水力学实验指导书

1、水力学实验指导书 二零零八年三月二十六日前言专业课实验教学是本专业教学的重要环节之一。其目的是使学生能结合专业课的特点，综合已学过的理论知识，使课堂中讲授的重要理论和概念得到验证，巩固和充实，并适当地扩大知识面，以培养学生掌握一定的实验技能和科学的工作态度。为了提高实验水平和质量，在原实验指导书的基础上，又重新进行了修订和增补。由于编者水平有限，错误及不妥之处希读者批评指正！以便订正。水力学实验室实验一 文丘里流量计校正实验一、实验目的：1、掌握文丘里流量计的测量原理；2、 验证能量方程、连续方程；3、 率定文丘里流量计的流量系数。二、实验装置: 本实验的装置如图1所示。图1.文丘里实验装置图

2、1、 自循环供水器；2、实验台；3、调速器；4、整流板；5、恒压水箱；6、溢流板；7文丘里流量计；8、气阀；9、测压计；10、滑动标尺；11、多管压差计；12、实验调节阀。图2.文丘里流量计结构图其中，文丘里流量计的结构如图2所示。三、实验原理：在文丘里流量计上取断面11，22列能量方程，令1=2=1，不计水头损失，可得： (1)由连续性方程： (2)得：代入（1）式，可得流量计算公式如下：式中为两断面测压管水头差h。令 ：并定义为仪器常数。于是可以看出，在已知文丘里流量计两断面的内径时，只要测得测压管水头差，即可得到计算流量Q。但在实际液体中，由于水头损失的存在，实际通过的流量Q0略小于计算

3、流量Q。令为流量系数。是一小于1的数，用它来对计算流量进行修正，则实际流量的计算公式为： (3)本实验即通过测量实际流量Q0和计算流量Q确定系数的具体数值。其中实际流量Q0用体积法来测定：V为t时间内通过文丘里流量计水的体积。四、实验方法与步骤：1. 准备工作：记录仪器常数并算出值。2. 打开电源开关，全关实验调节阀，检查测压管读数是否相等，不相等时，分析原因，并予以排除。打开实验调节阀，使测压管高度在可读数范围内。3. 待水流稳定后读取各测压管的液面读数，同时用秒表、量筒测定流量。4. 逐次改变实验调节阀，改变流量6次,重复步骤3。5. 把测量值记录在实验表格内，计算出平均流量系数。6. 实

4、验结束，检查测压管读数是否相等，不相等时，分析原因，排除后重新实验。7. 进行成果分析，回答思考题。五、注意事项：1. 测压管读数在实验开始和结束时应相等。2. 调节阀门应缓慢，使测压管的液面在滑尺的读数范围内，每次调节后应待水流稳定后再进行测量。3. 电源一打开时为最大流量，实验时保持最大流量。4. 流量系数应为一小于1并接近于1的数，若误差较大，将其去掉，分析原因。六、实验数据及成果见表1。七、思考题1. 文丘里流量计在安装时是否必须保持水平，如不水平，上述计算公式是否仍可应用？2. 能量方程和连续性方程的应用条件是什么？本实验是否满足这些条件。实验二 局部阻力实验一、 实验目的1. 掌握

5、三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；2. 通过对圆管突扩、突缩局部阻力的测定，验证突扩局部阻力和突缩局部阻力系数的经验公式；3. 加深对局部阻力的认识。二、 实验装置本实验装置如图1所示。图1 局部阻力实验装置1、自循环供水器；2、实验台；3、调速器；4、整流板；5、溢流板；6、恒压水箱；7突扩实验管段；8、测压计；9、滑动标尺；10、测压管；11、突缩实验管段；12、实验流量调节阀 实验管段由小、大、小三段已知管径的管道组成，共设有五个测压点，测点13用以测量突扩的局部阻力系数，25用以测量突缩的局部阻力系数。三、 实验原理1 经验公式：突扩局部阻力系数： （1）突扩局部阻力： （2）突缩

6、局部阻力系数： （3）突缩局部阻力： （4）2 实测原理：突扩局部阻力： 列12断面能量方程： 变换为： （5） (6)突缩局部阻力： 同理： (7) (8)四、 实验方法与步骤1 记录实验仪器常数。2 全关调节阀，打开电子调速器开关，使恒压水箱充水，排除实验管段中的滞留气体。待水箱溢流后，检查各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。3 打开调节阀11，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数，同时用秒表、量筒测定流量。4 逐次改变调节阀，改变流量8次重复步骤3。把测量值记录在实验表格内。实验结束，全关调节阀，检查各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。分析原因，排除后重新实验。5 进行成

