水力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書水力學(xué)實(shí)驗(yàn)易文敏編寫李克鋒四川大學(xué)水利水電學(xué)院水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的基本任務(wù)是：觀察分析水流現(xiàn)象，驗(yàn)證所學(xué)理論，學(xué)會(huì)和掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法和操作技能，培養(yǎng)整理實(shí)驗(yàn)資料和編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，要注意培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力和獨(dú)立工作的能力。使每個(gè)實(shí)驗(yàn)者有觀察現(xiàn)象，進(jìn)行操作和組織實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，并能獨(dú)立進(jìn)行整理分析實(shí)驗(yàn)成果，受到實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練。各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)分別介紹了每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、步驟、注意事項(xiàng)，以及可供實(shí)驗(yàn)者編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)參考的表格。要求做好實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)者要獨(dú)立認(rèn)真完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，按時(shí)交指導(dǎo)教師批閱。為了使實(shí)驗(yàn)者能深入地掌握

2、和鞏固有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)尾都列有一定數(shù)量的思考題，供實(shí)驗(yàn)者進(jìn)一步深入思考，并要求在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中作出書面回答，隨實(shí)驗(yàn)報(bào)告交指導(dǎo)教師審閱批改。實(shí)驗(yàn)一 靜水壓強(qiáng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 實(shí)測(cè)容器中的靜水壓強(qiáng);2. 測(cè)定X液體的容重；3. 通過實(shí)驗(yàn)，掌握靜水壓強(qiáng)的基本方法和了解測(cè)壓計(jì)的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：如圖所示，1管和2管、3管和4管、5管和6管組成三支U型管，其中5管和6管組成的U型管裝X液體，其余U型管裝水。1管、3管和5管與大氣連通，2管、4管和6管與水箱頂部連通。3管和4管組成的U型管的底部與水箱的A點(diǎn)連通，1管和2管組成的U型管的底部與水箱的B點(diǎn)連通。水箱底部與調(diào)壓筒連通。三、實(shí)驗(yàn)原理

3、：利用調(diào)壓筒的升降來調(diào)節(jié)水箱內(nèi)液體表面壓強(qiáng)和液體內(nèi)各點(diǎn)的壓強(qiáng)。1. 根據(jù)靜水壓強(qiáng)基本公式：p=p0+g h可得pA=g水(3-A)pB=g水(1-B)2. 由于2、4、6管與水箱頂部連通，所以2、4、6管液面壓強(qiáng)與水箱液面壓強(qiáng)相同，于是可得：p0=g水(1-2)= g水（3-4）=g X（5-6）g X=g水 或g X=g水3. 若水箱內(nèi)氣體壓強(qiáng)p0pa,則p1p2、p3p4、p5p6。當(dāng)p<pa時(shí)，則水箱液體表面真空度pk=g水（2-1）用水柱高來表示為：hk=2-1四、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟆?shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)。2. 熟悉儀器，記錄常數(shù)。3. 第一種狀態(tài)，將調(diào)壓筒放到最

4、底位置，放開水箱頂部的彈簧夾，使水箱內(nèi)部氣壓等于大氣壓，然后夾上彈簧夾，使水箱內(nèi)部氣體與外界大氣隔斷。分三次調(diào)高調(diào)壓筒。每次調(diào)高后，等到水位穩(wěn)定后，記錄各測(cè)壓管水位讀數(shù)。4. 第二種狀況，將調(diào)壓筒放到最高位置，放開水箱頂部的彈簧夾，使水箱內(nèi)部氣壓等于大氣壓，然后夾上彈簧夾，使水箱內(nèi)部氣體與外界大氣隔斷。分三次調(diào)低調(diào)壓筒。每次調(diào)低后，等到水位穩(wěn)定后，記錄各測(cè)壓管水位讀數(shù)。記錄表格(僅供參考)A= 8.5 cm B= 0 cm狀態(tài)測(cè)次測(cè)壓管液面高程讀數(shù)（cm）123456p0>pa123p0<pa123計(jì)算結(jié)果表：(僅供參考)狀態(tài)測(cè)次A點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)PA(N/cm2)pA=g水（3-A）B

