水力學(xué)實驗指導(dǎo)書樣本

本科教學(xué)實驗指引書水力學(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

前言水力學(xué)實驗課基本任務(wù)是：觀測分析水流現(xiàn)象，驗證所學(xué)理論，學(xué)會和掌握科學(xué)實驗辦法和操作技能，培養(yǎng)整頓實驗資料和編寫實驗報告能力。在進行實驗過程中，要注意培養(yǎng)自己動手能力和獨立工作能力。使每個實驗者有觀測現(xiàn)象，進行操作和組織實驗機會，并能獨立進行整頓分析實驗成果，受到實驗技能基本訓(xùn)練。各項實驗分別簡介了每個實驗?zāi)?、原理、實驗設(shè)備、環(huán)節(jié)、注意事項，以及可供實驗者編寫實驗報告時參照表格。規(guī)定做好實驗后，實驗者要獨立認真完畢一份實驗報告，準(zhǔn)時交指引教師批閱。為了使實驗者能進一步地掌握和鞏固關(guān)于實驗內(nèi)容，每個實驗項目結(jié)尾都列有一定數(shù)量思考題，供實驗者進一步進一步思考，并規(guī)定在實驗報告中作出書面回答，隨實驗報告交指引教師審視批改。

實驗一靜水壓強一、實驗?zāi)浚簩崪y容器中靜水壓強;測定X液體容重；通過實驗，掌握靜水壓強基本辦法和理解測壓計應(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管構(gòu)成三支U型管，其中5管和6管構(gòu)成U型管裝X液體，別的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管構(gòu)成U型管底部與水箱A點連通，1管和2管構(gòu)成U型管底部與水箱B點連通。水箱底部與調(diào)壓筒連通。三、實驗原理：運用調(diào)壓筒升降來調(diào)節(jié)水箱內(nèi)液體表面壓強和液體內(nèi)各點壓強。依照靜水壓強基本公式：p=p0+h可得pA=水(▽3-▽A)pB=水(▽1-▽B)由于2、4、6管與水箱頂部連通，因此2、4、6管液面壓強與水箱液面壓強相似，于是可得：p0=水(▽1-▽2)=水（▽3-▽4）=X（▽5-▽6）X=水或X=水若水箱內(nèi)氣體壓強p0≠pa,則p1≠p2、p3≠p4、p5≠p6。當(dāng)p０<pa時，則水箱液體表面真空度pk=水（▽2-▽1）用水柱高來表達為：hk=▽2-▽1四、實驗環(huán)節(jié)：認真閱讀實驗?zāi)恳?guī)定、實驗原理和注意事項。熟悉儀器，記錄常數(shù)。第一種狀態(tài)，將調(diào)壓筒放到最底位置，放開水箱頂部彈簧夾，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)。第二種狀況，將調(diào)壓筒放到最高位置，放開水箱頂部彈簧夾，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)。登記表格(僅供參照)▽A=8.5cm▽B=0cm狀態(tài)測次測壓管液面高程讀數(shù)（cm）▽1▽2▽3▽4▽5▽6p0′>pa123p0′<pa123計算成果表：(僅供參照)狀態(tài)測次A點相對壓強PA(N/cm2)pA=水（▽3-▽A）B點相對壓強PB(N/cm2)PB=水（▽1-▽B）X液體容重(N/cm3)′=水水箱氣體真空度hk（cm）hk=▽2-▽1p0′>pa123p0′<pa123五、注意事項：升降調(diào)壓筒時，不能用力過猛，以免損壞儀器。測讀測壓管水面高程時應(yīng)迅速、精確，并一律以自由液面凹面中心點位置為準(zhǔn)。觀測時，要保持眼睛、凹面中心點及刻度尺刻度三者在同一水平面上，以排除讀數(shù)誤差。六、思考題：簡述如何測定容器內(nèi)液體任意點靜水壓強。在什么狀態(tài)下，U型管兩邊液面在同一水平面上。在實驗中，調(diào)壓筒作用是什么？實驗二能量方程驗證明驗一、實驗?zāi)浚簩崪y有壓輸水管路中數(shù)據(jù)，繪制管路測壓管水頭線和總水頭線，以驗證能量方程并觀測測壓管水頭線沿程隨管徑變化狀況。掌握“體積法”測流量辦法。觀測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、實驗管道等構(gòu)成。