7、果分析，回答思考题。五、 注意事项：1. 在实验开始和结束时，必须检查各测压管液面是否齐平，若不平，则需排除测压管内气体，调平后再实验。2. 实验前，必须将实验管段中的气体排出。3. 调节阀门应缓慢，每次调节后应待水流稳定后再进行测量。4. 实验中应使测点均匀分布，即使每次实验的数值差尽量接近。5. 电源一打开时为最大流量，实验时保持最大流量。六、 实验数据及成果1 仪器常数： 2记录计算表格：见表1。七、 思考题1.结合旋涡仪演示的水力现象，分析局部阻力损失的产生机理。2.结合实验结论，考察在相同条件下（相同），突扩与突缩的局部损失的大小。3.结合旋涡仪演示的水力现象，分析如何减小局部阻力损

8、失。记录计算表格表1.VtsQ测压管读 cm断面1cm断面2cm断面5cmcmcmcmcmcmcm1234512345678实验三 管道沿程阻力系数测定实验一、实验目的1、 掌握沿程阻力系数的测定技能；2、 了解紊流时沿程阻力的规律。二、 实验装置本实验装置如图1所示。图11、 自循环供水器；2、实验台；3、调速器；4、整流板；5、溢流板；6、恒压水箱；7、实验管路；8、测压计；9、滑动标尺；10实验流量调节阀三、实验原理 在实验管段测压管连接的两个断面列12断面能量方程：因为实验管段水平设置，管径沿程不变，所以 2 2 于是四、实验方法与步骤1、 记录实验仪器常数。2、全关调节阀，打开电子调

9、速器开关，使恒压水箱充水，排除实验管段中的滞留气体。待水箱溢流后，检查各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。3、打开调节阀11，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数，同时用秒表、量筒测定流量。4、逐次改变调节阀，改变流量6次重复步骤3。把测量值记录在实验表格内。实验结束，全关调节阀，检查各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。分析原因，排除后重新实验。5、进行成果分析，回答思考题。五、注意事项：1、 在实验开始和结束时，必须检查各测压管液面是否齐平，若不平，则需排除测压管内气体，调平后再实验。2、 实验前，必须将实验管段中的气体排出。3、 调节阀门应缓慢，每次调节后应待水流稳定后再进

10、行测量。4、 实验中应使测点均匀分布，即使每次实验的数值差尽量接近。5、 电源一打开时为最大流量，实验时保持最大流量。六、 实验数据及成果仪器常数： 9.22 mm l1-2= 500 mm Noh1h2h=hfVtQvcmcmcmcm3scm/s12345678七、 思考题1、 分析影响值的因素有那些。2、 分析各次实验值不同的原因。实验四 阀门性能实验一、实验目的1、掌握阀门阻力系数的测定技能；2、学习无量纲分析数据的方法。二、实验装置本实验装置如图1所示。图11、自循环供水器；2、实验台；3、调速器；4、整流板；5、溢流板；6、恒压水箱；7、实验调节阀；8、测压计；9、滑动标尺；10实验

11、流量调节阀三、实验原理 在实验管段测压管连接的两个断面列23断面能量方程：因为实验管段水平设置，管径沿程不变，所以 23 23 于是四、实验方法与步骤1、记录实验仪器常数。2、全关调节阀，打开开关，使恒压水箱充水，排除实验管段中的滞留气体。待水箱溢流后，检查各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。3、实验的第一组数据应将实验阀门调至较小，实验流量调节阀门调至较小，使测压管3能读到数据。待水流稳定后，读取各测压管的液面读数，同时用秒表、量筒测定流量。4、逐次开大实验阀门，流量调节阀门不变，改变流量6次重复步骤3。把测量值记录在实验表格内。实验结束，全关流量调节阀，检查各测压管液面是否齐平，若