5、點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)PB(N/cm2)PB=g水（1-B）X液體容重(N/cm3)g=g水水箱氣體真空度hk（cm）hk=2-1p0>pa123p0<pa123五、注意事項(xiàng)：1. 升降調(diào)壓筒時(shí)，不能用力過猛，以免損壞儀器。2. 測(cè)讀測(cè)壓管水面高程時(shí)應(yīng)迅速、準(zhǔn)確，并一律以自由液面的凹面中心點(diǎn)位置為準(zhǔn)。觀測(cè)時(shí)，要保持眼睛、凹面中心點(diǎn)及刻度尺的刻度三者在同一水平面上，以排除讀數(shù)誤差。六、思考題：1. 簡述如何測(cè)定容器內(nèi)液體任意點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)。2. 在什么狀態(tài)下，U型管兩邊的液面在同一水平面上。3. 在實(shí)驗(yàn)中，調(diào)壓筒的作用是什么？實(shí)驗(yàn)二 能量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 實(shí)測(cè)有壓輸水管路中的數(shù)據(jù)，繪

6、制管路的測(cè)壓管水頭線和總水頭線，以驗(yàn)證能量方程并觀察測(cè)壓管水頭線沿程隨管徑變化的情況。2. 掌握“體積法”測(cè)流量的方法。3. 觀察彎道水流壓強(qiáng)分布規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)桌、供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、量測(cè)裝置、實(shí)驗(yàn)管道等組成。其中實(shí)驗(yàn)管道由直管、手收縮漸變管、擴(kuò)散漸變管、彎管組成，在管道內(nèi)安裝有微型比托管，并有連通管與測(cè)壓管相連接，實(shí)驗(yàn)管道壁上開有測(cè)壓孔，同樣有連通管與測(cè)壓管相連接。三、實(shí)驗(yàn)原理：1. 在直管、漸變管壁上開的測(cè)壓孔所測(cè)的數(shù)值即是測(cè)壓孔所在位置斷面的測(cè)壓管水頭，即z+。將各斷面的測(cè)壓管水頭水位沿流向連接起來，即是測(cè)壓管水頭線。2. 用體積法可測(cè)出管道通過的流量，利用連續(xù)性方程

7、可計(jì)算出各斷面的平均流速和流速水，將各斷面的測(cè)壓管水頭與該斷面流速水頭相加，即可得到該斷面的總水頭。各斷面的總水頭的連線，即為總水頭線。3. 微型比托管所測(cè)的水頭為比托管管嘴所在位置的總水頭。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備后，打開尾閥，接通電源，啟動(dòng)供水系統(tǒng)。2. 等到供水穩(wěn)定后，用吸耳球排除測(cè)壓管中的氣體。關(guān)閉尾閥，觀察測(cè)壓管中的水位是否在同一水平面上，判斷是否排完氣體。3. 打開尾閥，調(diào)節(jié)流量，使測(cè)壓管水位在適當(dāng)高度。等到水位穩(wěn)定后，開始測(cè)量。管道斷面直徑、面積表：斷面編號(hào)1234567直徑(cm)1.91.91.91.4511.451.9面積(cm2)2.842.842.841.650

8、.781.652.84水頭數(shù)據(jù)記錄表：(僅供參考)斷面編號(hào)1234567測(cè)壓管水頭畢托管所測(cè)總水頭流量測(cè)定記錄：(僅供參考)有關(guān)常數(shù)：量測(cè)水箱水平面積A=145cm2。測(cè)次量測(cè)水箱體積V（cm3）時(shí)間t(s)流量Q（cm3/s）平均流量Q（cm3/s）初高H1(cm)終高H2(cm)凈高H（cm）12計(jì)算結(jié)果表：(僅供參考)斷面編號(hào)1234567斷面平均流速v(cm/s)流速水頭(cm)測(cè)壓管水頭z+ (cm)總水頭z+(cm)五、注意事項(xiàng)：1. 流量不要太大，以免有些測(cè)壓管水位過低，影響讀數(shù)，甚至引起管道吸進(jìn)空氣，影響實(shí)驗(yàn)。2. 一定要在水流恒定后才能量測(cè)。3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，一定要關(guān)閉電源，

9、拔掉電源插頭。4. 流速較大時(shí)，測(cè)壓管水位有波動(dòng)，讀數(shù)時(shí)要讀取時(shí)均值。5. 實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要注意安全用電。六、思考題1. 計(jì)算1斷面和5斷面比托管所測(cè)點(diǎn)流速。2. 繪制測(cè)壓管水頭線和總水頭線。3. 比較比托管所測(cè)總水頭和用平均流速計(jì)算出的總水頭之間的大小。4. 分析水流在直道和彎道處的測(cè)壓管水頭在各部位的大小情況。實(shí)驗(yàn)三 文丘里實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 測(cè)定文丘里管流量系數(shù)值。2. 繪制文丘里管的流量Q與壓差計(jì)壓差h之間的關(guān)系曲線。3. 學(xué)習(xí)、了解自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)桌、供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、文丘里管等組成，其中文丘里管由收縮段、喉管和擴(kuò)散段組成。在收縮段和喉管上開有測(cè)

