小水槽實(shí)驗(yàn)臺

1、變底坡活動小水槽實(shí)驗(yàn)臺本實(shí)驗(yàn)臺是明渠水流綜合實(shí)驗(yàn)臺，可完成下列實(shí)驗(yàn)：一、明渠非均流水面曲線演示；二、水躍實(shí)驗(yàn)；三、平板閘門閘孔出流實(shí)驗(yàn)；四、堰流（實(shí)用剖面堰、寬頂堰、三角堰）實(shí)驗(yàn)。附：1、水躍實(shí)驗(yàn)記錄；2、手板閘門閘孔出流實(shí)驗(yàn)記錄；3、堰流實(shí)驗(yàn)記錄；n ,水位測針境流根三角垠閘下出流I .明槽非均勻流水面曲線演示一、實(shí)驗(yàn)日的:加深對明槽非均勻流的基本概念：緩流、急流、臨界流及其判別;臨界水深、臨界底坡的認(rèn)識；觀察水面曲線及水躍現(xiàn)象二、水面曲線演示及注意事項(xiàng):了解實(shí)驗(yàn)臺的組成和操作方法；打開水槽前、后閘門，啟動水泵，打開進(jìn)水管閥門向水槽供水。以所選的演示流量，計(jì)算臨界水深和臨界底坡，作為選取水槽

2、底坡 和判別流態(tài)的依據(jù)。矩形水槽：h :q 2Cbr c c式中：h 臨界水深；1 臨界底坡；X、R、C、B 一分別為臨界流時(shí)的濕周、水力半徑、C cc c謝才系數(shù)、水面寬度；q 單寬流量；n 一粗糙系數(shù)，有機(jī)玻璃板n =0.0083選不同的底坡（緩坡0 Y i Y i，陡坡iA i，臨界坡i i平 ccci 0，反坡i Y 0），改變水槽前、后閘門的開度，以及選擇加裝實(shí)用剖面堰， 可演示不同的水面曲線：緩坡，堰上游為M水面線，堰下游水流收縮斷面 后為M 3水面線與水躍銜接；急坡，打開水槽末端閘門，堰上游為S1水面 線，下游為S水面線。用類似的方法，可演示其他各型水面曲線；3受水槽長度的限制，

3、水面曲線沿程變化不顯著，需對照理論分 析，仔細(xì)觀察；為便于觀察，水槽緩坡的坡度盡量要小，陡坡的要適當(dāng)加大。II .水躍實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)日的觀察水躍的發(fā)生，水躍結(jié)構(gòu)及流動現(xiàn)象。實(shí)測水躍共軛水深，水躍長度，并同理論值和經(jīng)驗(yàn)值相比較。學(xué)習(xí)使用測針量測水位的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理由水躍方程導(dǎo)出矩形斷面明槽中共軛水深關(guān)系式h 1 _ = _（.、1 + 8F 2 -1h2、 丫1式中：h 躍前水深h 躍后水深尸躍前水流的弗勞德數(shù)y1v 一躍前斷面平均流速由實(shí)測水深比門=h / h，同理論公式計(jì)算值相比較，便可驗(yàn)證水躍方 程。三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)調(diào)平水槽（水準(zhǔn)管氣泡居中），記錄各項(xiàng)常數(shù)：槽寬b = 8cm，槽底

4、測針讀值v = 28.9cm0打開水槽前、后閘門，啟動水泵，打開進(jìn)水管閥門的水槽供水。調(diào)節(jié)前、后閘門的開度，使水槽內(nèi)形成完整水躍，待水躍穩(wěn)定后， 用浮子流量計(jì)計(jì)量流量，用測針分別量測躍前、躍后斷面水面測針讀值匕、 V，共軛水深h = V -V，hn = V -V。量測水躍長度1，并記錄；210200水躍與急變流動，水躍位置前后串動，水躍區(qū)表層水流翻騰旋滾， 摻氣，共軛水深及水躍長度都不易測準(zhǔn)，需仔細(xì)測量；實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉進(jìn)水管閥門，打開水槽末端閘門。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)記錄f 1 -n曲線III.實(shí)用剖面堰溢流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)日的觀察實(shí)用剖面堰溢流的水流現(xiàn)象；實(shí)測實(shí)用剖面堰的流量系數(shù)，并同經(jīng)驗(yàn)值比較。二