其中實驗管道由直管、手收縮漸變管、擴散漸變管、彎管構(gòu)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：在直管、漸變管壁上開測壓孔所測數(shù)值即是測壓孔所在位置斷面測壓管水頭，即z+。將各斷面測壓管水頭水位沿流向連接起來，即是測壓管水頭線。用體積法可測出管道通過流量，運用持續(xù)性方程可計算出各斷面平均流速和流速水，將各斷面測壓管水頭與該斷面流速水頭相加，即可得到該斷面總水頭。各斷面總水頭連線，即為總水頭線。微型比托管所測水頭為比托管管嘴所在位置總水頭。四、實驗環(huán)節(jié)：熟悉實驗設(shè)備后，打開尾閥，接通電源，啟動供水系統(tǒng)。等到供水穩(wěn)定后，用吸耳球排除測壓管中氣體。關(guān)閉尾閥，觀測測壓管中水位與否在同一水平面上，判斷與否排完氣體。打開尾閥，調(diào)節(jié)流量，使測壓管水位在恰當(dāng)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)2.842.842.841.650.781.652.84水頭數(shù)據(jù)登記表：(僅供參照)斷面編號1234567測壓管水頭畢托管所測總水頭流量測定記錄：(僅供參照)關(guān)于常數(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計算成果表：(僅供參照)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：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。一定要在水流恒定后才干量測。實驗結(jié)束后，一定要關(guān)閉電源，拔掉電源插頭。流速較大時，測壓管水位有波動，讀數(shù)時要讀取時均值。實驗時一定要注意安全用電。六、思考題計算1斷面和5斷面比托管所測點流速。繪制測壓管水頭線和總水頭線。比較比托管所測總水頭和用平均流速計算出總水頭之間大小。分析水流在直道和彎道處測壓管水頭在各部位大小狀況。實驗三文丘里實驗一、實驗?zāi)浚簻y定文丘里管流量系數(shù)μ值。繪制文丘里管流量Q與壓差計壓差△h之間關(guān)系曲線。學(xué)習(xí)、理解自動量測系統(tǒng)用法。二、實驗設(shè)備：實驗裝置由實驗桌、供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、文丘里管等構(gòu)成，其中文丘里管由收縮段、喉管和擴散段構(gòu)成。在收縮段和喉管上開有測壓孔，并與測壓管連通。實驗裝置此外配備有自動測壓和流量自動量測系統(tǒng)。三、實驗原理：一方面列出1斷面和2斷面能量方程式，并設(shè)a1≈1,a2≈1，且不考慮兩斷面之間水頭損失，則有：+=+(1)∵v1A1=v2A2∴v2=v1代入（1）式得：=[()2-1]V1=理論流量：QT=A1V1=A1QT=CTCT為文丘里理論常數(shù)。由于實際液體在運動中存在水頭損失，故實際通過流量Q與理論流量QT有誤差，因此把Q/QT叫做文丘里管流量系數(shù)，用μ表達：μ=四、實驗環(huán)節(jié)：熟悉實驗指引書，理解實驗?zāi)?、原理和設(shè)備構(gòu)造。打開尾閥，接通水泵電源，給水箱供水。關(guān)閉尾閥，排除管道和測壓管中氣體，直到測壓管水位讀數(shù)相等。打開尾閥，使管道通過較大流量，且測壓管水位均能讀數(shù)。等到水流穩(wěn)定后，開始測定測壓管水位和流量，并記錄?？刂莆查y，減小流量，使測壓管水位差減小4cm測次不不大于6次后，且壓差分布均勻，實驗可以結(jié)束。關(guān)閉電源。流量數(shù)據(jù)登記表：(僅供參照)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=1.9cmd2=1cmA1=cm2A2=cm2計算成果表：(僅供參照)測次測壓管壓差△h(cm)文丘里管理論常數(shù)CT理論流量QT（cm3/s）實際流量Q(cm3/s)文丘里管流量系數(shù)μ1234567五、注意事項：在實驗中，一定要注意用電安全。在操作過程中，動作不要過大、過猛，以免損壞儀器。使用自動量測系統(tǒng)時，一定要按教師規(guī)定進行操作。