10、壓孔，并與測(cè)壓管連通。實(shí)驗(yàn)裝置另外配備有自動(dòng)測(cè)壓和流量自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)。三、實(shí)驗(yàn)原理：首先列出1斷面和2斷面的能量方程式，并設(shè)a11,a21，且不考慮兩斷面之間的水頭損失，則有：+=+ (1) v1A1=v2A2 v2=v1代入（1）式得：=()2-1V1=理論流量：QT=A1V1=A1QT=CTCT為文丘里的理論常數(shù)。由于實(shí)際液體在運(yùn)動(dòng)中存在水頭損失，故實(shí)際通過的流量Q與理論流量QT有誤差，所以把Q/QT叫做文丘里管流量系數(shù)，用表示：=四、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 熟悉實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和設(shè)備結(jié)構(gòu)。2. 打開尾閥，接通水泵電源，給水箱供水。3. 關(guān)閉尾閥，排除管道和測(cè)壓管中的氣體，直到測(cè)壓管的

11、水位讀數(shù)相等。4. 打開尾閥，使管道通過較大流量，且測(cè)壓管的水位均能讀數(shù)。等到水流穩(wěn)定后，開始測(cè)定測(cè)壓管水位和流量，并記錄。5. 控制尾閥，減小流量，使測(cè)壓管水位差減小4cm左右，等到水流穩(wěn)定后，繼續(xù)測(cè)定。6. 測(cè)次大于6次后，且壓差分布均勻，實(shí)驗(yàn)可以結(jié)束。7. 關(guān)閉電源。流量數(shù)據(jù)記錄表：(僅供參考) 量測(cè)水箱水平面積：A=145cm2測(cè)次量測(cè)水箱時(shí)間s流量Qcm3/s測(cè)壓管水頭初高cm終高cm凈高cm體積cm3h1(cm)h2(cm)123456文丘里管斷面直徑、面積：d1= 1.9 cm d2= 1 cm A1= cm2 A2= cm2計(jì)算結(jié)果表：(僅供參考)測(cè)次測(cè)壓管壓差h(cm)文丘里

12、管理論常數(shù)CT理論流量QT（cm3/s）實(shí)際流量Q(cm3/s)文丘里管流量系數(shù)1234567五、注意事項(xiàng)：1. 在實(shí)驗(yàn)中，一定要注意用電安全。2. 在操作過程中，動(dòng)作不要過大、過猛，以免損壞儀器。3. 使用自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)時(shí)，一定要按老師要求進(jìn)行操作。六、思考題：1. 分析文丘里流量計(jì)所測(cè)理論流量與實(shí)際流量之間的大小，并分析其原因。2. 文丘里管能否倒裝，并說明原因。3. 繪制Q-h關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)四 孔口與管嘴出流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 觀察典型孔口及管嘴出流時(shí)的流動(dòng)現(xiàn)象及園柱形管嘴的局部真空。2. 測(cè)定孔口及管嘴出流時(shí)的流量系數(shù)值。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)裝置由供水系統(tǒng)、恒定水頭水箱、回水系統(tǒng)和量測(cè)

13、系統(tǒng)組成。在恒定水頭水箱的側(cè)壁上安裝管嘴（或開有孔口）。另外配有秒表一字只。三、實(shí)驗(yàn)原理：孔口(管嘴)出流的計(jì)算公式：vc= Q=Ac×vc=A=A = 式中為孔口出流時(shí)收縮斷面處的平均流速，H為孔口中心線上的水頭，Q為流量，Ac為收縮斷面的面積。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 接通電源，開啟水泵，給水箱供水。2. 等到水位穩(wěn)定后，逐個(gè)開通孔口（管嘴），認(rèn)真觀察出流現(xiàn)象，并測(cè)量水頭及流量。園柱管嘴出流時(shí)，測(cè)量其收縮斷面處的真空度。量測(cè)水箱水平面積A= 100 cm2初高(cm)終高(cm)凈高(cm)時(shí)間(s)流量(cm3/s)水頭(cm)流量系數(shù)斷面尺寸備注孔口（收縮）d=1.2cm孔口（喇叭

