水平和質(zhì)量， 在原實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上， 又重新 進(jìn)行了修訂和增補(bǔ)。由于編者水平有限， 錯(cuò)誤及不妥之處希讀者批評(píng)指正！ 以便訂 正。水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室11一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)一文丘里流量計(jì)校正實(shí)驗(yàn)1掌握文丘里流量計(jì)的測(cè)量原理；2、驗(yàn)證能量方程、連續(xù)方程；3、率定文丘里流量計(jì)的流

2、量系數(shù) 卩二、實(shí)驗(yàn)裝置：本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖1所示。圖1文丘里實(shí)驗(yàn)裝置圖1、自循環(huán)供水器；2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3、調(diào)速器；4、整流板；5、恒壓水箱；6、溢流板;量計(jì)；8氣閥；9、測(cè)壓計(jì)；10、滑動(dòng)標(biāo)尺；11、多管壓差計(jì)；12、實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)閥。7文丘里流【廠圖2文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖其中，文丘里流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。三、實(shí)驗(yàn)原理:在文丘里流量計(jì)上取斷面 1-1, 2-2列能量方程，令a 1= a 2=1,不計(jì)水頭損失，可得:2P2V22p1v1,_2Z-=z22-g2g-g2g由連續(xù)性方程:v1A1 = 72A得:v2 = v1AA2=v1（d）2d2代入（1 ）式，可得流量計(jì)算公式如下:djQ =4一咼廠j,d

3、2式中（Z1 単）（Z2 竺）為兩斷面測(cè)壓管水頭差 h。d；K = 二2g并定義為儀器常數(shù)。可以看出，在已知文丘里流量計(jì)兩斷面的內(nèi)徑時(shí)，只要測(cè)得測(cè)壓管水頭差，即可得 到計(jì)算流量Q。但在實(shí)際液體中，由于水頭損失的存在，實(shí)際通過的流量Qo略小于計(jì)算流量Q。令 -Qo為流量系數(shù)。是一小于1的數(shù)，用它來對(duì)計(jì)算流量進(jìn)行修正，則實(shí)際流量的Q計(jì)算公式為:本實(shí)驗(yàn)即通過測(cè)量實(shí)際流量 Qo和計(jì)算流量Q確定卩系數(shù)的具體數(shù)值。其中實(shí)際流量Qo用體積法來測(cè)定：Q。二*V為t時(shí)間內(nèi)通過文丘里流量計(jì)水的體積。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟：1. 準(zhǔn)備工作：記錄儀器常數(shù)并算出值。2. 打開電源開關(guān)，全關(guān)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)閥，檢查測(cè)壓管讀數(shù)是否相等

4、，不相等時(shí)，分析 原因，并予以排除。打開實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)閥，使測(cè)壓管高度在可讀數(shù)范圍內(nèi)。3. 待水流穩(wěn)定后讀取各測(cè)壓管的液面讀數(shù)，同時(shí)用秒表、量筒測(cè)定流量。4. 逐次改變實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)閥，改變流量6次,重復(fù)步驟3。5. 把測(cè)量值記錄在實(shí)驗(yàn)表格內(nèi)，計(jì)算出平均流量系數(shù)卩。6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，檢查測(cè)壓管讀數(shù)是否相等，不相等時(shí)，分析原因，排除后重新實(shí)驗(yàn)。7. 進(jìn)行成果分析，回答思考題。五、注意事項(xiàng)：1. 測(cè)壓管讀數(shù)在實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)應(yīng)相等。2. 調(diào)節(jié)閥門應(yīng)緩慢，使測(cè)壓管的液面在滑尺的讀數(shù)范圍內(nèi)，每次調(diào)節(jié)后應(yīng)待水流穩(wěn) 定后再進(jìn)行測(cè)量。3. 電源一打開時(shí)為最大流量，實(shí)驗(yàn)時(shí)保持最大流量。4. 流量系數(shù)卩應(yīng)為一小于1并接近于1

5、的數(shù)，若誤差較大，將其去掉，分析原因。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果見表1。七、思考題1. 文丘里流量計(jì)在安裝時(shí)是否必須保持水平，如不水平，上述計(jì)算公式是否仍可應(yīng) 用？2. 能量方程和連續(xù)性方程的應(yīng)用條件是什么？本實(shí)驗(yàn)是否滿足這些條件。實(shí)驗(yàn)二 局部阻力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握三點(diǎn)法、四點(diǎn)法量測(cè)局部阻力系數(shù)的技能；2. 通過對(duì)圓管突擴(kuò)、突縮局部阻力的測(cè)定， 驗(yàn)證突擴(kuò)局部阻力和突縮局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn) 公式；3. 加深對(duì)局部阻力的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。65432111101112112345圖1 局部阻力實(shí)驗(yàn)裝置1、自循環(huán)供水器；2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3、調(diào)速器；4、整流板；5、溢流板；6、恒壓水箱；7突擴(kuò)實(shí)驗(yàn)管

6、段；&測(cè)壓計(jì)；9、滑動(dòng)標(biāo)尺；10、測(cè)壓管；11、突縮實(shí)驗(yàn)管段；12、實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥實(shí)驗(yàn)管段由小、大、小三段已知管徑的管道組成，共設(shè)有五個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)1 - 3用以測(cè)量突擴(kuò)的局部阻力系數(shù)，2-5用以測(cè)量突縮的局部阻力系數(shù) 。三、實(shí)驗(yàn)原理1經(jīng)驗(yàn)公式： 突擴(kuò)局部阻力系數(shù):突擴(kuò)局部阻力:突縮局部阻力系數(shù):(1)hje22g(2)(3)突縮局部阻力:hjs2g(4)2.實(shí)測(cè)原理：突擴(kuò)局部阻力：列1-2斷面能量方程:2.PV2 .=Z2：hfi-2hje:?g2g變換為:hje 二(Zi2 2專寺(zWhfi-2(5)hfi-2 hf2- h2 _ h3突縮局部阻力：同理:hjs =(Z32-hf3_B

7、“(Z42P4): V4 h )hfB Jg 2g(8)四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1記錄實(shí)驗(yàn)儀器常數(shù)。2全關(guān)調(diào)節(jié)閥，打開電子調(diào)速器開關(guān)，使恒壓水箱充水，排除實(shí)驗(yàn)管段中的滯留氣體。 待水箱溢流后，檢查各測(cè)壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。3 打開調(diào)節(jié)閥11,待水流穩(wěn)定后，讀取各測(cè)壓管的液面讀數(shù)，同時(shí)用秒表、量筒測(cè)定流 量。4. 逐次改變調(diào)節(jié)閥， 改變流量8次重復(fù)步驟3。把測(cè)量值記錄在實(shí)驗(yàn)表格內(nèi)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束, 全關(guān)調(diào)節(jié)閥，檢查各測(cè)壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。分析原因，排除 后重新實(shí)驗(yàn)。5 進(jìn)行成果分析，回答思考題。五、注意事項(xiàng)：1. 在實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)，必須檢查各測(cè)壓管液面是否齊平，若不

