水力學(xué)實驗指導(dǎo)書

1、本科教學(xué)實驗指導(dǎo)書水力學(xué)實驗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)保護國家重點實驗室水力學(xué)實驗課的基本任務(wù)是：觀察分析水流現(xiàn)象，驗證所學(xué)理論，學(xué)會和掌握科學(xué)實驗的方法和操作技能，培養(yǎng)整理實驗資料和編寫實驗報告的能力。在進行實驗的過程中，要注意培養(yǎng)自己的動手能力和獨立工作的能力。使每個實驗者有觀察現(xiàn)象，進行操作和組織實驗的機會，并能獨立進行整理分析實驗成果，受到實驗技能的基本訓(xùn)練。各項實驗分別介紹了每個實驗的目的、原理、實驗設(shè)備、步驟、注意事項，以及可供實驗者編寫實驗報告時參考的表格。要求做好實驗后，實驗者要獨立認真完成一份實驗報告，按時交指導(dǎo)教師批閱。為了使實驗者能深入地掌握

2、和鞏固有關(guān)實驗內(nèi)容，每個實驗項目的結(jié)尾都列有一定數(shù)量的思考題，供實驗者進一步深入思考，并要求在實驗報告中作出書面回答，隨實驗報告交指導(dǎo)教師審閱批改。實驗一 靜水壓強一、實驗?zāi)康模?. 實測容器中的靜水壓強;2. 測定X液體的容重；3. 通過實驗，掌握靜水壓強的基本方法和了解測壓計的應(yīng)用。二、實驗設(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點連通，1管和2管組成的U型管的底部與水箱的B點連通。水箱底部與調(diào)壓筒連通。三、實驗原理

3、：利用調(diào)壓筒的升降來調(diào)節(jié)水箱內(nèi)液體表面壓強和液體內(nèi)各點的壓強。1. 根據(jù)靜水壓強基本公式：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管液面壓強與水箱液面壓強相同，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p0pa,則p1p2、p3p4、p5p6。當p<pa時，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、實驗步驟：1. 認真閱讀實驗?zāi)康囊?、實驗原理和注意事項?. 熟悉儀器，記錄常數(shù)。3. 第一種狀態(tài)，將調(diào)壓筒放到最底

4、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，記錄各測壓管水位讀數(shù)。記錄表格(僅供參考)A=8.5cmB= 0 cm狀態(tài)測次測壓管液面高程讀數(shù)（cm）123456p0>pa123p0<pa123計算結(jié)果表：(僅供參考)狀態(tài)測次A點相對壓強PA(N/cm2)pA=g水（3-A）B點相對壓

5、強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：1. 升降調(diào)壓筒時，不能用力過猛，以免損壞儀器。2. 測讀測壓管水面高程時應(yīng)迅速、準確，并一律以自由液面的凹面中心點位置為準。觀測時，要保持眼睛、凹面中心點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. 簡述如何測定容器內(nèi)液體任意點的靜水壓強。2. 在什么狀態(tài)下，U型管兩邊的液面在同一水平面上。3. 在實驗中，調(diào)壓筒的作用是什么？實驗二 能量方程驗證實驗一、實驗?zāi)康模?. 實測有壓輸水管路中的數(shù)據(jù)，繪制管路的

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

7、各斷面的平均流速和流速水，將各斷面的測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. 微型比托管所測的水頭為比托管管嘴所在位置的總水頭。四、實驗步驟：1. 熟悉實驗設(shè)備后，打開尾閥，接通電源，啟動供水系統(tǒng)。2. 等到供水穩(wěn)定后，用吸耳球排除測壓管中的氣體。關(guān)閉尾閥，觀察測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，使測壓管水位在適當高度。等到水位穩(wěn)定后，開始測量。管道斷面直徑、面積表：斷面編號1234567直徑(cm)1.91.91.91.4511.451.9面積(cm2)2.842.842.841.650.781

8、.652.84水頭數(shù)據(jù)記錄表：(僅供參考)斷面編號1234567測壓管水頭畢托管所測總水頭流量測定記錄：(僅供參考)有關(guān)常數(shù)：量測水箱水平面積A=145cm2。測次量測水箱體積V（cm3）時間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計算結(jié)果表：(僅供參考)斷面編號1234567斷面平均流速v(cm/s)流速水頭(cm)測壓管水頭z+ (cm)總水頭z+(cm)五、注意事項：1. 流量不要太大，以免有些測壓管水位過低，影響讀數(shù)，甚至引起管道吸進空氣，影響實驗。2. 一定要在水流恒定后才能量測。3. 實驗結(jié)束后，一定要關(guān)閉電源，拔掉電源