14、）d=1.2cm孔口（方孔）1.2×1.2cm2管嘴（園柱）d=1.2cm管嘴（收縮）d=1.2cm五、注意事項(xiàng)：1. 接通、關(guān)閉電源時(shí)要注意安全。2. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，動(dòng)作要輕，不能用力過猛，以免損壞儀器。六、思考題：1. 比較各孔口及管嘴的流量系數(shù)大小，并說明原因。實(shí)驗(yàn)五 動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)測(cè)射流對(duì)平板或曲板的作用力，并驗(yàn)證恒定流動(dòng)量方程式。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，由實(shí)驗(yàn)桌、有壓供水系統(tǒng)、噴流裝置、天平、流量量測(cè)裝置和回水系統(tǒng)組成。三、實(shí)驗(yàn)原理：恒定總流的動(dòng)量方程為：F=Q(2v2x-1v1x)水流從噴嘴中，以速度射向平面（或曲面），當(dāng)水流被阻擋以后，對(duì)稱分開，若不考慮

15、摩擦力的作用，水流將以同樣大小的速度離開平面（或曲面），即v1和v2的大小相等，但方向不同。射流情況如圖所示：當(dāng)水流以流速v從噴嘴口射出，經(jīng)過一個(gè)射流高度z到達(dá)平面（或曲面）后，其流速將變?yōu)関1，其關(guān)系是：=+z 即 v1=根據(jù)以上情況可得動(dòng)量方程：R=Q (v1 -v2cos)由于=，v1=v2=并設(shè)2=1、1=1，可得： R=Q (1-cos) (為流入方向與流出方向的夾角) V= (A為噴嘴口斷面面積)四、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和注意事?xiàng)。2. 熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備構(gòu)造。3. 調(diào)平天平。關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥。4. 接通電源，打開水泵。稍等片刻后，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，排除壓力水箱中的氣體，并將水

16、壓調(diào)。5. 用定位件固定天平，在天平A端加上砝碼。6. 緩慢打開流量調(diào)節(jié)閥。調(diào)整流量大小，使天平平衡，稍等片刻后測(cè)定流量。7. 增加砝碼，再次測(cè)量。8. 關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉電源，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)記錄表：(僅供參考)噴嘴口直徑d= 0.8cm 噴嘴口面積A= cm2 噴嘴口距平(曲)面板距離z= cm 測(cè)量水箱水平面積S= 200 cm2 = 度測(cè)次砝碼重量G(g)水位初高h(yuǎn)1(cm)水位終高h(yuǎn)2(cm)水位凈高h(yuǎn)(cm)時(shí)間t(s)流量Q(cm3/s)V(cm/s)V1(cm/s)R(N)12345五、注意事項(xiàng)：1. 在開水泵前，一定要關(guān)閉流量控制閥，以免損壞天平。2. 控制流量時(shí)，一定要緩慢

17、。3. 實(shí)驗(yàn)做完后，要先關(guān)流量控制閥，再關(guān)水泵。4. 實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要注意用電安全。六、思考題：1. 為什么控制流量時(shí)，一定要緩慢?2. 比較實(shí)測(cè)作用力與計(jì)算作用力的大小，分析其原因。實(shí)驗(yàn)六 雷諾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 觀察水流的流態(tài)，即層流和紊流現(xiàn)象。2. 測(cè)定臨界雷諾數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，由實(shí)驗(yàn)桌、供水系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)管道、流量量測(cè)系統(tǒng)、流線指示裝置和回水系統(tǒng)組成。三、實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)際液體有兩種不同的運(yùn)動(dòng)型態(tài)，即層流和紊流。當(dāng)流速較小時(shí)，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)是有條不紊運(yùn)動(dòng)，互不混雜，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做層流。當(dāng)流速較大時(shí)，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動(dòng)過程中，互相混摻，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做紊流

18、。水流的型態(tài)由其流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)決定，雷諾數(shù)Re=式中，v管中平均流速，d管徑，運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)。= (T 水溫)據(jù)前人實(shí)驗(yàn)資料得知，下臨界雷諾數(shù)比較穩(wěn)定，Re=2000。而上臨界雷諾數(shù)變化很大，約在500020000之間。因此一般認(rèn)為：Re<2000為層流Re>2000為紊流四、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 熟悉實(shí)驗(yàn)指示書。2. 接通電源，開啟水泵給水箱供水。3. 到水箱里的水開始溢流后，輕輕打開尾閥，使管道通過小流量，再打開指示劑開關(guān)，使顏色水流入管道。4. 反復(fù)緩慢增大（或減?。┝髁浚屑?xì)觀察層流和紊流現(xiàn)象。5. 從大到?。ɑ驈男〉酱螅┚徛{(diào)整流量，在臨界流速時(shí)（即流態(tài)開始轉(zhuǎn)換時(shí)），測(cè)定其雷諾數(shù)