8、平，則需排除測(cè)壓管 內(nèi)氣體，調(diào)平后再實(shí)驗(yàn)。2. 實(shí)驗(yàn)前，必須將實(shí)驗(yàn)管段中的氣體排出。3. 調(diào)節(jié)閥門應(yīng)緩慢，每次調(diào)節(jié)后應(yīng)待水流穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)量。4. 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使測(cè)點(diǎn)均勻分布，即使每次實(shí)驗(yàn)Ah的數(shù)值差盡量接近。5. 電源一打開時(shí)為最大流量，實(shí)驗(yàn)時(shí)保持最大流量。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果1 儀器常數(shù)：d2 = d3 = D2 = 19.1mmd4 = d5 = D3 二 9.92mmh, = 200mm = 200mml3_B = 100mmlB = 100mml4 與=100mm(1A1、2El 二2 .記錄計(jì)算表格: 見表1 。七、思考題1結(jié)合旋渦儀演示的水力現(xiàn)象，分析局部阻力損失的產(chǎn)生機(jī)理。2結(jié)合實(shí)驗(yàn)

9、結(jié)論，考察在相同條件下（A1/A2相同），突擴(kuò)與突縮的局部損失的大小。3結(jié)合旋渦儀演示的水力現(xiàn)象，分析如何減小局部阻力損失。記錄計(jì)算表格表1.V3 cmt sQcm/測(cè)壓管讀cm斷面12v1cm2g斷面22v2cm2g斷面52Vscm2ghjecmir-ecmFhjecmhjscmLT-ScmFhjscm123451234567812實(shí)驗(yàn)三管道沿程阻力系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握沿程阻力系數(shù)的測(cè)定技能;2、了解紊流時(shí)沿程阻力的規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)裝置910本實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。54321圖11、自循環(huán)供水器；2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3、調(diào)速器；4、整流板；5、溢流板；6、恒壓水箱;7、實(shí)驗(yàn)管路；8、測(cè)壓計(jì)；

10、9、滑動(dòng)標(biāo)尺；10實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥三、實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)驗(yàn)管段測(cè)壓管連接的兩個(gè)斷面列1 - 2斷面能量方程:2g 2g2:V2-hw因?yàn)閷?shí)驗(yàn)管段水平設(shè)置，管徑沿程不變，所以 于是zi=z 2 vi = v 2hw=hfhfPiP2：?ghfd 2g2g-= hd-gl v2四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、記錄實(shí)驗(yàn)儀器常數(shù)。2、全關(guān)調(diào)節(jié)閥，打開電子調(diào)速器開關(guān)，使恒壓水箱充水，排除實(shí)驗(yàn)管段中的滯留氣體。 待水箱溢流后，檢查各測(cè)壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。3、打開調(diào)節(jié)閥11,待水流穩(wěn)定后，讀取各測(cè)壓管的液面讀數(shù)，同時(shí)用秒表、量筒測(cè)定流 量。4、逐次改變調(diào)節(jié)閥，改變流量 6次重復(fù)步驟3。把測(cè)量值記錄在實(shí)驗(yàn)表

11、格內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束， 全關(guān)調(diào)節(jié)閥，檢查各測(cè)壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。分析原因，排除后重新實(shí)驗(yàn)。5、進(jìn)行成果分析，回答思考題。五、注意事項(xiàng)：1、 在實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)， 必須檢查各測(cè)壓管液面是否齊平，若不平，則需排除測(cè)壓管內(nèi) 氣體，調(diào)平后再實(shí)驗(yàn)。2、實(shí)驗(yàn)前，必須將實(shí)驗(yàn)管段中的氣體排出。3、調(diào)節(jié)閥門應(yīng)緩慢，每次調(diào)節(jié)后應(yīng)待水流穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)量。4、 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使測(cè)點(diǎn)均勻分布，即使每次實(shí)驗(yàn)Ah的數(shù)值差盡量接近。5、電源一打開時(shí)為最大流量，實(shí)驗(yàn)時(shí)保持最大流量。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果儀器常數(shù)：d= 9.22 mm li-2=500 mmNohih2 h=hfV tQv入cmcmcm3 cmsc嘆cm/s

12、12345678七、思考題1、分析影響入值的因素有那些。2、分析各次實(shí)驗(yàn)入值不同的原因。50實(shí)驗(yàn)四閥門性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握閥門阻力系數(shù)的測(cè)定技能;2、學(xué)習(xí)無量綱分析數(shù)據(jù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖11、自循環(huán)供水器；2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3、調(diào)速器；4、整流板；5、溢流板；6、恒壓水箱;7、實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)閥；8、測(cè)壓計(jì)；9、滑動(dòng)標(biāo)尺；10實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥三、實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)驗(yàn)管段測(cè)壓管連接的兩個(gè)斷面列2-3斷面能量方程:2g 2g2:V2-hw2g因?yàn)閷?shí)驗(yàn)管段水平設(shè)置，管徑沿程不變，所以z 2=2 3 v 2=V 3 h w=h f于是hf =2 = 022g2 v四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、記錄實(shí)

13、驗(yàn)儀器常數(shù)。2、全關(guān)調(diào)節(jié)閥，打開開關(guān)，使恒壓水箱充水，排除實(shí)驗(yàn)管段中的滯留氣體。待水箱溢流 后，檢查各測(cè)壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。3、 實(shí)驗(yàn)的第一組數(shù)據(jù)應(yīng)將實(shí)驗(yàn)閥門調(diào)至較小，實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥門調(diào)至較小，使測(cè)壓管3 能讀到數(shù)據(jù)。待水流穩(wěn)定后，讀取各測(cè)壓管的液面讀數(shù)，同時(shí)用秒表、量筒測(cè)定流量。4、 逐次開大實(shí)驗(yàn)閥門，流量調(diào)節(jié)閥門不變，改變流量6次重復(fù)步驟3。把測(cè)量值記錄在 實(shí)驗(yàn)表格內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，全關(guān)流量調(diào)節(jié)閥，檢查各測(cè)壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。分析原因，排除后重新實(shí)驗(yàn)。5、進(jìn)行成果分析，回答思考題。五、注意事項(xiàng)：1、在實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)，必須檢查各測(cè)壓管液面是否齊平，若不平