5、、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)用剖面堰溢流的基本公式Q = mb2gH 3/20H = H + 性02g式中Q 一流量系數(shù)b 堰寬H -包括行近流速水頭的堰上水頭H 堰上水頭v 0 一行近流速實(shí)測流量Q及堰上水頭H，可算得流量系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值:m =，同流量系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值相比較。b 2gH 3/20實(shí)驗(yàn)堰為WES標(biāo)準(zhǔn)剖面堰，堰高P = 6.9cm，流量系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值m = m ()o.i42d Hd式中 H 一 設(shè)計(jì)水頭，H =3.395cmm 設(shè)計(jì)流量系數(shù)，m =0.502H 包括行近流速水頭的堰上水頭三、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)調(diào)平水槽(水準(zhǔn)管氣泡居中)，記錄各項(xiàng)常數(shù)：堰高P = 6.9cm，堰寬b = 8cm，設(shè)計(jì)水頭h

6、= 3.395cm dm = 0.502，堰頂測針讀值V = 6.03cm打開水槽前后閘門，啟動水泵，打開進(jìn)水管閥門，向水槽供水，堰頂溢流；待水流穩(wěn)定后，用浮子流量計(jì)計(jì)量流量，用水位測針量測堰上游過 水?dāng)嗝妫ň嘌弑?-4h ）水面的讀值v，堰上水頭H = V-V。并記錄。逐 次關(guān)小進(jìn)水管閥門，改變流量，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。以上實(shí)驗(yàn)過程要保持堰流為非淹沒（自由），無側(cè)收縮出流。實(shí)驗(yàn)最后，逐漸關(guān)小水槽末端閘門，抬高堰下游水位，使堰下游水 面超過堰頂h o.i5H，堰流變?yōu)檠蜎]出流，觀察驗(yàn)證淹沒出流的形成條件 和水流現(xiàn)象；實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉進(jìn)水管閥門，停泵，打開水槽末端閘門。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題

7、的討論。W.寬頂堰溢流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)日的觀察寬頂堰溢流的水流現(xiàn)象實(shí)測寬頂堰的流量系數(shù)，并同經(jīng)驗(yàn)值比較二、實(shí)驗(yàn)原理ii寬頂堰溢流的基本公式Q = mb、2gH 3/20式中：Q 流量m 一流量系數(shù)H -包括行近流速水頭的堰上水頭的堰上水頭H 堰上水頭v 0 一行近流速實(shí)測流量Q及堰上水頭H，可算得流量系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值：m=同流量系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值相比較。 b .2gH 3/2X0直角進(jìn)口寬頂堰流量系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值：3 P / H m = 0.32 + 0.010.46 + 0.75P / H式中：P 堰高H 堰上水頭非淹沒（自由）出流寬頂堰堰頂水流與急流hcoh 臨界水深q 一單寬流量實(shí)測堰頂水流收縮斷面水深h與臨

8、界水深h比較，驗(yàn)證堰頂水流流態(tài) coc三、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)調(diào)平水槽（水準(zhǔn)管氣泡居中），記錄各項(xiàng)常數(shù)：堰高P = 6.1cm，堰寬b = 8cm，堰厚6 = 25.1cm堰頂測針讀值V 0 = 5.1cm。打開水槽前后閘門，啟動水泵，打開進(jìn)水管閥門，向水槽供水，堰頂 溢流。待水流穩(wěn)定后，用浮子流量計(jì)計(jì)量流量，用水位測針分別量測堰上 游過水?dāng)嗝妫ň嘌弑?-4H）水面和堰上水流收縮斷面的讀值匕、V2，堰 頂水頭H=N -V，堰上水流收縮斷面水深h =N -V并記錄。逐次關(guān) 小進(jìn)水管閥門，改變流量，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。以上實(shí)驗(yàn)過程要保持堰流為非淹沒（自由），無側(cè)收縮出流。實(shí)驗(yàn)左后，逐漸關(guān)小水槽末端閘門，抬