六、思考題：分析文丘里流量計所測理論流量與實際流量之間大小，并分析其因素。文丘里管能否倒裝，并闡明因素。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)浚河^測典型孔口及管嘴出流時流動現(xiàn)象及園柱形管嘴局部真空。測定孔口及管嘴出流時流量系數(shù)μ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)構(gòu)成。在恒定水頭水箱側(cè)壁上安裝管嘴（或開有孔口）。此外配有秒表一字只。三、實驗原理：孔口(管嘴)出流計算公式：vc==φQ=Ac×vc=εAφ=μAμ=式中為孔口出流時收縮斷面處平均流速，H為孔口中心線上水頭，Q為流量，Ac為收縮斷面面積。四、實驗環(huán)節(jié)：1.接通電源，啟動水泵，給水箱供水。2.等到水位穩(wěn)定后，逐個開通孔口（管嘴），認真觀測出流現(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)μ斷面尺寸備注孔口（收縮）d=1.2cm孔口（喇叭）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：接通、關(guān)閉電源時要注意安全。實驗時，動作要輕，不能用力過猛，以免損壞儀器。六、思考題：比較各孔口及管嘴流量系數(shù)大小，并闡明因素。實驗五動量方程實驗一、實驗?zāi)浚簩崪y射流對平板或曲板作用力，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)構(gòu)成。三、實驗原理：恒定總流動量方程為：∑F=ρQ(β2v2x-β1v1x)水流從噴嘴中，以速度射向平面（或曲面），當(dāng)水流被阻擋后來，對稱分開，若不考慮摩擦力作用，水流將以同樣大小速度離開平面（或曲面），即v1和v2大小相等，但方向不同。射流狀況如圖所示：當(dāng)水流以流速v從噴嘴口射出，通過一種射流高度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=依照以上狀況可得動量方程：R=ρQ(v1-v2cosα)由于ρ=，v1=v2=并設(shè)β2=1、β1=1，可得：R=Q(1-cosα)(α為流入方向與流出方向夾角)V=(A為噴嘴口斷面面積)四、實驗環(huán)節(jié)：認真閱讀實驗?zāi)?、原理和注意事項。熟悉實驗設(shè)備構(gòu)造。調(diào)平天平。關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥。接通電源，打開水泵。稍等半晌后，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，排除壓力水箱中氣體，并將水壓調(diào)。用定位件固定天平，在天平A端加上砝碼。緩慢打開流量調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)流量大小，使天平平衡，稍等半晌后測定流量。增長砝碼，再次測量。關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉電源，結(jié)束實驗。數(shù)據(jù)登記表：(僅供參照)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=200cm2α=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Δh(cm)時間t(s)流量Q(cm3/s)V(cm/s)V1(cm/s)R(N)12345五、注意事項：在開水泵前，一定要關(guān)閉流量控制閥，以免損壞天平。控制流量時，一定要緩慢。實驗做完后，要先關(guān)流量控制閥，再關(guān)水泵。實驗時一定要注意用電安全。六、思考題：為什么控制流量時，一定要緩慢?比較實測作用力與計算作用力大小，分析其因素。實驗六雷諾實驗一、實驗?zāi)浚河^測水流流態(tài)，即層流和紊流現(xiàn)象。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)、流線批示裝置和回水系統(tǒng)構(gòu)成。三、實驗原理：實際液體有兩種不同運動型態(tài)，即層流和紊流。