14、，則需排除測(cè)壓管內(nèi) 氣體，調(diào)平后再實(shí)驗(yàn)。2、實(shí)驗(yàn)前，必須將實(shí)驗(yàn)管段中的氣體排出。3、調(diào)節(jié)閥門應(yīng)緩慢，每次調(diào)節(jié)后應(yīng)待水流穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)量。4、 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使測(cè)點(diǎn)均勻分布，即使每次實(shí)驗(yàn)Ah的數(shù)值差盡量接近。5、 實(shí)驗(yàn)的第一組數(shù)據(jù)應(yīng)將實(shí)驗(yàn)閥門調(diào)至較小，實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥門調(diào)至較小，使測(cè)壓管3 能讀到數(shù)據(jù)。然后，逐漸開大實(shí)驗(yàn)閥門。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果1儀器常數(shù)：d= 12.8 mm li-2= 200 mm b-3=400 mmNohih2h 3V tQh mZcmcmcm3 cmsc嘆cm12345678七、思考題1、同一開度下，不同流量時(shí)Z是定值還是變值。2、不同開度下，同一流量時(shí)Z是定值還是變值。為什么

15、?八、繪圖在坐標(biāo)紙上繪出 Q/Qmax Z圖。實(shí)驗(yàn)五寬頂堰實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 測(cè)定寬頂堰的流量系數(shù)m。2. 觀察寬頂堰的流動(dòng)狀態(tài)和水跌的流動(dòng)現(xiàn)象二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。1圖11、變坡水槽；2、寬頂堰；3、液位計(jì)；4、變坡千斤頂;5、尾門；6、循環(huán)水泵；7、流量調(diào)節(jié)閥3專三、實(shí)驗(yàn)原理H自由式無側(cè)收縮寬頂堰流量為:Q =mb 2gH02式中：Q為寬頂堰上流量;m為流量系數(shù)；b為堰寬；H o為包括流速水頭的堰上水頭。2其中：avH0 = H2g所以:b：2gHo1.5別列津斯基根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出經(jīng)驗(yàn)公式:3-衛(wèi)0 p _3.0時(shí) m = 0.32 0.01HH0.46 0.75衛(wèi)H衛(wèi)3.0 時(shí) m

16、 =0.32H上式中：p為堰的坎高四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1. 測(cè)定堰的坎高P,堰寬b,底坡高度h）等儀器常數(shù)。熟悉儀器結(jié)構(gòu)。2. 開動(dòng)水泵電機(jī)，打開進(jìn)水閥門，調(diào)節(jié)尾門，使其為自由式寬頂堰，調(diào)節(jié)、觀察水 面曲線形狀。3. 用高度尺測(cè)量堰上游水深，用量杯、秒表測(cè)水體積、時(shí)間，記入記錄表內(nèi)。4. 改變流量，重復(fù)步 3驟四次。五、注意事項(xiàng)：1. 實(shí)驗(yàn)必須在流動(dòng)穩(wěn)定后進(jìn)行。2. 對(duì)流量的測(cè)量應(yīng)注意準(zhǔn)確。3. 液位計(jì)應(yīng)位于堰口 5H以上上游處。4. 測(cè)針應(yīng)與液面剛剛接觸為測(cè)量點(diǎn)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果1儀器常數(shù)：b = mm, h = mm, p=mm2 .記錄計(jì)算表格:NohV tHQvmcm3 cmscm12

17、345七、分析思考題1. 實(shí)際測(cè)量所得的 m與別列津斯基根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果是否相符。 若誤差較大，試分析之。實(shí)驗(yàn)六三角堰流量計(jì)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 標(biāo)定三角堰的流量系數(shù) A和B。2. 觀察三角堰的流動(dòng)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)裝置1、變坡水槽；2、三角堰；3、液位計(jì)；4、變坡千斤頂;5、尾門；6、循環(huán)水泵；7、流量調(diào)節(jié)閥三、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)0 =90o, H=0.050.55時(shí)，自由式無側(cè)收縮三角堰流量的經(jīng)驗(yàn)公式為:Q = 1.343H2.47式中Q為流量，單位以m3s計(jì)。H為自堰口頂點(diǎn)算起的堰上水頭，單位以m計(jì)。但是由于制作過程中三角堰的形狀不能完全保證，或由于其他原因造成其系數(shù) 不確定。假設(shè)三

18、角堰流量的公式為：Q = AH B本實(shí)驗(yàn)即通過實(shí)驗(yàn)實(shí)際標(biāo)定三角堰的流量系數(shù)A和B。對(duì)于多組數(shù)據(jù)可通過計(jì)算機(jī)計(jì)算，或公式兩端取對(duì)數(shù)后進(jìn)行計(jì)算。四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1. 測(cè)定堰頂?shù)母叨萮o等儀器常數(shù)。熟悉儀器結(jié)構(gòu)。2. 開動(dòng)水泵電機(jī)，打開進(jìn)水閥門，使其為自由式三角堰， 調(diào)節(jié)、觀察水面曲線形狀。3. 用高度尺測(cè)量堰上游水深，用量杯、秒表測(cè)水體積、時(shí)間，記入記錄表內(nèi)。4. 改變流量，重復(fù)步 3驟四次。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果1 儀器常數(shù)：h0 =mm2 .記錄計(jì)算表格：NohV tQABm3 msmZ12345六、注意事項(xiàng):1. 實(shí)驗(yàn)必須在流動(dòng)穩(wěn)定后進(jìn)行。2. 對(duì)流量的測(cè)量應(yīng)注意準(zhǔn)確。3 液位計(jì)應(yīng)位于堰口 5

19、H 以上上游處。4 測(cè)針應(yīng)與液面剛剛接觸為測(cè)量點(diǎn)。七、思考題1 三角堰的流量系數(shù) A 和 B 與經(jīng)驗(yàn)公式的數(shù)據(jù)是否相近或相符？如不符，造成三 角堰的流量系數(shù) A 和 B 不符的原因是什么？2 推導(dǎo)三角堰的流量公式。實(shí)驗(yàn)七水躍實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 測(cè)定水躍的水頭損失和消能率。2. 觀察水躍的流動(dòng)現(xiàn)象，了解水躍類型及其結(jié)構(gòu)的基本特征二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖11、變坡水槽；2、閘門；3、液位計(jì)；4、變坡千斤頂;5、尾門；6、循環(huán)水泵；7、流量調(diào)節(jié)閥三、實(shí)驗(yàn)原理水躍是明渠流動(dòng)中水流從急流狀態(tài)過渡到緩流狀態(tài)的現(xiàn)象。如圖2所示。其中h和h”為躍前、躍后水深。水躍前、后兩段面單位重量流體的機(jī)械能