12、不平，则需排气调平。分析原因，排除后重新实验。5、进行成果分析，回答思考题。五、注意事项：1、在实验开始和结束时，必须检查各测压管液面是否齐平，若不平，则需排除测压管内气体，调平后再实验。2、实验前，必须将实验管段中的气体排出。3、调节阀门应缓慢，每次调节后应待水流稳定后再进行测量。4、实验中应使测点均匀分布，即使每次实验的数值差尽量接近。5、实验的第一组数据应将实验阀门调至较小，实验流量调节阀门调至较小，使测压管3能读到数据。然后，逐渐开大实验阀门。六、实验数据及成果1、仪器常数： 12.8 mm l1-2= 200 mm l2-3= 400 mmNoh1h2h 3VtQh cmcmcmcm

13、3scm12345678七、思考题、 同一开度下，不同流量时是定值还是变值。、 不同开度下，同一流量时是定值还是变值。为什么？八、绘图在坐标纸上绘出Q/Q图。实验五 宽顶堰实验一、 实验目的1 测定宽顶堰的流量系数m。2 观察宽顶堰的流动状态和水跌的流动现象。二、 实验装置本实验装置如图1所示。图11、变坡水槽；2、宽顶堰；3、液位计；4、变坡千斤顶；5、尾门；6、循环水泵；7、流量调节阀三、 实验原理自由式无侧收缩宽顶堰流量为：式中：Q为宽顶堰上流量；为流量系数；为堰宽；为包括流速水头的堰上水头。其中：所以：别列津斯基根据实验提出经验公式：时 3.0时 上式中：p为堰的坎高。四、 实验方法和

14、步骤1 测定堰的坎高p，堰宽b，底坡高度等仪器常数。熟悉仪器结构。2 开动水泵电机，打开进水阀门，调节尾门，使其为自由式宽顶堰，调节、观察水面曲线形状。3 用高度尺测量堰上游水深，用量杯、秒表测水体积、时间，记入记录表内。4 改变流量，重复步3骤四次。五、 注意事项：1 实验必须在流动稳定后进行。2 对流量的测量应注意准确。3 液位计应位于堰口5H以上上游处。4 测针应与液面刚刚接触为测量点。 六、 实验数据及成果1仪器常数： mm， mm， p= mm2记录计算表格：NohVtHQvmcmcm3scm12345七、 分析思考题1 实际测量所得的m与别列津斯基根据实验提出经验公式的计算结果是否

15、相符。若误差较大，试分析之。实验六 三角堰流量计的标定实验一、 实验目的1 标定三角堰的流量系数A和B。2 观察三角堰的流动状态。二、 实验装置本实验装置如图1所示。图11、变坡水槽；2、三角堰；3、液位计；4、变坡千斤顶；5、尾门；6、循环水泵；7、流量调节阀三、 实验原理当=90，H=0.050.55时，自由式无侧收缩三角堰流量的经验公式为：式中 Q为流量，单位以计。H为自堰口顶点算起的堰上水头，单位以m计。但是由于制作过程中三角堰的形状不能完全保证，或由于其他原因造成其系数不确定。假设三角堰流量的公式为： 本实验即通过实验实际标定三角堰的流量系数A和B。对于多组数据可通过计算机计算，或公

16、式两端取对数后进行计算。四、 实验方法和步骤1 测定堰顶的高度等仪器常数。熟悉仪器结构。2 开动水泵电机，打开进水阀门，使其为自由式三角堰，调节、观察水面曲线形状。3 用高度尺测量堰上游水深，用量杯、秒表测水体积、时间，记入记录表内。4 改变流量，重复步3骤四次。五、 实验数据及成果1仪器常数： mm 2记录计算表格：NohVtQABmm3s12345六、 注意事项：1 实验必须在流动稳定后进行。2 对流量的测量应注意准确。3 液位计应位于堰口5H以上上游处。4 测针应与液面刚刚接触为测量点。七、 思考题1 三角堰的流量系数A和B与经验公式的数据是否相近或相符？如不符，造成三角堰的流量系数A和

17、B不符的原因是什么？2 推导三角堰的流量公式。实验七 水跃实验一、实验目的1 测定水跃的水头损失和消能率。2 观察水跃的流动现象，了解水跃类型及其结构的基本特征。二、实验装置本实验装置如图1所示。图11、变坡水槽；2、闸门；3、液位计；4、变坡千斤顶；5、尾门；6、循环水泵；7、流量调节阀三、实验原理水跃是明渠流动中水流从急流状态过渡到缓流状态的现象。如图2所示。其中h和h”为跃前、跃后水深。 水跃前、后两段面单位重量流体的机械能之差为水跃的消能量，其公式为： 水跃的消能率为： 式中：E1为水跃前段面单位重量流体的总机械能：图2四、实验方法和步骤1 测定渠宽b，底坡高度等仪器常数。熟悉仪器结构