19、。6. 實(shí)驗(yàn)完畢后，先關(guān)閉指示劑開關(guān)，然后關(guān)閉水泵，拔掉電源。實(shí)驗(yàn)記錄表：(僅供參考) 管徑d= cm 水溫T= 測(cè)量水箱水平面積A= cm2測(cè)次量測(cè)水箱時(shí)間T()流量Q(cm3/s)流速v(cm/s)雷諾數(shù)Re狀態(tài)初高H1(cm)終高H2(cm)凈高H(cm)體積（cm3）12345678910五、注意事項(xiàng)：1. 調(diào)整流量時(shí)，一定要慢，且要單方向調(diào)整（即從大到小或從小到大），不能忽大忽小。2. 指示劑開關(guān)的開度要適當(dāng)，不要過大或過小。3. 判斷臨界流速時(shí)，一定要準(zhǔn)確。4. 不要震動(dòng)水箱、水管，以免干擾水流。5. 實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要注意用電安全。六、思考題1. 為什么調(diào)整流量時(shí)，一定要慢，且要單方向

20、調(diào)整。2. 要提高實(shí)驗(yàn)精度，應(yīng)該注意哪些問題？實(shí)驗(yàn)七 管流沿程阻力實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 測(cè)定有壓管流沿程水頭損失及沿程阻力系數(shù)值。2. 繪制lghflgv和lgRelg關(guān)系曲線，確定hf=Kvn中的n值。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖所示：實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)桌、供水系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)管道、流量量測(cè)水箱和回水管組成。其中在實(shí)驗(yàn)管道上開有兩個(gè)測(cè)壓孔，并安裝有測(cè)壓管，測(cè)壓孔的距離為L。三、實(shí)驗(yàn)原理：列出1、2斷面的能量方程：z1+= z2+hf 由于管道直徑不變，所以兩斷面流速水頭相等，于是有：hf=( z1+)-（z2+）=h即1、2兩斷面間的沿程水頭損失等于兩斷面間的測(cè)壓管水頭差。根據(jù)達(dá)西公式hf=于是 =

21、hf=h式中，管道沿程阻力系數(shù)，d實(shí)驗(yàn)管管徑，hf1、2兩斷面間的沿程水頭損失，L1、2兩斷面間的距離，v管中平均流速，g重力加速度。用體積法測(cè)定管道通過的流量Q，由于管徑已知，所以求得平均流速v。由此可以計(jì)算出沿程阻力系數(shù)。水流在不同的流區(qū)及不同的流態(tài)下，其沿程水頭損失與斷面平均流速的關(guān)系是不同的。在層流狀態(tài)下，沿程水頭損失與斷面平均流速成正比；在紊流狀態(tài)下，沿程水頭損失與斷面的平均流速的1.752次方成正比。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指示書，熟悉實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆?. 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)。3. 接通電源，開啟水泵給水箱供水，打開尾閥。4. 等到水開始溢流后，排除測(cè)壓管中的氣體。在關(guān)閉尾

22、閥的條件下，檢查兩根測(cè)壓管的液位是否在同一平面上，從而判斷氣體是否排完。5. 把尾閥開到最大，這時(shí)實(shí)驗(yàn)管道通過的流量最大，測(cè)壓管的液位差最大（即壓差最大）。水流穩(wěn)定后，開始測(cè)量流量和壓差，并記錄。6. 減小尾閥的開度，減小實(shí)驗(yàn)流量，壓差的減小量控制在4cm左右（即壓差比上次減小2cm）. 水流穩(wěn)定后，再開始測(cè)量水溫、流量和壓差，并記錄。7. 重復(fù)實(shí)驗(yàn),每次壓差下降要均勻，直到流量為0.檢查數(shù)據(jù)無誤后,關(guān)閉電源,結(jié)束實(shí)驗(yàn).數(shù)據(jù)記錄表：(僅供參考) 管徑d= cm 實(shí)驗(yàn)段長度L = 70 cm 水溫T= 測(cè)量水箱面積S=145cm2測(cè)次量測(cè)水箱時(shí)間t(s)流量Q(cm3/s)流速v(cm/s)測(cè)壓