20、之差為水躍的消能量，其公式為：h -h 34hh水躍的消能率為:AEjEi式中：Ei為水躍前段面單位重量流體的總機(jī)械能：” V；E = h 丄2gCh”Cv2113，- 1 /四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1. 測(cè)定渠寬b,底坡高度ho等儀器常數(shù)。熟悉儀器結(jié)構(gòu)。2. 開動(dòng)水泵電機(jī)，打開進(jìn)水閥門，調(diào)節(jié)閘門和尾門，使其形成遠(yuǎn)驅(qū)式，調(diào)節(jié)、觀 察水面曲線形狀。3. 待穩(wěn)定后，用高度尺測(cè)量堰上、下游水深，用量杯、秒表測(cè)水體積、時(shí)間，記 入記錄表內(nèi)。4. 改變流量，重復(fù)步 3驟四次。五、注意事項(xiàng)：1. 實(shí)驗(yàn)必須在流動(dòng)穩(wěn)定后進(jìn)行。2. 對(duì)流量的測(cè)量應(yīng)注意準(zhǔn)確。3. 測(cè)針應(yīng)與液面剛剛接觸為測(cè)量點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果1儀器常數(shù)

21、：b = mm, h 二 mm2 .記錄計(jì)算表格：NohhV tQV1庫1ncmcm3 cms吆cm12345二、思考題1. 簡單說明水躍的消能原理。2. 自行演示水躍的三種形式，分析各種水躍的消能率,實(shí)驗(yàn)八動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證不可壓縮流體恒定流的動(dòng)量方程2、通過對(duì)動(dòng)量與流速、流量、出射角度、動(dòng)量矩等因素相關(guān)性的分析研討、進(jìn)一步掌握 動(dòng)量守恒原則二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖11、恒壓水箱；2、噴嘴；3、承壓板；4、測(cè)壓管；5、溢流板;三、實(shí)驗(yàn)原理恒定總流的動(dòng)量方程為：F = 9( *2 - 譏)x方向，動(dòng)量方取管嘴和承壓板之間的水為隔離體，忽略摩擦阻力，以水平方向?yàn)?程轉(zhuǎn)化為：

22、Fx = -Px =ghcA=Q(O-Vx)即：一 ghcA/QVx式中：hc為測(cè)壓管高度;A為承壓板面積；Q為管嘴流量；Vx為管嘴流速；1為動(dòng)量修正系數(shù)。實(shí)驗(yàn)中，在恒定流動(dòng)狀態(tài)下，只要測(cè)定流量Q和測(cè)壓管高度根據(jù)儀器常數(shù)管嘴直徑d和承壓板直徑 D即可計(jì)算出動(dòng)量修正系數(shù) 一：。一：應(yīng)在1.0 21.0 5范圍內(nèi)。四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1. 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置，記錄實(shí)驗(yàn)儀器常數(shù)。2. 調(diào)整測(cè)壓管，使其處于垂直狀態(tài)。打開電源。3待流動(dòng)穩(wěn)定后，測(cè)定流量 Q和測(cè)壓管高度 入。每個(gè)溢流高度測(cè)兩組。4. 改變溢流高度，重復(fù) 3步驟。5. 進(jìn)行成果分析，回答思考題。五、注意事項(xiàng)：1、實(shí)驗(yàn)必須在流動(dòng)穩(wěn)定后進(jìn)行。2、對(duì)流量

23、的測(cè)量應(yīng)注意準(zhǔn)確。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果1. 儀器常數(shù)：d =12mm , D 二 20mm2 .記錄計(jì)算表格:NoheV tQVxpcm3 cmscm/d吆123456七、思考題1、實(shí)測(cè)值是否在1. 0 21.05范圍內(nèi)，若不在此范圍分析原因。2、忽略摩擦阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果會(huì)有多大影響，試分析之。實(shí)驗(yàn)九、演示實(shí)驗(yàn)9.1雷諾數(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察液體在不同流動(dòng)狀態(tài)時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、觀察流體由層流變紊流及由紊流變層流的過度過程3、 測(cè)定液體在圓管中流動(dòng)時(shí)的下臨界雷諾數(shù)Rec2二、實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)設(shè)備流體在管道中流動(dòng)，由兩種不同的流動(dòng)狀態(tài)，其阻力性質(zhì)也不同。雷諾數(shù)的物理意 義，可表征為慣性力與粘

24、滯力之比。在實(shí)驗(yàn)過程中，保持水箱中的水位恒定，即水頭H不變。如果管路中出口閥門開啟較小，在管路中就有穩(wěn)定的平均速度 v,微啟紅色水閥門，這是紅色水與自來水同步在管 路中沿軸線向前流動(dòng)，紅顏色水呈一條紅色直線，其流體質(zhì)點(diǎn)沒有垂直于主流方向的橫 向運(yùn)動(dòng)，紅色直線沒有與周圍的液體混雜，層次分明地在管路中流動(dòng)。此時(shí)，在流速較 小而粘性較大和慣性力較小的情況下運(yùn)動(dòng)，為層流運(yùn)動(dòng)。如果將出口閥門逐漸開大，管 路中的紅色直線出現(xiàn)脈動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)還沒有出現(xiàn)相互交換的現(xiàn)象，流體的流動(dòng)呈臨界狀 態(tài)。如果將出口閥門繼續(xù)開大，出現(xiàn)流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)，使紅色線完全擴(kuò)散與自來水 混合，此時(shí)流體的流動(dòng)狀態(tài)微紊流運(yùn)動(dòng)。M*-L-

25、1雷諾數(shù)實(shí)驗(yàn)圖1水箱及潛水泵 2.上水管 3.溢流管 4.電源 5整流柵 6溢流板 7墨盒 8.墨針 9.實(shí)驗(yàn)管 10.調(diào)節(jié)閥 11.接水箱 12.量杯 13.回水管 14實(shí)驗(yàn)桌雷諾數(shù)表達(dá)式Re二匕衛(wèi)，根據(jù)連續(xù)方程：AV=Q ，V = QvA流量Q用體積法測(cè)出，即在 t時(shí)間內(nèi)流入計(jì)量水箱中流體的體積V。A 二4式中：A 管路的橫截面積；d 管路直徑；V 流速；V 水的粘度。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、準(zhǔn)備工作：將水箱充水至經(jīng)隔板溢流流出，將進(jìn)水閥門關(guān)小，繼續(xù)向水箱供水，以保持水位高度H不變。2、 緩慢開啟閥門 7,使玻璃管中水穩(wěn)定流動(dòng)，并開啟紅色閥門9,使紅色水以微小 流速在玻璃管內(nèi)流動(dòng)，呈層流狀態(tài)。3、