9、插頭。4. 流速較大時，測壓管水位有波動，讀數(shù)時要讀取時均值。5. 實驗時一定要注意安全用電。六、思考題1. 計算1斷面和5斷面比托管所測點流速。2. 繪制測壓管水頭線和總水頭線。3. 比較比托管所測總水頭和用平均流速計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壓管水頭在各部位的大小情況。實驗三 文丘里實驗一、實驗?zāi)康模?. 測定文丘里管流量系數(shù)值。2. 繪制文丘里管的流量Q與壓差計壓差h之間的關(guān)系曲線。3. 學(xué)習(xí)、了解自動量測系統(tǒng)的使用方法。二、實驗設(shè)備：實驗裝置由實驗桌、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、喉管和擴散段組成。在收縮段和喉管上開有測壓孔，并

10、與測壓管連通。實驗裝置另外配備有自動測壓和流量自動量測系統(tǒng)。三、實驗原理：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)。由于實際液體在運動中存在水頭損失，故實際通過的流量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、實驗步驟：1. 熟悉實驗指導(dǎo)書，了解實驗?zāi)康摹⒃砗驮O(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，排除管道和測壓管中的氣體，直到測壓管的水位讀數(shù)相

11、等。4. 打開尾閥，使管道通過較大流量，且測壓管的水位均能讀數(shù)。等到水流穩(wěn)定后，開始測定測壓管水位和流量，并記錄。5. 控制尾閥，減小流量，使測壓管水位差減小4cm左右，等到水流穩(wěn)定后，繼續(xù)測定。6. 測次大于6次后，且壓差分布均勻，實驗可以結(jié)束。7. 關(guān)閉電源。流量數(shù)據(jù)記錄表：(僅供參考)量測水箱水平面積：A=145cm2測次量測水箱時間s流量Qcm3/s測壓管水頭初高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計算結(jié)果表：(僅供參考)測次測壓管壓差h(cm)文丘里管理論常數(shù)CT理

12、論流量QT（cm3/s）實際流量Q(cm3/s)文丘里管流量系數(shù)1234567五、注意事項：1. 在實驗中，一定要注意用電安全。2. 在操作過程中，動作不要過大、過猛，以免損壞儀器。3. 使用自動量測系統(tǒng)時，一定要按老師要求進行操作。六、思考題：1. 分析文丘里流量計所測理論流量與實際流量之間的大小，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。實驗四 孔口與管嘴出流實驗一、實驗?zāi)康模?. 觀察典型孔口及管嘴出流時的流動現(xiàn)象及園柱形管嘴的局部真空。2. 測定孔口及管嘴出流時的流量系數(shù)值。二、實驗設(shè)備：實驗裝置由供水系統(tǒng)、恒定水頭水箱、回水系統(tǒng)和量測系統(tǒng)組成。在恒定

13、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、實驗原理：孔口(管嘴)出流的計算公式：vc= Q=Ac×vc=A=A=式中為孔口出流時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、實驗步驟：1. 接通電源，開啟水泵，給水箱供水。2. 等到水位穩(wěn)定后，逐個開通孔口（管嘴），認真觀察出流現(xiàn)象，并測量水頭及流量。園柱管嘴出流時，測量其收縮斷面處的真空度。量測水箱水平面積A=100cm2初高(cm)終高(cm)凈高(cm)時間(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）d=1.2cm孔口（方

14、孔）1.2×1.2cm2管嘴（園柱）d=1.2cm管嘴（收縮）d=1.2cm五、注意事項：1. 接通、關(guān)閉電源時要注意安全。2. 實驗時，動作要輕，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。實驗五 動量方程實驗一、實驗?zāi)康模簩崪y射流對平板或曲板的作用力，并驗證恒定流動量方程式。二、實驗設(shè)備：實驗裝置如圖所示，由實驗桌、有壓供水系統(tǒng)、噴流裝置、天平、流量量測裝置和回水系統(tǒng)組成。三、實驗原理：恒定總流的動量方程為：F=Q(2v2x-1v1x)水流從噴嘴中，以速度射向平面（或曲面），當水流被阻擋以后，對稱分開，若不考慮摩擦力的作用，水流將以同