23、管Re初高H1（cm）終高H2 (cm)凈高 (cm)h1(cm)h2(cm)123456789101112注：初高H1、終高H2是指測(cè)量水箱里的水位。測(cè)次123456789101112LoghfLogvLogRelog五、注意事項(xiàng)：1. 實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，動(dòng)作一定要輕，不要用力過猛，以免損壞儀器。2. 壓差下降要均勻，便于繪制曲線，提高實(shí)驗(yàn)精度。3. 水位波動(dòng)時(shí)，讀取時(shí)均值。4. 整理資料時(shí)，一定要注意單位的統(tǒng)一。5. 實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要注意用電安全。六、思考題：1. 分析最大流量和最小流量的流態(tài)及流區(qū)。2. 為什么調(diào)整流量時(shí)，壓差下降要均勻。3. 繪制loghf-logv和logRe-log曲線。實(shí)驗(yàn)

24、八 管流局部阻力實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 測(cè)定圓管突然擴(kuò)大的局部水頭損失，掌握管流局部水頭損失的測(cè)定方法。2. 驗(yàn)證圓管突然擴(kuò)大、突然縮小局部水頭損失的理論公式。3. 繪制測(cè)壓管水頭曲線。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)桌、供水系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)管道、測(cè)壓管、流量量測(cè)水箱和回水系統(tǒng)等組成。其中實(shí)驗(yàn)管道由細(xì)管到粗管的突然擴(kuò)大部分、粗管到細(xì)管的突然縮小部分和彎道部分組成。三、實(shí)驗(yàn)原理：在實(shí)際管流中，由于管徑的變化或結(jié)構(gòu)局部的突變，使流動(dòng)結(jié)構(gòu)從新調(diào)整，并產(chǎn)生旋渦，使能量產(chǎn)生損失。如管道直徑的突然擴(kuò)大或縮小、急彎、岔口等情況。由能量方程可知，管流突然擴(kuò)大的局部水頭損失即是圖中11斷面到22斷面的水頭損失， hj實(shí)=

25、( z 1+ +)-(z2+)式中1、2取1，測(cè)壓管水頭(z 1+)、( z2+)從測(cè)壓管中直接讀取。流速水頭、則根據(jù)體積法所測(cè)流量Q和管徑d1和d2算出流速v1、v2從而得到。管流突然擴(kuò)大局部水頭損失的理論公式：hj理= (1-)2=1-()22理=(1-)2=1-()22由能量方程可知，管道突然縮小的局部水頭損失即是圖中11斷面到22斷面的能量損失hj實(shí)=(z1+)-(z2+)式中取1，測(cè)壓管水頭(z1+)、(z2+)直接在測(cè)壓管中讀取，流速水頭、則根據(jù)體積法所測(cè)流量Q和管徑d1、d2計(jì)算出流速v1、v2后，從而得到。經(jīng)驗(yàn)公式 hj=0.5(1-)式中叫做局部水頭損失系數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1

26、. 熟悉實(shí)驗(yàn)指示書、實(shí)驗(yàn)裝置。2. 打開尾閥，接通電源，開啟水泵，給水箱供水。3. 等到水箱開始溢水后，關(guān)閉尾閥，排除管道、測(cè)壓管中的氣體，并觀察測(cè)壓管中的水位是否在同一水平面上。4. 打開尾閥，使管道通過水流，并調(diào)節(jié)流量大小，使測(cè)壓管水位在適當(dāng)?shù)母叨取?. 測(cè)量各斷面的測(cè)壓管水頭，用測(cè)量水箱測(cè)定流量。6. 檢查數(shù)據(jù)無誤后，改變流量，再次測(cè)量。7. 關(guān)閉水泵，拔掉電源，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。五、注意事項(xiàng)：1. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要安全用電。2. 操作時(shí)，用力不要過猛，以免損壞儀器。3. 計(jì)算時(shí)，要注意斷面的位置。測(cè)壓管水頭數(shù)據(jù)表：(僅供參考)測(cè)次管號(hào)123456781管徑(cm)測(cè)壓管水頭(cm)管號(hào)91011