26、開大出口閥門7,使紅色水在玻璃管內(nèi)的流動(dòng)呈紊流狀態(tài)，在逐漸關(guān)小出口閥門7,觀察玻璃管中出口處的紅色水剛剛出現(xiàn)脈動(dòng)狀態(tài)但還沒有變?yōu)閷恿鲿r(shí)，測(cè)定此時(shí)的流 量。重復(fù)三次，即可算出下臨界雷諾數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）觀察兩種流態(tài)啟動(dòng)水泵供水，使水箱充水至溢流狀態(tài)，經(jīng)穩(wěn)定后，微微開啟調(diào)節(jié)閥，并注入顏色水于實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)，使顏色水流成一直線。通過顏色水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)觀察管內(nèi)水流的層流流 態(tài)，然后，逐步開大調(diào)節(jié)閥，通過顏色水直線的變化觀察層流變到紊流的水力特征，待 管中出現(xiàn)完全紊流后，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥，可觀察到由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯乃μ卣鳌＃? ）測(cè)定臨界雷諾數(shù)，再現(xiàn)當(dāng)年雷諾實(shí)驗(yàn)全過程。a測(cè)定下臨界雷諾數(shù)開啟調(diào)節(jié)閥，使管

27、中完全紊流，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥，注意，調(diào)節(jié)過程中只許關(guān)小、不許開大閥門，且每調(diào)節(jié)一次流量（即關(guān)小一次閥門）后，需待穩(wěn)定一段時(shí)間再觀察其形態(tài)，直至使顏色水流剛好成一直線，即表明由紊流剛好轉(zhuǎn)為層流，此時(shí)可測(cè)得下臨界雷諾數(shù)值為20002300之間。而雷諾在實(shí)驗(yàn)時(shí)得出圓管流動(dòng)的下臨界雷諾數(shù)為2320，原因是下臨界雷諾數(shù)也并非與干擾絕對(duì)無關(guān)，雷諾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是在環(huán)境的干擾極小，實(shí)驗(yàn)前 水箱中的水體經(jīng)長時(shí)間的穩(wěn)定情況下，經(jīng)反復(fù)多次細(xì)心量測(cè)才得出的。而后人的大量實(shí)驗(yàn)由于受環(huán)境干擾因素影響，很難重復(fù)得出雷諾實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確數(shù)值，通常在20002300之間。因此，從工程實(shí)用出發(fā)，教科書中介紹的圓管下臨界雷諾數(shù)一般是2000

28、。如果測(cè)得雷諾數(shù)太小，應(yīng)開閥至紊流后再重新測(cè)量。b.測(cè)定上臨界雷諾數(shù)開啟水泵，水箱溢流后，微開調(diào)節(jié)閥使管中出現(xiàn)層流，逐漸開大調(diào)節(jié)閥，注意，只 許開大，不許關(guān)小閥門，待顏色水流剛好散開，表明由層流剛好轉(zhuǎn)為紊流，即有上臨界 雷諾值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，上臨界雷諾數(shù)實(shí)測(cè)值在30005000范圍之內(nèi)，與操作的快慢，水箱的紊動(dòng)度，及外界的干擾等密切相關(guān)。有關(guān)學(xué)者做了大量試驗(yàn)，有的得12000,有的得20000，有的甚至得40000。實(shí)際水流中，干擾總是存在的，故上臨界雷諾數(shù)為不定值， 無實(shí)際意義。（3）層流和紊流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性方面的差異如下表:流態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性動(dòng)力學(xué)特性層流1、質(zhì)點(diǎn)有規(guī)律地作分層流動(dòng)。

29、2、斷面流速按拋物線分布。3、運(yùn)動(dòng)要素?zé)o脈動(dòng)現(xiàn)象。1、流動(dòng)間無質(zhì)量傳輸。2、流層間無動(dòng)量交換。3、單位質(zhì)量的能量損失與流速的一次方成 正比。紊流1、質(zhì)點(diǎn)互相混摻作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。2、斷面流速按指數(shù)規(guī)律分布。3、運(yùn)動(dòng)要素發(fā)一不規(guī)則的脈動(dòng)現(xiàn)象。1、流層間有質(zhì)量傳輸。2、流層間存在動(dòng)量交換。3、 單位質(zhì)量的能量損失與流速的（1.752） 次方成正比（4）雷諾數(shù)的物理意義。雷諾數(shù)可以看作為液流慣性與粘滯力的比值。要理解這一點(diǎn)可以從慣性力與粘滯力的量綱進(jìn)行分析。慣性力=ma= :-W，其中體積 W為特征長度L的立方，即W=L3；dt加速度 巴的量綱用特征流速與時(shí)間的量綱之比來表示，即dv二M 所以慣性力的量

30、dtdtt綱為粘滯力T - 1 dU，其中面積的量綱為特征長度 L的平方，即I I 流速dn梯度dU的量綱可用特征流速和特征長度L的量綱之比來表示，即dU二I所以粘滯dn_dn Ll力的量綱為慣性力和粘滯力量綱的比值為慣性力丨口； -:l2UU Vll滯力上式的量綱與雷諾數(shù)的量綱相同，式中的特征長度L在管流中用直徑d表示，在明渠中則用水力半徑 R表示。由以上分析可知，雷諾數(shù)可表征慣性力和粘滯力之比。 五、記錄與計(jì)算次數(shù) V ( m3)T (s)3Q ( m /s)Vc (m/s)Rec212345678910d= mm水溫=CVc dRec2=-v由于臨界流速有兩個(gè)，故臨界雷諾數(shù)也有兩個(gè)，當(dāng)流

31、量由零逐漸開大，產(chǎn)生一個(gè)上臨界雷諾數(shù) Rec1 , Reci二蟲;當(dāng)流量由大逐漸關(guān)小，產(chǎn)生一個(gè)臨界雷諾數(shù)Rec2 ,vv dRec2 = _c2。上臨界雷數(shù)受外界干擾，數(shù)值不穩(wěn)定，而下臨界雷諾數(shù)Reci值比較穩(wěn)定，v雷諾反復(fù)測(cè)試，測(cè)得圓管水流下臨界雷諾數(shù)Rec?值為2320。因此一般以下臨界雷諾數(shù)作為判別流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)ReRec=2320時(shí)，管中液流為紊流。9.2煙氣流線演示一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模汉蘒用煙氣流線法觀察空氣流過物體周圍的流動(dòng)圖形，以加深課堂中所講的流線、跡 線的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖一：圖一煙氣流線儀簡圖1、實(shí)驗(yàn)桌2、支架3、排風(fēng)口 4、風(fēng)量調(diào)節(jié)5、風(fēng)機(jī)開關(guān)6、照明開關(guān)7、工件（機(jī)翼）