9、高堰下游水位，使堰下游水 面超過堰頂h 0.8H，堰流變?yōu)檠蜎]出流，觀察驗(yàn)證淹沒出流的形成條件 和水流現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉進(jìn)水管閥門，停泵，打開水槽末端閘門。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題的討論。V、平板閘門出流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察平板閘門出流的水流現(xiàn)象實(shí)測平板閘門自由出流的流量系數(shù)和收縮系數(shù)。并與經(jīng)驗(yàn)值、理論 分析值比較。二、實(shí)驗(yàn)原理平板閘門自由（非淹沒）出流基本公式:Q =氣2 gH 0hco =e式中：Q 流量H流量系數(shù)b一 閘孔寬度e閘孔開度H 0 包括行近流速水頭的閘前水頭H閘前水頭垂向收縮系數(shù)ho 閘門下游水流收縮斷面水深實(shí)測流量Q，閘前水頭H，閘門下游水流收縮斷面（距閘約0.

10、5-1e） 水深h/便可計(jì)算出流量系數(shù)R和收縮系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值Qh =.be* gH oh ee e流量系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值與經(jīng)驗(yàn)值r 0.6-0.176e相比較，收縮系數(shù)的實(shí)驗(yàn) H值與儒可夫斯基理論分析值相比較。三、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)調(diào)平水槽（水準(zhǔn)管氣泡居中），記錄有關(guān)常數(shù)，閘門寬b 8cm。打開水槽前后閘門，啟動水泵，打開進(jìn)水管閥門，向水槽供水，閘 下出流。選擇閘門不同的開度e，調(diào)節(jié)進(jìn)水管閥門的開度，選擇不同的流量2，待水流穩(wěn)定后，量測閘前水頭H，閘下游水流收縮斷面水深h，并記錄。以上實(shí)驗(yàn)過程要保持閘孔為非淹沒出流。實(shí)驗(yàn)最后，逐漸關(guān)小水槽末端閘門，抬高閘門下游水位，使閘孔變 為淹沒出流，觀察淹沒出流水

11、流現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉進(jìn)水管閥門，停泵，打開水槽末端閘門。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題討論。W.三角堰溢流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)日的學(xué)習(xí)三角堰測量流量的原理和測量方法；學(xué)習(xí)應(yīng)用三角堰測量流量的誤差分析二、實(shí)驗(yàn)原理取微小寬度db，引用薄壁堰的基本公式：dQ = m db 2H， B (3 4)H，H = 0.05 一 0.25m測量誤差三角堰流量公式 Q = khn微分上式 dQ = knH n-idH則dQ = ndH三角堰n = 2.5Q H可知計(jì)算流量相對誤差，放大為實(shí)測堰上水頭的誤差，對應(yīng)用三角堰 測量流量有較大影響。實(shí)驗(yàn)流量過小，H 3cm，表面張力作用，影響堰的測量精度。水躍實(shí)驗(yàn)槽寬b

12、= 8頃，槽底測針讀值V = 28.9如0實(shí)測水深h = V-V0（V為水面測針讀值）流量共軛水深躍長水深 比躍前流速躍前理論水深比經(jīng)驗(yàn)公式值水躍形式Qhh5h，=不VFi-志門=：(勺 + 8F 2 -1a = 9.4(F l)h(cm)m 3/ hcmcmcmcm / s1穩(wěn)定水躍2弱水躍3弱水躍4搖動水躍5弱水躍6弱水躍7波狀水躍理論曲線-實(shí)驗(yàn)點(diǎn) Fr1曲線WES標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用剖面堰設(shè)計(jì)水頭h = 3.395cm，m = 0 502，堰寬人=8cm，堰高P = 6.9cm，堰頂測針讀值V上03cmQ水面讀值H =V-V0vH = H + 2-(cm)m =里妁2-H 3/2m = m,(打 0.142d(m3/h)V(cm)(cm)(cm / s)(cm)1234寬頂堰堰頂厚5 = 25.1cm，堰寬b = 8cm堰高p = 6.1cm，堰頂測針讀值V = 5.1cm 0m 3/hcmcmH =氣氣h =coA -A1 2v0 cm / sH 0 = HV2 + 0 cm2-m =bG 2-H3/2m = 0.32 + 0.01