27、1213141516管徑測(cè)壓管水頭(cm)管號(hào)1718192021222324管徑測(cè)壓管水頭(cm)2管號(hào)12345678管徑測(cè)壓管水頭(cm)管號(hào)910111213141516管徑測(cè)壓管水頭(cm)管號(hào)17181920212223管徑測(cè)壓管水頭(cm)流量測(cè)定數(shù)據(jù)表：(僅供參考)測(cè)次測(cè)量水箱水位(cm)時(shí)間t(s)流量(cm3/s)平均流量Q(cm3/s)備注初高H1終高H2凈高HQ1Q21測(cè)量水箱水平面積A=145cm22管流突然擴(kuò)大局部水頭損失計(jì)算表：(僅供參考)細(xì)管直徑d1= 1.4 cm 粗管直徑d2= 2.5cm 局部阻力系數(shù)= 測(cè)次(cm)(Z+)1(cm)+(Z+)1(cm)(

28、cm)(Z+)2(cm)+(Z+)2(cm)hj理hj實(shí)12管流突然縮小局部水頭損失計(jì)算表：(僅供參考)粗管直徑d1=2.5 cm 細(xì)管直徑d2=1.4 cm 局部阻力系數(shù)= 測(cè)次(cm)(Z+)1(cm)+(Z+)1(cm)(cm)(Z+)2(cm)+(Z+)2(cm)hj理hj實(shí)12六、思考題1. 比較管流突然擴(kuò)大的實(shí)測(cè)局部水頭損失和理論局部水頭損失的大小，并分析其原因。2. 為什么管流突然擴(kuò)大的22斷面要取粗管上測(cè)壓管水頭最高的斷面？實(shí)驗(yàn)九 明渠斷面流速分布測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解比托管的構(gòu)造和測(cè)速原理，掌握用比托管測(cè)點(diǎn)流速的方法。2. 了解旋漿流速儀的使用方法。3. 繪制明渠斷面垂

29、線的流速分布曲線圖。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)水槽、比托管（或旋漿流速儀）等組成。水槽寬b=60厘米，水槽底坡i=0，水槽前端安裝有量水堰，為了調(diào)節(jié)水深，水槽尾部安裝有尾門。三、實(shí)驗(yàn)原理：1. 比托管測(cè)流速原理比托管前端和側(cè)面都開有測(cè)壓孔，分別由兩根不相通的細(xì)管接入測(cè)壓管。由于比托管前端對(duì)水流的阻擋，使水流到達(dá)比托管的前端面時(shí)，流速變?yōu)榱?，?dòng)能全部轉(zhuǎn)化為壓能，故比托管前端測(cè)壓孔所測(cè)水頭為該點(diǎn)總水頭。比托管側(cè)面測(cè)壓孔與水流方向垂直，對(duì)流速影響很?。ê雎圆挥?jì)），所以所測(cè)水頭為該點(diǎn)測(cè)壓管水頭。根據(jù)比托管前端孔所測(cè)總水頭和側(cè)面孔所測(cè)測(cè)壓管水頭，可以算出該點(diǎn)的流速水頭，即 h1-h2=v=h1比托管前

30、端孔所測(cè)總水頭(z+ ) h2比托管側(cè)面孔所測(cè)測(cè)壓管水頭(z+)故 v=在實(shí)驗(yàn)中，為了更準(zhǔn)確地測(cè)定，我們使用可傾斜比壓計(jì)，如傾斜比壓計(jì)的傾斜角為，則在計(jì)算流速時(shí)，所測(cè)壓差應(yīng)乘sin。由于比托管對(duì)水流的干擾和測(cè)壓孔位置的不同，故需乘上比托管的校正系數(shù)µ，一般為0.981，因此點(diǎn)流速為 v=µ2. 旋槳流速儀測(cè)流速原理旋槳和水流的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，槳葉受到垂直于旋槳徑向的作用力，作用于每只槳葉的力對(duì)槳軸的力矩，使槳葉繞軸旋轉(zhuǎn)，流速是旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)速率或轉(zhuǎn)動(dòng)周期的函數(shù)。1) 計(jì)數(shù)法測(cè)流速時(shí)，流速與脈沖數(shù)之間的關(guān)系為：v=K+Cv流速。N施測(cè)時(shí)間。K流速系數(shù)，旋槳每轉(zhuǎn)動(dòng)1/2周水流質(zhì)點(diǎn)前進(jìn)的距離