32、8、風(fēng)洞9、進(jìn)風(fēng)口 10、發(fā)煙裝置三、實(shí)驗(yàn)原理圖二是煙風(fēng)洞中的翼型繞流的流譜：15 20。9.3旋渦儀實(shí)驗(yàn)演示一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕狙b置采用兩相流原理，利用吸入的空氣做流線，觀察渠管道水流的流動(dòng)圖形，有卡門渦流、彎道二次流及突然擴(kuò)大、突然縮小的流線變化等。器設(shè)備結(jié)構(gòu)見圖1。圖1漩渦儀設(shè)備簡圖1、內(nèi)設(shè)自循環(huán)潛水泵的水箱2、調(diào)節(jié)閥門組 3、吸氣管 4、回流管 5、突擴(kuò)突縮試件 6、漸擴(kuò)漸縮試件 7、上集流水箱 8、90彎道 9、圓弧彎道 10、圓柱體試 件11、半圓柱體試件 12支架二、實(shí)驗(yàn)原理該實(shí)驗(yàn)裝置分三組觀察：一組是彎道流動(dòng)，當(dāng)液體流經(jīng)90拐角時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次流，旋渦區(qū)，而拐角圓弧過度的 管道區(qū)不產(chǎn)生

33、旋渦，能量損失小。二組是圓柱體，尾流產(chǎn)生交叉排列，轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，尾流旋渦成對(duì)出現(xiàn)，是無規(guī)則 的湍流流動(dòng)。三組是突然擴(kuò)大、突然縮小和光滑過度的流線的變化，突然縮小可以看到流線呈拋 物線形、突然擴(kuò)大可以看到是一個(gè)大旋渦和一個(gè)小旋渦。而光滑過度流線無扭曲現(xiàn)象， 尾流只有一個(gè)大旋渦。這組的旋渦有時(shí)順時(shí)針轉(zhuǎn)，有時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)，也可以對(duì)稱出現(xiàn)，是 典型的湍流流動(dòng)，結(jié)構(gòu)很不穩(wěn)定。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、先打開（一）組（即彎道流）球閥，然后接通電源，就能看到管道彎道流的流動(dòng) 圖形。2、 打開（二）組，關(guān)閉（一組），依次打開（三）組，關(guān)閉（二）組。若要看（三）組旋渦的變化，把水泵停下來，先開（三）組，能看到一組流動(dòng)圖形，

34、然后開（二）組、（一）組。四、思考題1、三組旋渦在工程上各有哪些體現(xiàn)？2、三組旋渦在工程上各有哪些應(yīng)用？9.4虹吸演示一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀察虹吸發(fā)生、發(fā)展及破壞的過程；2 理解虹吸工作的原理及估算虹吸管的高度才能使虹吸管正常工作二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：圖一實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、自循環(huán)水箱 2、12、15、吸真空閥門3、高位水箱供水閥門 4、高位水箱5、 虹吸管6、7、9、測(cè)壓嘴8、抽真空文丘里管 10、抽真空嘴11、測(cè)壓管14、低位水 箱三、實(shí)驗(yàn)原理：虹吸管的工作原理是先將管中空氣抽出，使虹吸管路形成真空，在大氣壓強(qiáng)的 作用下，高水位水箱的水從管口中上升到管的頂部，然后流向低水位水箱。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 高水位水箱，低

35、位水箱及測(cè)壓燒杯內(nèi)加滿水。為增加演示效果，可在水中加 入少量紅墨水。2 開啟水泵，打開虹吸管上抽真空裝置的2、12、15、閥門吸真空，在管路內(nèi)形成真空，然后關(guān)閉閥門 2、12、15。3 打開測(cè)壓點(diǎn)的小閥門，就能看到燒杯中的三根測(cè)壓管水位上升，這是管路中 的真空值，表明三個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力分布不同及真空度的大小。同時(shí)可以比較彎頭的 阻力和沿程阻力的大小。4 打開抽真空裝置，吸入空氣，可觀察虹吸之破壞過程。9.5水擊演示實(shí)驗(yàn)一、儀器裝置簡介本實(shí)驗(yàn)儀由恒壓水箱、供水管、調(diào)壓筒、水擊室、壓力室、氣壓表、揚(yáng)水機(jī)出水管、水擊發(fā)生閥、水泵、集水箱等組成。其裝置如下圖所示。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖1、底座2、水泵3、供水管4

36、、恒壓水箱5、供水管6、調(diào)壓筒截止閥7、調(diào)壓筒8、氣壓表 9、水擊揚(yáng)水機(jī)出水管 10、揚(yáng)水機(jī)截止閥 11、壓力室 12、逆止閥 13、 集水箱 14、水擊發(fā)生閥 15、回水管 2、技術(shù)參數(shù):1)電源： 220V 50Hz2)功率： 65W3)作用水頭： 250mm4)水擊升壓： 240mm5)尺寸： 955*910*150二、安裝使用方法1、組裝儀器拆箱以后， 按圖所示檢查各個(gè)部件是否完好， 當(dāng)水擊揚(yáng)水機(jī)出水管 9、調(diào)壓筒 7、 氣壓表 8 解體分件包裝運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)按圖所示裝上這些部件。2、通電試驗(yàn)放水前插上市電 220 伏電源 ,水泵應(yīng)啟動(dòng)正常。3、放水試驗(yàn) 水質(zhì)最好為去離子水或蒸餾水，加水量

37、以使集水箱 13 中的水位與水擊室底面平齊 為宜。然后啟動(dòng)水泵，檢查各部分工作是否正常。應(yīng)無漏水、漏氣現(xiàn)象發(fā)生。4、啟動(dòng)水擊發(fā)生閥啟動(dòng)閥 14，必須先向下推開，并使過水系統(tǒng)中的空氣全部排除(打開調(diào)壓筒截止 閥可排除空氣) 。然后松手，閥 14 就會(huì)自動(dòng)地往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)，時(shí)開時(shí)閉而發(fā)生水擊。5、量測(cè)水擊壓強(qiáng) 量測(cè)時(shí)，應(yīng)全關(guān)閥 6 和 10，并應(yīng)關(guān)緊不漏水。6、水擊揚(yáng)水實(shí)驗(yàn)應(yīng)全開閥 10，全關(guān)閥 6。7、調(diào)壓筒實(shí)驗(yàn)應(yīng)全關(guān)閥 10，全開閥 6。8、其他注意事項(xiàng) 若供水管、壓力室或閥 6 下部調(diào)壓筒中的滯留空氣未排凈，或者水質(zhì)不潔等而導(dǎo)致 逆止閥漏水，或集水箱水位偏低，都有可能使水擊壓強(qiáng)達(dá)不到額定值。此