當(dāng)流速較小時，各流層液體質(zhì)點是有條不紊運動，互不混雜，這種型態(tài)流動叫做層流。當(dāng)流速較大時，各流層液體質(zhì)點形成渦體，在流動過程中，互相混摻，這種型態(tài)流動叫做紊流。水流型態(tài)由其流動時雷諾數(shù)決定，雷諾數(shù)Re=式中，v—管中平均流速，d—管徑，υ—運動粘滯系數(shù)。υ=(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=。而上臨界雷諾數(shù)變化很大，約在5000~0之間。因而普通以為：Re<為層流Re>為紊流四、實驗環(huán)節(jié)：熟悉實驗批示書。接通電源，啟動水泵給水箱供水。到水箱里水開始溢流后，輕輕打開尾閥，使管道通過小流量，再打開批示劑開關(guān)，使顏色水流入管道。重復(fù)緩慢增大（或減?。┝髁浚屑氂^測層流和紊流現(xiàn)象。從大到小（或從小到大）緩慢調(diào)節(jié)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)。實驗完畢后，先關(guān)閉批示劑開關(guān)，然后關(guān)閉水泵，拔掉電源。實驗登記表：(僅供參照)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：調(diào)節(jié)流量時，一定要慢，且要單方向調(diào)節(jié)（即從大到小或從小到大），不能忽大忽小。批示劑開關(guān)開度要恰當(dāng)，不要過大或過小。判斷臨界流速時，一定要精確。不要震動水箱、水管，以免干擾水流。實驗時一定要注意用電安全。六、思考題為什么調(diào)節(jié)流量時，一定要慢，且要單方向調(diào)節(jié)。要提高實驗精度，應(yīng)當(dāng)注意哪些問題？實驗七管流沿程阻力實驗實驗?zāi)浚簻y定有壓管流沿程水頭損失及沿程阻力系數(shù)λ值。繪制lghf——lgv和lgRe——lgλ關(guān)系曲線，擬定hf=Kvn中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構(gòu)成。其中在實驗管道上開有兩個測壓孔，并安裝有測壓管，測壓孔距離為L。三、實驗原理：列出1、2斷面能量方程：z1++=z2+++hf由于管道直徑不變，因此兩斷面流速水頭相等，于是有：hf=(z1+)-（z2+）=Δh即1、2兩斷面間沿程水頭損失等于兩斷面間測壓管水頭差。依照達西公式hf=λ于是λ=hf=Δh式中，λ—管道沿程阻力系數(shù)，d—實驗管管徑，hf——1、2兩斷面間沿程水頭損失，L——1、2兩斷面間距離，v—管中平均流速，g—重力加速度。用體積法測定管道通過流量Q，由于管徑已知，因此求得平均流速v。由此可以計算出沿程阻力系數(shù)λ。水流在不同流區(qū)及不同流態(tài)下，其沿程水頭損失與斷面平均流速關(guān)系是不同。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平均流速1.75~2次方成正比。四、實驗環(huán)節(jié)：認真閱讀實驗批示書，熟悉實驗?zāi)亢鸵?guī)定。熟悉實驗裝置構(gòu)造。接通電源，啟動水泵給水箱供水，打開尾閥。等到水開始溢流后，排除測壓管中氣體。在關(guān)閉尾閥條件下，檢查兩根測壓管液位與否在同一平面上，從而判斷氣體與否排完。把尾閥開到最大，這時實驗管道通過流量最大，測壓管液位差最大（即壓差最大）。水流穩(wěn)定后，開始測量流量和壓差，并記錄。減小尾閥開度，減小實驗流量，壓差減小量控制在4cm左右（即壓差比上次減小2cm）.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)登記表：(僅供參照)管徑d=cm實驗段長度L=70cm水溫T=℃測量水箱面積S=145cm測次量測水箱時間t(s)流量Q(cm3/s)流速v(cm/s)測壓管λRe初高H1（cm）終高H2(cm)凈高(cm)h1(cm)h2(cm)123456789101112注：初高H1、終高H2是指測量水箱里水位。測次123456789101112LoghfLogvLogRelogλ五、注意事項：實驗操作時，動作一定要輕，不要用力過猛，以免損壞儀器。