18、。2 开动水泵电机，打开进水阀门，调节闸门和尾门，使其形成远驱式，调节、观察水面曲线形状。3 待稳定后，用高度尺测量堰上、下游水深，用量杯、秒表测水体积、时间，记入记录表内。4 改变流量，重复步3骤四次。五、注意事项：1 实验必须在流动稳定后进行。2 对流量的测量应注意准确。3 测针应与液面刚刚接触为测量点。一、 实验数据及成果1仪器常数： mm， mm2记录计算表格：Nohh”VtQV1cmcmcm3scm12345二、 思考题1 简单说明水跃的消能原理。2 自行演示水跃的三种形式，分析各种水跃的消能率，实验八 动量定律实验一、 实验目的1、验证不可压缩流体恒定流的动量方程2、通过对动量与流

19、速、流量、出射角度、动量矩等因素相关性的分析研讨、进一步掌握动量守恒原则二、 实验装置本实验装置如图1所示。图11、恒压水箱；2、喷嘴；3、承压板；4、测压管；5、溢流板； 三、 实验原理恒定总流的动量方程为：取管嘴和承压板之间的水为隔离体，忽略摩擦阻力，以水平方向为x方向，动量方程转化为：即：式中：为测压管高度；为承压板面积；为管嘴流量；为管嘴流速；为动量修正系数。 实验中，在恒定流动状态下，只要测定流量和测压管高度，根据仪器常数管嘴直径d和承压板直径D即可计算出动量修正系数。应在范围内。四、 实验方法和步骤1熟悉实验装置，记录实验仪器常数。2调整测压管，使其处于垂直状态。打开电源。3待流动

20、稳定后，测定流量和测压管高度。每个溢流高度测两组。4改变溢流高度，重复3步骤。5进行成果分析，回答思考题。五、 注意事项：、 实验必须在流动稳定后进行。、 对流量的测量应注意准确。六、 实验数据及成果1仪器常数： ，2记录计算表格：NohCVtQvxcmcm3s123456七、 思考题、 实测值是否在范围内，若不在此范围分析原因。、 忽略摩擦阻力对实验的结果会有多大影响，试分析之。实验九、演示实验9.1雷诺数实验一、 实验目的1、 观察液体在不同流动状态时流体质点的运动规律2、 观察流体由层流变紊流及由紊流变层流的过度过程3、 测定液体在圆管中流动时的下临界雷诺数二、 实验原理及实验设备流体在

21、管道中流动，由两种不同的流动状态，其阻力性质也不同。雷诺数的物理意义，可表征为惯性力与粘滞力之比。在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H不变。如果管路中出口阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均速度v，微启红色水阀门，这是红色水与自来水同步在管路中沿轴线向前流动，红颜色水呈一条红色直线，其流体质点没有垂直于主流方向的横向运动，红色直线没有与周围的液体混杂，层次分明地在管路中流动。此时，在流速较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动，为层流运动。如果将出口阀门逐渐开大，管路中的红色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的流动呈临界状态。如果将出口阀门继续开大，出现流体质点的横向脉

22、动，使红色线完全扩散与自来水混合，此时流体的流动状态微紊流运动。雷 诺 数 实 验 图1.水箱及潜水泵 2.上水管 3. 溢流管 4. 电源 5.整流栅 6.溢流板 7.墨盒 8. 墨针 9. 实验管 10. 调节阀 11. 接水箱 12. 量杯 13. 回水管 14实验桌 雷诺数表达式，根据连续方程：AV=Q ， 流量Q用体积法测出，即在t时间内流入计量水箱中流体的体积V。式中：A管路的横截面积； d管路直径； V流速； 水的粘度。三、实验步骤1、 准备工作：将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，以保持水位高度H不变。2、缓慢开启阀门7，使玻璃管中水稳定流动，并开启红色

23、阀门9，使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。3、开大出口阀门7，使红色水在玻璃管内的流动呈紊流状态，在逐渐关小出口阀门7，观察玻璃管中出口处的红色水刚刚出现脉动状态但还没有变为层流时，测定此时的流量。重复三次，即可算出下临界雷诺数。四、实验内容（1）观察两种流态启动水泵供水，使水箱充水至溢流状态，经稳定后，微微开启调节阀，并注入颜色水于实验管道内，使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后，逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，可观察到由紊流转变为层流的水力特征。（2）测定临界雷诺数，再现当年