38、時(shí)應(yīng)按前述 重新運(yùn)動(dòng)，或更換工作水、增加集水箱水量。三、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 本實(shí)驗(yàn)儀可用以演示水擊波傳播、水擊揚(yáng)水、調(diào)壓筒消減水擊工況，以及水擊壓強(qiáng)的 量測(cè)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)提要如下：1、水擊的產(chǎn)生和傳播水泵 2 能把集水箱 13 中的水送入恒壓供水箱 4 中，水箱 4 內(nèi)設(shè)有溢流板和溢流回水 管，能使水箱中的水位保持恒定。工作水流自水箱 4 經(jīng)供水管 5 和水擊室再通過水擊發(fā) 生閥 14 的閥孔流出，回到集水箱 13。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先全關(guān)閥 6和 10，觸發(fā)起動(dòng)閥 14。當(dāng)水流通過閥 14時(shí)，水的沖擊力使閥 14 上移關(guān)閉而快速截止水流，因而在供水管 5 的末端首先產(chǎn)生最大的水擊升壓，并使水擊 室 16 同時(shí)承受到

39、這一水擊壓強(qiáng)。 水擊升壓以水擊波的形式迅速沿著壓力管道向上游傳播，到達(dá)進(jìn)口以后，由進(jìn)口反射回來一個(gè)減壓波，使管 5 末端和水擊室內(nèi)發(fā)生負(fù)的水擊壓強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)儀能通過閥 14 和 12 的動(dòng)作過程觀察到水擊波的來回傳播變化現(xiàn)象。即閥14關(guān)閉，產(chǎn)生水擊升壓，使逆止閥 12 克服壓力室 5 的壓力而瞬間開啟，水也隨即注入壓力 室內(nèi)，并可看到壓力表 8 隨著產(chǎn)生壓力波動(dòng)。然后，在進(jìn)口傳來負(fù)水擊作用下，水擊室 16 壓強(qiáng)低于壓力室 11，使逆止閥 12 關(guān)閉，同時(shí)，負(fù)水擊又使閥 14 下移而開啟。這一動(dòng) 作過程既能觀察到水擊波的傳播變化現(xiàn)象，又能使本實(shí)驗(yàn)儀保持往復(fù)的自動(dòng)工作狀態(tài)。 這樣周而復(fù)始，閥 14

40、不斷地開啟、關(guān)閉，水擊現(xiàn)象也就不斷地重復(fù)發(fā)生。 2、水擊壓強(qiáng)的定量觀測(cè)水擊可在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大的壓強(qiáng)，尤如重錘錘擊管道一般，甚至可能造成對(duì)管 道的破壞。由于水擊的作用時(shí)間短、升壓大，通常需用復(fù)雜而昂貴的電測(cè)系統(tǒng)做瞬態(tài)測(cè) 量，而本儀器用簡便的方法可直接地量測(cè)出水擊升壓值。 此法的測(cè)壓系統(tǒng)是由逆止閥 12、 壓力室 11 和氣壓表 8 組成。閥 14 每一開一閉都產(chǎn)生一次水擊升壓，由于作用水頭、管 道特性和閥的開度均相同，故每次水擊升壓值相同。每當(dāng)水擊波往返一次，都將向壓氣 室 11 內(nèi)注入一定水量，因而壓力室內(nèi)的壓力隨著水量的增加而不斷累加，一直到其值達(dá) 到與最大水擊壓強(qiáng)相等時(shí)， 逆止閥 1

41、2 才打不開， 水流也不再注入壓力室 11，壓力室內(nèi)的 壓力也就不再增高。這時(shí)，可從連接于壓力空腔的壓力表8測(cè)量壓力室 11 中的壓強(qiáng)，此壓強(qiáng)即為閥 14 關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的最大水擊壓強(qiáng)， 這一測(cè)量原理可用一個(gè)日常生活例子來加深 理解：如一個(gè)用氣筒每次以（ 3Kg/Cm 2 ）的壓強(qiáng)向輪胎內(nèi)打氣，顯然，只有反復(fù)多次地 打，輪胎內(nèi)的壓強(qiáng)方可達(dá)到且只能達(dá)到（ 3Kg/Cm 2 ）。本實(shí)驗(yàn)儀工作水頭為 25cm 水柱左右，氣壓表顯示的水擊壓強(qiáng)值最大可達(dá) 300mm 汞 柱（ 408cm 水柱）以上，即達(dá)到 16倍以上的工作水頭。表明水擊有可能造成工程破壞。3、水擊的利用水擊揚(yáng)水原理水擊揚(yáng)水機(jī)由圖中的 4、

42、5、14、12、16、11、10、9 等部分組成。水擊發(fā)生閥 14每 關(guān)閉一次，在水擊室 16 內(nèi)就產(chǎn)生一次水擊升壓，逆止閥 12 隨之被瞬時(shí)開啟，部分高壓 水被注入壓力室 11，當(dāng)閥 10 開啟時(shí)，壓力室的水便經(jīng)出水管流向高處。由于閥14 的不斷運(yùn)作，水擊連續(xù)多次發(fā)生，水流亦一次一次地不斷注入壓力室，因而便源源不斷地把 水提升到高處。這正是水擊揚(yáng)水機(jī)工作原理，本儀器揚(yáng)水高度為37cm,即超過恒壓供水箱的液面達(dá) 1.5 倍的作用水頭。水擊揚(yáng)水雖然能使水流從低處流向高處,但它仍然遵循能量守恒規(guī)律。揚(yáng)水提升的 水量僅僅是流過供水管的一部分,另一部分水量通過閥14 的閥孔流出了水擊室。正是這后一部分