31、。C旋槳起動(dòng)流速值。2) 周期法測(cè)流速時(shí)，流速與脈沖周期之間的關(guān)系為：v=2K+CT旋槳每轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指示書，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 熟悉比托管（旋槳流速儀）的實(shí)際構(gòu)造和使用方法。3. 打開水槽進(jìn)水閥門，將水槽水深控制在1520cm左右。4. 調(diào)平比托管測(cè)壓排基座。5. 用自來水（或真空泵）給比托管排氣，氣體排完后，在測(cè)壓管上方放入部分空氣。6. 將比托管管頭放入靜水中，檢查測(cè)壓管讀數(shù)是否相等，如果相等，則說明比托管和連通管中的氣體已經(jīng)排完，用彈簧夾夾好排氣管。否則將繼續(xù)排氣。7. 將比托管放到要測(cè)定的位置上，管頭正對(duì)水流方向。8. 將管頭放到槽底，等到測(cè)壓管水位

32、穩(wěn)定后讀取水位值和比托管高程值。升高比托管高程2cm，再讀數(shù)，直到水面。五、注意事項(xiàng)1. 實(shí)驗(yàn)中，比托管管頭不能露出水面。2. 比托管管頭一定要正對(duì)水流方向。3. 一定要等到測(cè)壓管液面穩(wěn)定后才讀數(shù)。六、思考題1. 使用比托管時(shí)，為什么要排氣？施測(cè)過程中，為什么比托管管頭不能露出水面？2. 測(cè)流速時(shí)，比托管管頭為什么要正對(duì)水流方向？3. 繪制斷面垂線上的流速分布曲線。比托管測(cè)流速記錄表（僅供參考）測(cè)點(diǎn)編號(hào)施測(cè)點(diǎn)高程(cm)比壓計(jì)讀數(shù)壓差h(cm)點(diǎn)流速v備注h1(cm)h2(cm)比壓計(jì)傾角=校正系數(shù)=槽寬B=實(shí)驗(yàn)十 水面曲線演示實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸谧兤掠袡C(jī)玻璃矩型水槽中，演示棱柱體渠道中非均

33、勻漸變流的主要幾種水面曲線及其銜接形式。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)水槽總長米，寬米，由兩段組成，中間由轉(zhuǎn)動(dòng)鉸連接。水槽兩端安裝有電動(dòng)升降機(jī)和坡度指示器。槽中安裝有閘門。三、 實(shí)驗(yàn)原理：在流量、矩形斷面、尺寸為一定的明渠中，臨界底坡的計(jì)算公式： hk= 式中hk為臨界水深，q為單寬流量。 ik=式中Rk、xk、Ck為渠中水深為臨界水深時(shí)所對(duì)應(yīng)的水力半徑、濕周、謝才系數(shù)。為了區(qū)別各種坡型，則需首先確定臨界底坡。在已知流量的情況下，根據(jù)試算法或圖解法求臨界水深hk，然后計(jì)算出臨界底坡ik。另外可以根據(jù)斷面平均流速和微波相對(duì)速度的大小來判斷水流的流態(tài)。當(dāng)v<vw時(shí)，水流為緩流。 v=vw時(shí)，水流為臨界

34、流。 v>vw時(shí)，水流為急流。在水流為均勻流狀態(tài)下，水流為臨界流時(shí)，水槽的底坡為臨界底坡。水面曲線根據(jù)水深劃分為三個(gè)區(qū)，即當(dāng)實(shí)際水深大于正常水深和臨界水深時(shí)為a區(qū)，當(dāng)實(shí)際水深在正常水深和臨界水深之間時(shí)為b區(qū)，當(dāng)實(shí)際水深小于正常水深和臨界水深時(shí)為c區(qū)。根據(jù)底坡情況分為五類，即1、2、3、0、。由于臨界坡度時(shí)KK先與NN線重合，平坡和反坡時(shí)NN線無限遠(yuǎn)。所以可歸納為12種類型的水面曲線。水面曲線的類型和名稱列表如下：水槽底坡情況水面曲線符號(hào)a區(qū)b區(qū)c區(qū)i>0i<ika1b1c1i>ika2b2c2i=ika3c3i=0b0c0i<0bc水面曲線類型壅水曲線降水曲線壅水曲線四、 實(shí)驗(yàn)步驟：1. 取掉水槽中的建筑物，接通電源，開啟水泵，給水槽供水。2. 等到水流穩(wěn)定后（均勻流），點(diǎn)擊水面，觀察水波的形態(tài)，并反復(fù)調(diào)整水槽坡度，當(dāng)微波向上游傳播的絕對(duì)速度為零時(shí)，水流為臨界流，水深為臨界水深，水槽坡度為臨界坡度，并記錄。3. 放下閘門，插入水中。水流穩(wěn)定后，觀察a3和c3曲線。4. 取掉閘門，調(diào)整上下游槽底坡度，使上游坡度（為緩坡），下游坡度（為陡坡