24、雷诺实验全过程。a.测定下临界雷诺数开启调节阀，使管中完全紊流，再逐步关小调节阀，注意，调节过程中只许关小、不许开大阀门，且每调节一次流量（即关小一次阀门）后，需待稳定一段时间再观察其形态，直至使颜色水流刚好成一直线，即表明由紊流刚好转为层流，此时可测得下临界雷诺数值为20002300之间。而雷诺在实验时得出圆管流动的下临界雷诺数为2320，原因是下临界雷诺数也并非与干扰绝对无关，雷诺进行实验是在环境的干扰极小，实验前水箱中的水体经长时间的稳定情况下，经反复多次细心量测才得出的。而后人的大量实验由于受环境干扰因素影响，很难重复得出雷诺实验的准确数值，通常在20002300之间。因此，从工程实用

25、出发，教科书中介绍的圆管下临界雷诺数一般是2000。如果测得雷诺数太小，应开阀至紊流后再重新测量。b. 测定上临界雷诺数开启水泵，水箱溢流后，微开调节阀使管中出现层流，逐渐开大调节阀，注意，只许开大，不许关小阀门，待颜色水流刚好散开，表明由层流刚好转为紊流，即有上临界雷诺值。根据实验测定，上临界雷诺数实测值在30005000范围之内，与操作的快慢，水箱的紊动度，及外界的干扰等密切相关。有关学者做了大量试验，有的得12000，有的得20000，有的甚至得40000。实际水流中，干扰总是存在的，故上临界雷诺数为不定值，无实际意义。（3）层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面的差异如下表：流态运动学

26、特性动力学特性层流1、质点有规律地作分层流动。2、断面流速按抛物线分布。3、运动要素无脉动现象。1、流动间无质量传输。2、流层间无动量交换。3、单位质量的能量损失与流速的一次方成正比。紊流1、质点互相混掺作无规则运动。2、断面流速按指数规律分布。3、运动要素发一不规则的脉动现象。1、流层间有质量传输。2、流层间存在动量交换。3、单位质量的能量损失与流速的（1.752）次方成正比（4）雷诺数的物理意义。雷诺数可以看作为液流惯性与粘滞力的比值。要理解这一点可以从惯性力与粘滞力的量纲进行分析。惯性力=ma=，其中体积W为特征长度L的立方，即W=L3；加速度的量纲用特征流速与时间的量纲之比来表示，即所

27、以惯性力的量纲为粘滞力，其中面积的量纲为特征长度L的平方，即，流速梯度的量纲可用特征流速和特征长度L的量纲之比来表示，即所以粘滞力的量纲为惯性力和粘滞力量纲的比值为上式的量纲与雷诺数的量纲相同，式中的特征长度L在管流中用直径d表示，在明渠中则用水力半径R表示。由以上分析可知，雷诺数可表征惯性力和粘滞力之比。五、记录与计算次数V（m3）T（s）Q（m3/s）VC（m/s）Rec212345678910d= mm 水温= Rec2= 由于临界流速有两个，故临界雷诺数也有两个，当流量由零逐渐开大，产生一个上临界雷诺数，；当流量由大逐渐关小，产生一个临界雷诺数，。上临界雷数受外界干扰，数值不稳定，而下

28、临界雷诺数Rec1值比较稳定，雷诺反复测试，测得圆管水流下临界雷诺数Rec2值为2320。因此一般以下临界雷诺数作为判别流态的标准。当ReRec=2320时，管中液流为紊流。9.2烟气流线演示一、实验目的：利用烟气流线法观察空气流过物体周围的流动图形，以加深课堂中所讲的流线、迹线的认识。二、实验设备 如图一：图一 烟气流线仪简图 1、实验桌2、支架3、排风口4、风量调节5、风机开关6、照明开关7、工件（机翼）8、风洞9、进风口10、发烟装置三、实验原理图二是烟风洞中的翼型绕流的流谱： 图二、烟风洞中翼型绕流流谱示意图其特点是：气流过翼型时，烟流变密，流速加大压力降低。翼型前部A点烟流分叉的地方