43、水量把自身具有勢(shì)能（其值等于供水箱液面到閥14 出口處的高度） ,以動(dòng)量傳輸?shù)姆绞?提供了揚(yáng)水機(jī)揚(yáng)水。由于水擊的升壓可達(dá)幾十倍的作用水頭,因而若提高揚(yáng) 水機(jī)的出水管的高度,水擊揚(yáng)水機(jī)的揚(yáng)程也可相應(yīng)提高,但出水量會(huì)隨著高度的增加而 減小。4、水擊危害的消除調(diào)壓筒（井）工作原理、氣如上所述,水擊有可利用的一面,但更多的是它對(duì)工程具有危害性的一面。例水擊有 可能使輸水管爆裂。為了消除水擊的危害,常在閥門附近設(shè)置減壓閥或調(diào)壓筒（井）壓室等設(shè)施。本儀器設(shè)置由閥6和調(diào)壓筒7組成水擊消減裝置。實(shí)驗(yàn)時(shí)全關(guān)閥10、全開閥6，然后手動(dòng)控制閥14的開與閉。由氣壓表 8可見，此時(shí)， 水擊升壓最大值約為 120mm汞柱

44、，其值僅為閥 6關(guān)閉時(shí)的峰值的1/3。同時(shí)，該裝置還 能演示調(diào)壓系統(tǒng)中的水位波動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)閥14開啟時(shí)，調(diào)壓筒中水位低于供水箱水位（以下稱庫水位），而當(dāng)閥14突然關(guān)閉時(shí)，調(diào)壓筒中的水位很快涌高且超過庫水位，并出現(xiàn) 和豎立U形水管中水體擺動(dòng)現(xiàn)象性質(zhì)相同的振蕩，上下波動(dòng)的幅度逐次衰減，直至靜止。調(diào)壓系統(tǒng)中的非恒定流和水擊的消減作用，在實(shí)驗(yàn)中可作如下說明：設(shè)了調(diào)壓筒，在閥14全開下的恒定流時(shí)，調(diào)壓筒中維持于庫水位固定自由水面。當(dāng) 閥14突然關(guān)閉時(shí)，供水管 5中的水體因慣性作用繼續(xù)向下流動(dòng)，流入調(diào)壓筒，使其水位 上升，一直上升到高出庫水位的某一最大高度后才停止。這時(shí)管內(nèi)流速為零，流動(dòng)處于 暫時(shí)停止?fàn)顟B(tài)，

45、由于調(diào)壓筒水位高于庫水位，故水體作反向流動(dòng)，從調(diào)壓筒流向水庫。又由于慣性作用，調(diào)壓筒中水位逐漸下降，至低于庫水位，直到反向流速等于零為止。 此后供水管中的水流又開始流向調(diào)壓筒，調(diào)壓筒中的水位再次回升。這樣，伴隨著供水 管中水流的往返運(yùn)動(dòng)，調(diào)壓筒中的水位也不斷上下波動(dòng)，這種波動(dòng)由于供水管和調(diào)壓筒 的阻尼作用而逐漸衰減，最后調(diào)壓筒水位穩(wěn)定在正常水位。設(shè)置調(diào)壓筒之后，在過流量急劇改變時(shí)仍有水擊發(fā)生，但調(diào)壓筒的設(shè)置建立了一個(gè)邊 界條件，在相當(dāng)大程度上限制或完全制止了水擊向上游傳播。同時(shí)水擊波的傳播距離因 設(shè)置調(diào)壓筒的大為縮短，這樣既能避免直接水擊的發(fā)生，又加快了減壓波返回，因而使 水擊壓強(qiáng)峰值降低，這

46、就是利用調(diào)壓筒消減水擊危害的9.6空化機(jī)理實(shí)驗(yàn)、儀器構(gòu)成圖一、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖1、儲(chǔ)水箱（內(nèi)設(shè)潛水泵）2、三個(gè)調(diào)節(jié)流速的閥門 3、空化杯4、突縮減擴(kuò)型空化顯 示面流道5、文氏漸縮漸擴(kuò)空化顯示面流道 6、真空表 7、矩形閘門槽空化顯示面 流道及流線型閘門槽空化流動(dòng)顯示面流道 8、均流槽二、功能本空化實(shí)驗(yàn)儀專供教學(xué)實(shí)驗(yàn)用，是一套小型臺(tái)式、整體安裝的自循環(huán)系統(tǒng)，可用以演 示空化發(fā)生、演變及流道體型對(duì)其影響等，并可進(jìn)行空化數(shù)的定量量測(cè)。3、技術(shù)特性1）自循環(huán)供回水；2）有文氏管型、突縮型、巨型和流線型凹槽等 4 種流道；3）可顯示三種類型的空化；4）有量測(cè)汽化壓強(qiáng)的裝置；5）喉管最大流速18m/s,最大真空

47、度10m水柱；6）電源 220V、50HZ，功率 0.75KW ;7）尺寸 長X 寬X 高=650 X 310 X 1070 mm8）實(shí)驗(yàn)桌尺寸1500X 310 X 1070 mm三、使用方法1 、檢查部件是否齊全本儀器（ 1 ）多流道顯示柜（ 2）自循環(huán)供水箱（ 3）管件閥門（ 4）聯(lián)接軟管,整體 裝運(yùn)。潛水泵、空化杯與真空表在同一箱內(nèi)分開包裝。2、通電試驗(yàn)從顯示柜中引用電源的插頭,有二：一為照明燈光電源線；二為泵的動(dòng)力線。須注 意：脫離水體作潛水泵試驗(yàn)時(shí),通電不得超過 35秒。3、水管檢查顯示管下方共有 9 只管嘴。除 3 只用以聯(lián)接泵的進(jìn)水管外,其余6 只均聯(lián)接出水軟管。聯(lián)接應(yīng)注意扎緊

48、接口,并將各個(gè)水管接上導(dǎo)流軟管,出口低于水面,使之形成淹沒 出流,以免濺水。4、組裝 將上述組合件與自循環(huán)水箱組裝合成如圖一所示。組裝前,應(yīng)卸下閥門把手,組裝后,再將顯示柜與供水箱兩側(cè)面銜接處用螺絲加以固定,然后再裝回閥門把手。5、裝真空表和空化杯 測(cè)量空化真空度時(shí),去掉空化杯,量根膠管用玻璃管連接在一起。 沸騰空化實(shí)驗(yàn)時(shí),真空表的連通管接在空化杯的右側(cè),測(cè)點(diǎn)的連接管嘴在空化箱的內(nèi)部,導(dǎo)出的連接管接空化杯的左側(cè)。6、充水 充水前,須對(duì)水箱進(jìn)行清洗,特別要注意的是水箱內(nèi)決不允許有固體顆粒物存在。向水箱注入清潔水。全開 3 個(gè)閥門,接通電源,即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意：由于泵的 供水壓力較大,不允許在閥門全關(guān)（或接近全關(guān)） ,而另一閥全開（或接近全