壓差下降要均勻，便于繪制曲線，提高實驗精度。水位波動時，讀取時均值。整頓資料時，一定要注意單位統(tǒng)一。實驗時一定要注意用電安全。六、思考題：分析最大流量和最小流量流態(tài)及流區(qū)。為什么調(diào)節(jié)流量時，壓差下降要均勻。繪制loghf-logv和logRe-logλ曲線。實驗八管流局部阻力實驗一、實驗?zāi)浚簻y定圓管突然擴大局部水頭損失，掌握管流局部水頭損失測定辦法。驗證圓管突然擴大、突然縮小局部水頭損失理論公式。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)等構(gòu)成。其中實驗管道由細管到粗管突然擴大某些、粗管到細管突然縮小某些和彎道某些構(gòu)成。三、實驗原理：在實際管流中，由于管徑變化或構(gòu)造局部突變，使流動構(gòu)造從新調(diào)節(jié)，并產(chǎn)生旋渦，使能量產(chǎn)生損失。如管道直徑突然擴大或縮小、急彎、岔口等狀況。由能量方程可知，管流突然擴大局部水頭損失即是圖中1——1斷面到2——2斷面水頭損失，hj實=(z1++)-(z2++)式中α1、α2取1，測壓管水頭(z1+)、(z2+)從測壓管中直接讀取。流速水頭、則依照體積法所測流量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理論公式：hj理=(1-)2=[1-()2]2ζ理=(1-)2=[1-()2]2由能量方程可知，管道突然縮小局部水頭損失即是圖中1——1斷面到2——2斷面能量損失hj實=(z1++)-(z2++)式中αα取1，測壓管水頭(z1+)、(z2+)直接在測壓管中讀取，流速水頭、則依照體積法所測流量Q和管徑d1、d2計算出流速v1、v2后，從而得到。經(jīng)驗公式hj=ζζ=0.5(1-)式中ζ叫做局部水頭損失系數(shù)。四、實驗環(huán)節(jié)：熟悉實驗批示書、實驗裝置。打開尾閥，接通電源，啟動水泵，給水箱供水。等到水箱開始溢水后，關(guān)閉尾閥，排除管道、測壓管中氣體，并觀測測壓管中水位與否在同一水平面上。打開尾閥，使管道通過水流，并調(diào)節(jié)流量大小，使測壓管水位在恰當(dāng)高度。測量各斷面測壓管水頭，用測量水箱測定流量。檢查數(shù)據(jù)無誤后，變化流量，再次測量。關(guān)閉水泵，拔掉電源，結(jié)束實驗。五、注意事項：實驗時，一定要安全用電。操作時，用力不要過猛，以免損壞儀器。計算時，要注意斷面位置。測壓管水頭數(shù)據(jù)表：(僅供參照)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：(僅供參照)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：(僅供參照)細管直徑d1=1.4cm粗管直徑d2=2.5cm局部阻力系數(shù)ζ=測次(cm)(Z+)1(cm)+(Z+)1(cm)(cm)(Z+)2(cm)+(Z+)2(cm)hj理hj實12管流突然縮小局部水頭損失計算表：(僅供參照)粗管直徑d1=2.5cm細管直徑d2=1.4cm局部阻力系數(shù)ζ=測次(cm)(Z+)1(cm)+(Z+)1(cm)(cm)(Z+)2(cm)+(Z+)2(cm)hj理hj實12六、思考題比較管流突然擴大實測局部水頭損失和理論局部水頭損失大小，并分析其因素。為什么管流突然擴大2——2斷面要取粗管上測壓管水頭最高斷面？實驗九明渠斷面流速分布測定一、實驗?zāi)浚豪斫獗韧泄軜?gòu)造和測速原理，掌握用比托管測點流速辦法。理解旋漿流速儀用法。繪制明渠斷面垂線流速分布曲線圖。二、實驗設(shè)備：實驗裝置由實驗水槽、比托管（或旋漿流速儀）等構(gòu)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：比托管測流速原理比托管前端和側(cè)面都開有測壓孔，分別由兩根不相通細管接入測壓管。由于比托管前端對水流阻擋，使水流到達比托管前端面時，流速變?yōu)榱?，動能所有轉(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，對流速影響很小（忽視不計），因此所測水頭為該點測壓管水頭。