29、是驻点，在该处流速等于零。在翼型尾部某一区域，烟流被冲散、反映流动极不规则，这里是旋涡区。随着冲角的加大，上下翼面烟流的稀密程度相差愈大，压力差愈大。翼面上面速度V大，压力P小，产生吸力。翼面下面速度V小，压力P大，产生压力。飞机的升力是由压力差产生的。当冲角大于某一角度时，气流从翼型前缘就开始分离旋涡区过于扩大，这时升力迅速降低，阻力急剧增加，这种现象成为“失速”。此时的冲角称为“失速冲角”，低速翼型的失速冲角一般在150200。四、演示实验步骤1、点上卫生香，使其产生烟流；2、打开仪器风扇，使风洞内的空气流通，导直烟流；3、打开日光灯，调整机翼的冲角，使其中一根流线对零度角，形成驻点，使其

30、速度V=0；4、改变冲角、观察烟流的变化；5、冲角1520。9.3旋涡仪实验演示一、实验目的：本装置采用两相流原理，利用吸入的空气做流线，观察渠管道水流的流动图形，有卡门涡流、弯道二次流及突然扩大、突然缩小的流线变化等。器设备结构见图1。图1漩涡仪设备简图1、内设自循环潜水泵的水箱 2、调节阀门组 3、吸气管 4、回流管 5、突扩突缩试件 6、渐扩渐缩试件 7、上集流水箱 8、900弯道 9、圆弧弯道 10、圆柱体试件 11、半圆柱体试件 12支架二、实验原理该实验装置分三组观察：一组是弯道流动，当液体流经900拐角时会产生二次流，旋涡区，而拐角圆弧过度的管道区不产生旋涡，能量损失小。二组是圆

31、柱体，尾流产生交叉排列，转动方向相反，尾流旋涡成对出现，是无规则的湍流流动。三组是突然扩大、突然缩小和光滑过度的流线的变化，突然缩小可以看到流线呈抛物线形、突然扩大可以看到是一个大旋涡和一个小旋涡。而光滑过度流线无扭曲现象，尾流只有一个大旋涡。这组的旋涡有时顺时针转，有时逆时针转，也可以对称出现，是典型的湍流流动，结构很不稳定。三、实验步骤1、先打开（一）组（即弯道流）球阀，然后接通电源，就能看到管道弯道流的流动图形。2、打开（二）组，关闭（一组），依次打开（三）组，关闭（二）组。若要看（三）组旋涡的变化，把水泵停下来，先开（三）组，能看到一组流动图形，然后开（二）组、（一）组。四、思考题1、

32、三组旋涡在工程上各有哪些体现？2、三组旋涡在工程上各有哪些应用？9.4虹吸演示一、实验目的1观察虹吸发生、发展及破坏的过程；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、实验设备： 图一 实验设备1、自循环水箱 2、12、15、吸真空阀门3、高位水箱供水阀门 4、高位水箱5、虹吸管6、7、9、测压嘴8、抽真空文丘里管10、抽真空嘴11、测压管14、低位水箱三、实验原理：虹吸管的工作原理是先将管中空气抽出，使虹吸管路形成真空，在大气压强的作用下，高水位水箱的水从管口中上升到管的顶部，然后流向低水位水箱。四、实验步骤1高水位水箱，低位水箱及测压烧杯内加满水。为增加演示效果，可在水中

33、加入少量红墨水。2开启水泵，打开虹吸管上抽真空装置的2、12、15、阀门吸真空，在管路内形成真空，然后关闭阀门2、12、15。3打开测压点的小阀门，就能看到烧杯中的三根测压管水位上升，这是管路中的真空值，表明三个测压点的压力分布不同及真空度的大小。同时可以比较弯头的阻力和沿程阻力的大小。4打开抽真空装置，吸入空气，可观察虹吸之破坏过程。9.5水击演示实验一、仪器装置简介本实验仪由恒压水箱、供水管、调压筒、水击室、压力室、气压表、扬水机出水管、水击发生阀、水泵、集水箱等组成。其装置如下图所示。 设备结构简图 、底座、水泵、供水管、恒压水箱 5、供水管 6、调压筒截止阀7、调压筒8、气压表 9、水