15、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：當水流以流速v從噴嘴口射出，經(jīng)過一個射流高度z到達平面（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、實驗步驟：1. 認真閱讀實驗?zāi)康?、原理和注意事項?. 熟悉實驗設(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，并將水壓調(diào)。5. 用定位件固定

16、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，稍等片刻后測定流量。7. 增加砝碼，再次測量。8. 關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉電源，結(jié)束實驗。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 測量水箱水平面積S=200cm2 =度測次砝碼重量G(g)水位初高h1(cm)水位終高h2(cm)水位凈高h(cm)時間t(s)流量Q(cm3/s)V(cm/s)V1(cm/s)R(N)12345五、注意事項：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，一定要緩慢。3. 實驗做完后，要先關(guān)流量控制

17、閥，再關(guān)水泵。4. 實驗時一定要注意用電安全。六、思考題：1. 為什么控制流量時，一定要緩慢?2. 比較實測作用力與計算作用力的大小，分析其原因。實驗六 雷諾實驗一、實驗?zāi)康模?. 觀察水流的流態(tài)，即層流和紊流現(xiàn)象。2. 測定臨界雷諾數(shù)。二、實驗設(shè)備：實驗裝置如圖所示，由實驗桌、供水系統(tǒng)、實驗管道、流量量測系統(tǒng)、流線指示裝置和回水系統(tǒng)組成。三、實驗原理：實際液體有兩種不同的運動型態(tài)，即層流和紊流。當流速較小時，各流層的液體質(zhì)點是有條不紊運動，互不混雜，這種型態(tài)的流動叫做層流。當流速較大時，各流層的液體質(zhì)點形成渦體，在流動過程中，互相混摻，這種型態(tài)的流動叫做紊流。水流的型態(tài)由其流動時的雷諾數(shù)決定

18、，雷諾數(shù)Re=式中，v管中平均流速，d管徑，運動粘滯系數(shù)。= (T 水溫)據(jù)前人實驗資料得知，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。因此一般認為：Re<2000為層流Re>2000為紊流四、實驗步驟：1. 熟悉實驗指示書。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（或減小）流量，仔細觀察層流和紊流現(xiàn)象。5. 從大到?。ɑ驈男〉酱螅┚徛{(diào)整流量，在臨界流速時（即流態(tài)開始轉(zhuǎn)換時），測定其雷諾數(shù)。6. 實驗完畢后，先關(guān)閉指示劑開

19、關(guān)，然后關(guān)閉水泵，拔掉電源。實驗記錄表：(僅供參考) 管徑d=cm 水溫T= 測量水箱水平面積A=cm2測次量測水箱時間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：1. 調(diào)整流量時，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，不要過大或過小。3. 判斷臨界流速時，一定要準確。4. 不要震動水箱、水管，以免干擾水流。5. 實驗時一定要注意用電安全。六、思考題1. 為什么調(diào)整流量時，一定要慢，且要單方向調(diào)整。2. 要提高實驗精度，應(yīng)該注意哪

20、些問題？實驗七 管流沿程阻力實驗一、 實驗?zāi)康模?. 測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、實驗設(shè)備：實驗設(shè)備如圖所示：實驗裝置由實驗桌、供水系統(tǒng)、實驗管道、流量量測水箱和回水管組成。其中在實驗管道上開有兩個測壓孔，并安裝有測壓管，測壓孔的距離為L。三、實驗原理：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壓管水頭差。根據(jù)達西公式hf=于是 =hf=h式中，管道沿程阻力系數(shù)，d實驗

21、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、實驗步驟：1. 認真閱讀實驗指示書，熟悉實驗?zāi)康暮鸵蟆?. 熟悉實驗裝置的結(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，排除測壓管中的氣體。在關(guān)閉尾閥的條件下，檢查兩根測壓管的液位是否在

22、同一平面上，從而判斷氣體是否排完。5. 把尾閥開到最大，這時實驗管道通過的流量最大，測壓管的液位差最大（即壓差最大）。水流穩(wěn)定后，開始測量流量和壓差，并記錄。6. 減小尾閥的開度，減小實驗流量，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，再開始測量水溫、流量和壓差，并記錄。7. 重復(fù)實驗,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)束實驗.數(shù)據(jù)記錄表：(僅供參考) 管徑d=cm 實驗段長度L =70cm 水溫T= 測量水箱面積S=145cm2測次量測水箱時間t(s)流量Q(cm3/s)流速v(cm/s)測壓管Re初高H1（cm）終高H2 (cm)凈高