依照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+)故v=在實驗中，為了更精確地測定，咱們使用可傾斜比壓計，如傾斜比壓計傾斜角為α，則在計算流速時，所測壓差應(yīng)乘sinα。由于比托管對水流干擾和測壓孔位置不同，故需乘上比托管校正系數(shù)μ，普通為0.98——1，因而點流速為v=μ旋槳流速儀測流速原理旋槳和水流相對運動，槳葉受到垂直于旋槳徑向作用力，作用于每只槳葉力對槳軸力矩，使槳葉繞軸旋轉(zhuǎn)，流速是旋槳轉(zhuǎn)動速率或轉(zhuǎn)動周期函數(shù)。計數(shù)法測流速時，流速與脈沖數(shù)之間關(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)點邁進距離。C——旋槳起動流速值。周期法測流速時，流速與脈沖周期之間關(guān)系為：v=2K+CT——旋槳每轉(zhuǎn)動一周時間。四、實驗環(huán)節(jié)認真閱讀實驗批示書，理解實驗?zāi)俊Ｊ煜け韧泄埽ㄐ龢魉賰x）實際構(gòu)造和用法。打開水槽進水閥門，將水槽水深控制在15——20cm左右。調(diào)平比托管測壓排基座。用自來水（或真空泵）給比托管排氣，氣體排完后，在測壓管上方放入某些空氣。將比托管管頭放入靜水中，檢查測壓管讀數(shù)與否相等，如果相等，則闡明比托管和連通管中氣體已經(jīng)排完，用彈簧夾夾好排氣管。否則將繼續(xù)排氣。將比托管放到要測定位置上，管頭正對水流方向。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)，直到水面。五、注意事項實驗中，比托管管頭不能露出水面。比托管管頭一定要正對水流方向。一定要等到測壓管液面穩(wěn)定后才讀數(shù)。六、思考題使用比托管時，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？測流速時，比托管管頭為什么要正對水流方向？繪制斷面垂線上流速分布曲線。比托管測流速登記表（僅供參照）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α=校正系數(shù)μ=槽寬B=實驗十水面曲線演示實驗實驗?zāi)浚涸谧兤掠袡C玻璃矩型水槽中，演示棱柱體渠道中非均勻漸變流重要幾種水面曲線及其銜接形式。實驗設(shè)備：實驗水槽總長米，寬米，由兩段構(gòu)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批示器。槽中安裝有閘門。實驗原理：在流量、矩形斷面、尺寸為一定明渠中，臨界底坡計算公式：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相應(yīng)水力半徑、濕周、謝才系數(shù)。為了區(qū)別各種坡型，則需一方面擬定臨界底坡。在已知流量狀況下，依照試算法或圖解法求臨界水深hk，然后計算出臨界底坡ik。此外可以依照斷面平均流速和微波相對速度大小來判斷水流流態(tài)。當(dāng)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，水流為臨界流時，水槽底坡為臨界底坡。水面曲線依照水深劃分為三個區(qū)，即當(dāng)實際水深不不大于正常水深和臨界水深時為a區(qū)，當(dāng)實際水深在正常水深和臨界水深之間時為b區(qū)，當(dāng)實際水深不大于正常水深和臨界水深時為c區(qū)。依照底坡狀況分為五類，即1、2、3、0、〝′〞。由于臨界坡度時K——K先與N——N線重疊，平坡和反坡時N——N線無限遠。因此可歸納為12種類型水面曲線。水面曲線類型和名稱列表如下：水槽底坡狀況水面曲線符號a區(qū)b區(qū)c區(qū)i>0i<ika1b1c1i>ika2b2c2i=ika3c3i=0b0c0i<0b′c′水面曲線類型壅水曲線降水曲線壅水曲線實驗環(huán)節(jié)：取掉水槽中建筑物，接通電源，啟動水泵，給水槽供水。等到水流穩(wěn)定后（均勻流），點擊水面，觀測水波形態(tài)，并重復(fù)調(diào)節(jié)水槽坡度，當(dāng)微波向上游傳播絕對速度為零時，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。放下閘門，插入水中。水流穩(wěn)定后