34、击扬水机出水管 10、扬水机截止阀 11、压力室 12、逆止阀 13、集水箱 14、水击发生阀 15、回水管2、技术参数：1） 电源：220V 50Hz2） 功率：65W3） 作用水头：250mm4） 水击升压：240mm5） 尺寸：955*910*150二、安装使用方法1、组装 仪器拆箱以后，按图所示检查各个部件是否完好，当水击扬水机出水管9、调压筒7、气压表8解体分件包装运输时，应按图所示装上这些部件。2、通电试验 放水前插上市电220伏电源,水泵应启动正常。3、放水试验 水质最好为去离子水或蒸馏水，加水量以使集水箱13中的水位与水击室底面平齐为宜。然后启动水泵，检查各部分工作是否正常。应

35、无漏水、漏气现象发生。4、启动水击发生阀 启动阀14，必须先向下推开，并使过水系统中的空气全部排除（打开调压筒截止阀可排除空气）。然后松手，阀14就会自动地往复上下运动，时开时闭而发生水击。5、量测水击压强量测时，应全关阀6和10，并应关紧不漏水。6、水击扬水实验应全开阀10，全关阀6。7、调压筒实验应全关阀10，全开阀6。8、其他注意事项 若供水管、压力室或阀6下部调压筒中的滞留空气未排净，或者水质不洁等而导致逆止阀漏水，或集水箱水位偏低，都有可能使水击压强达不到额定值。此时应按前述重新运动，或更换工作水、增加集水箱水量。三、 实验指导 本实验仪可用以演示水击波传播、水击扬水、调压筒消减水击

36、工况，以及水击压强的量测。实验指导提要如下：1、水击的产生和传播 水泵2能把集水箱13中的水送入恒压供水箱4中，水箱4内设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经供水管5和水击室再通过水击发生阀14的阀孔流出，回到集水箱13。 实验时，先全关阀6和10，触发起动阀14。当水流通过阀14时，水的冲击力使阀14上移关闭而快速截止水流，因而在供水管5的末端首先产生最大的水击升压，并使水击室16同时承受到这一水击压强。水击升压以水击波的形式迅速沿着压力管道向上游传播，到达进口以后，由进口反射回来一个减压波，使管5末端和水击室内发生负的水击压强。 本实验仪能通过阀14和12的动

37、作过程观察到水击波的来回传播变化现象。即阀14关闭，产生水击升压，使逆止阀12克服压力室5的压力而瞬间开启，水也随即注入压力室内，并可看到压力表8随着产生压力波动。然后，在进口传来负水击作用下，水击室16压强低于压力室11，使逆止阀12关闭，同时，负水击又使阀14下移而开启。这一动作过程既能观察到水击波的传播变化现象，又能使本实验仪保持往复的自动工作状态。这样周而复始，阀14不断地开启、关闭，水击现象也就不断地重复发生。2、水击压强的定量观测 水击可在极短的时间内产生很大的压强，尤如重锤锤击管道一般，甚至可能造成对管道的破坏。由于水击的作用时间短、升压大，通常需用复杂而昂贵的电测系统做瞬态测量

38、，而本仪器用简便的方法可直接地量测出水击升压值。此法的测压系统是由逆止阀12、压力室11和气压表8组成。阀14每一开一闭都产生一次水击升压，由于作用水头、管道特性和阀的开度均相同，故每次水击升压值相同。每当水击波往返一次，都将向压气室11内注入一定水量，因而压力室内的压力随着水量的增加而不断累加，一直到其值达到与最大水击压强相等时，逆止阀12才打不开，水流也不再注入压力室11，压力室内的压力也就不再增高。这时，可从连接于压力空腔的压力表8测量压力室11中的压强，此压强即为阀14关闭时产生的最大水击压强，这一测量原理可用一个日常生活例子来加深理解：如一个用气筒每次以（3Kg/Cm2 ）的压强向轮

39、胎内打气，显然，只有反复多次地打，轮胎内的压强方可达到且只能达到（3Kg/Cm2 ）。本实验仪工作水头为25cm水柱左右，气压表显示的水击压强值最大可达300mm汞柱（408cm水柱）以上，即达到16倍以上的工作水头。表明水击有可能造成工程破坏。3、水击的利用水击扬水原理水击扬水机由图中的4、5、14、12、16、11、10、9等部分组成。水击发生阀14每关闭一次，在水击室16内就产生一次水击升压，逆止阀12随之被瞬时开启，部分高压水被注入压力室11，当阀10开启时，压力室的水便经出水管流向高处。由于阀14的不断运作，水击连续多次发生，水流亦一次一次地不断注入压力室，因而便源源不断地把水提升到