23、 (cm)h1(cm)h2(cm)123456789101112注：初高H1、終高H2是指測量水箱里的水位。測次123456789101112LoghfLogvLogRelog五、注意事項：1. 實驗操作時，動作一定要輕，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，提高實驗精度。3. 水位波動時，讀取時均值。4. 整理資料時，一定要注意單位的統(tǒng)一。5. 實驗時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，壓差下降要均勻。3. 繪制loghf-logv和logRe-log曲線。實驗八 管流局部阻力實驗一、實驗?zāi)康模?. 測定

24、圓管突然擴大的局部水頭損失，掌握管流局部水頭損失的測定方法。2. 驗證圓管突然擴大、突然縮小局部水頭損失的理論公式。3. 繪制測壓管水頭曲線。二、實驗設(shè)備：實驗裝置由實驗桌、供水系統(tǒng)、實驗管道、測壓管、流量量測水箱和回水系統(tǒng)等組成。其中實驗管道由細管到粗管的突然擴大部分、粗管到細管的突然縮小部分和彎道部分組成。三、實驗原理：在實際管流中，由于管徑的變化或結(jié)構(gòu)局部的突變，使流動結(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大或縮小、急彎、岔口等情況。由能量方程可知，管流突然擴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=( z 1+ +)-(z2+)式中1、2取1，

25、測壓管水頭(z 1+)、( z2+)從測壓管中直接讀取。流速水頭、則根據(jù)體積法所測流量Q和管徑d1和d2算出流速v1、v2從而得到。管流突然擴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=(z1+)-(z2+)式中取1，測壓管水頭(z1+)、(z2+)直接在測壓管中讀取，流速水頭、則根據(jù)體積法所測流量Q和管徑d1、d2計算出流速v1、v2后，從而得到。經(jīng)驗公式 hj=0.5(1-)式中叫做局部水頭損失系數(shù)。四、實驗步驟：1. 熟悉實驗指示書、實驗裝置。2. 打開尾閥，

26、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、測壓管中的氣體，并觀察測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，使測壓管水位在適當?shù)母叨取?. 測量各斷面的測壓管水頭，用測量水箱測定流量。6. 檢查數(shù)據(jù)無誤后，改變流量，再次測量。7. 關(guān)閉水泵，拔掉電源，結(jié)束實驗。五、注意事項：1. 實驗時，一定要安全用電。2. 操作時，用力不要過猛，以免損壞儀器。3. 計算時，要注意斷面的位置。測壓管水頭數(shù)據(jù)表：(僅供參考)測次管號123456781管徑(cm)測壓管水頭(cm)管號910111213141516管徑測壓管水頭(cm)管號

27、1718192021222324管徑測壓管水頭(cm)2管號12345678管徑測壓管水頭(cm)管號910111213141516管徑測壓管水頭(cm)管號17181920212223管徑測壓管水頭(cm)流量測定數(shù)據(jù)表：(僅供參考)測次測量水箱水位(cm)時間t(s)流量(cm3/s)平均流量Q(cm3/s)備注初高H1終高H2凈高HQ1Q21測量水箱水平面積A=145cm22管流突然擴大局部水頭損失計算表：(僅供參考)細管直徑d1= 1.4cm 粗管直徑d2= 2.5cm 局部阻力系數(shù)=測次(cm)(Z+)1(cm)+(Z+)1(cm)(cm)(Z+)2(cm)+(Z+)2(cm)hj理

28、hj實12管流突然縮小局部水頭損失計算表：(僅供參考)粗管直徑d1=2.5cm 細管直徑d2=1.4cm 局部阻力系數(shù)=測次(cm)(Z+)1(cm)+(Z+)1(cm)(cm)(Z+)2(cm)+(Z+)2(cm)hj理hj實12六、思考題1. 比較管流突然擴大的實測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. 為什么管流突然擴大的22斷面要取粗管上測壓管水頭最高的斷面？實驗九 明渠斷面流速分布測定一、實驗?zāi)康模?. 了解比托管的構(gòu)造和測速原理，掌握用比托管測點流速的方法。2. 了解旋漿流速儀的使用方法。3. 繪制明渠斷面垂線的流速分布曲線圖。二、實驗設(shè)備：實驗裝置由實驗水槽、比

29、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、實驗原理：1. 比托管測流速原理比托管前端和側(cè)面都開有測壓孔，分別由兩根不相通的細管接入測壓管。由于比托管前端對水流的阻擋，使水流到達比托管的前端面時，流速變?yōu)榱?，動能全部轉(zhuǎn)化為壓能，故比托管前端測壓孔所測水頭為該點總水頭。比托管側(cè)面測壓孔與水流方向垂直，對流速影響很?。ê雎圆挥嫞?，所以所測水頭為該點測壓管水頭。根據(jù)比托管前端孔所測總水頭和側(cè)面孔所測測壓管水頭，可以算出該點的流速水頭，即 h1-h2=v=h1比托管前端孔所測總水頭(z+)h2比托管側(cè)面孔所測測壓管水頭(z

30、+)故 v=在實驗中，為了更準確地測定，我們使用可傾斜比壓計，如傾斜比壓計的傾斜角為，則在計算流速時，所測壓差應(yīng)乘sin。由于比托管對水流的干擾和測壓孔位置的不同，故需乘上比托管的校正系數(shù)µ，一般為0.981，因此點流速為 v=µ2. 旋槳流速儀測流速原理旋槳和水流的相對運動，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槳軸的力矩，使槳葉繞軸旋轉(zhuǎn)，流速是旋槳轉(zhuǎn)動速率或轉(zhuǎn)動周期的函數(shù)。1) 計數(shù)法測流速時，流速與脈沖數(shù)之間的關(guān)系為：v=K+Cv流速。N施測時間。K流速系數(shù)，旋槳每轉(zhuǎn)動1/2周水流質(zhì)點前進的距離。C旋槳起動流速值。2) 周期法測流速時，流速與脈沖周期之間

31、的關(guān)系為：v=2K+CT旋槳每轉(zhuǎn)動一周的時間。四、實驗步驟1. 認真閱讀實驗指示書，了解實驗?zāi)康摹?. 熟悉比托管（旋槳流速儀）的實際構(gòu)造和使用方法。3. 打開水槽進水閥門，將水槽水深控制在1520cm左右。4. 調(diào)平比托管測壓排基座。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. 將比托管放到要測定的位置上，管頭正對水流方向。8. 將管頭放到槽底，等到測壓管水位穩(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)

32、，直到水面。五、注意事項1. 實驗中，比托管管頭不能露出水面。2. 比托管管頭一定要正對水流方向。3. 一定要等到測壓管液面穩(wěn)定后才讀數(shù)。六、思考題1. 使用比托管時，為什么要排氣？施測過程中，為什么比托管管頭不能露出水面？2. 測流速時，比托管管頭為什么要正對水流方向？3. 繪制斷面垂線上的流速分布曲線。比托管測流速記錄表（僅供參考）測點編號施測點高程(cm)比壓計讀數(shù)壓差h(cm)點流速v備注h1(cm)h2(cm)比壓計傾角=校正系數(shù)=槽寬B=實驗十 水面曲線演示實驗一、 實驗?zāi)康模涸谧兤掠袡C玻璃矩型水槽中，演示棱柱體渠道中非均勻漸變流的主要幾種水面曲線及其銜接形式。二、 實驗設(shè)備：實驗

33、水槽總長米，寬米，由兩段組成，中間由轉(zhuǎn)動鉸連接。水槽兩端安裝有電動升降機和坡度指示器。槽中安裝有閘門。三、 實驗原理：在流量、矩形斷面、尺寸為一定的明渠中，臨界底坡的計算公式：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所對應(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速度的大小來判斷水流的流態(tài)。當v<vw時，水流為緩流。 v=vw時，水流為臨界流。 v>vw時，水流為急流。在水流為均勻流狀態(tài)下，水流為臨

34、界流時，水槽的底坡為臨界底坡。水面曲線根據(jù)水深劃分為三個區(qū)，即當實際水深大于正常水深和臨界水深時為a區(qū)，當實際水深在正常水深和臨界水深之間時為b區(qū)，當實際水深小于正常水深和臨界水深時為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KK先與NN線重合，平坡和反坡時NN線無限遠。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、 實驗步驟：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），點擊水面，觀察水波的形態(tài)，并反復(fù)調(diào)整水槽坡度，當微波向上游傳播的絕對速度為零時，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）。