40、高处。这正是水击扬水机工作原理，本仪器扬水高度为37cm，即超过恒压供水箱的液面达1.5倍的作用水头。 水击扬水虽然能使水流从低处流向高处，但它仍然遵循能量守恒规律。扬水提升的水量仅仅是流过供水管的一部分，另一部分水量通过阀14的阀孔流出了水击室。正是这后一部分水量把自身具有势能（其值等于供水箱液面到阀14出口处的高度），以动量传输的方式，提供了扬水机扬水。由于水击的升压可达几十倍的作用水头，因而若提高扬水机的出水管的高度，水击扬水机的扬程也可相应提高，但出水量会随着高度的增加而减小。4、水击危害的消除调压筒（井）工作原理 如上所述，水击有可利用的一面，但更多的是它对工程具有危害性的一面。例水

41、击有可能使输水管爆裂。为了消除水击的危害，常在阀门附近设置减压阀或调压筒（井）、气压室等设施。本仪器设置由阀6和调压筒7组成水击消减装置。 实验时全关阀10、全开阀6，然后手动控制阀14的开与闭。由气压表8可见，此时，水击升压最大值约为120mm汞柱，其值仅为阀6关闭时的峰值的1/3。同时，该装置还能演示调压系统中的水位波动现象。当阀14开启时，调压筒中水位低于供水箱水位（以下称库水位），而当阀14突然关闭时，调压筒中的水位很快涌高且超过库水位，并出现和竖立U形水管中水体摆动现象性质相同的振荡，上下波动的幅度逐次衰减，直至静止。调压系统中的非恒定流和水击的消减作用，在实验中可作如下说明：设了调

42、压筒，在阀14全开下的恒定流时，调压筒中维持于库水位固定自由水面。当阀14突然关闭时，供水管5中的水体因惯性作用继续向下流动，流入调压筒，使其水位上升，一直上升到高出库水位的某一最大高度后才停止。这时管内流速为零，流动处于暂时停止状态，由于调压筒水位高于库水位，故水体作反向流动，从调压 筒流向水库。又由于惯性作用，调压筒中水位逐渐下降，至低于库水位，直到反向流速等于零为止。此后供水管中的水流又开始流向调压筒，调压筒中的水位再次回升。这样，伴随着供水管中水流的往返运动，调压筒中的水位也不断上下波动，这种波动由于供水管和调压筒的阻尼作用而逐渐衰减，最后调压筒水位稳定在正常水位。 设置调压筒之后，在

43、过流量急剧改变时仍有水击发生，但调压筒的设置建立了一个边界条件，在相当大程度上限制或完全制止了水击向上游传播。同时水击波的传播距离因设置调压筒的大为缩短，这样既能避免直接水击的发生，又加快了减压波返回，因而使水击压强峰值降低，这就是利用调压筒消减水击危害的9.6空化机理实验一、仪器构成图一、设备结构图1、储水箱（内设潜水泵）2、三个调节流速的阀门3、空化杯4、突缩减扩型空化显示面流道5、文氏渐缩渐扩空化显示面流道6、真空表 7、 矩形闸门槽空化显示面流道及流线型闸门槽空化流动显示面流道8、均流槽二、功能 本空化实验仪专供教学实验用，是一套小型台式、整体安装的自循环系统，可用以演示空化发生、演变

44、及流道体型对其影响等，并可进行空化数的定量量测。3、技术特性1） 自循环供回水；2） 有文氏管型、突缩型、巨型和流线型凹槽等4种流道；3） 可显示三种类型的空化；4） 有量测汽化压强的装置；5） 喉管最大流速18ms，最大真空度10m水柱；6） 电源 220V、50HZ，功率0.75KW；7） 尺寸 长宽高= 650 3101070 mm8） 实验桌尺寸mm三、使用方法 1、检查部件是否齐全 本仪器（1）多流道显示柜（2）自循环供水箱（3）管件阀门（4）联接软管，整体装运。潜水泵、空化杯与真空表在同一箱内分开包装。 2、通电试验 从显示柜中引用电源的插头，有二：一为照

45、明灯光电源线；二为泵的动力线。须注意：脱离水体作潜水泵试验时，通电不得超过35秒。 3、水管检查 显示管下方共有9只管嘴。除3只用以联接泵的进水管外，其余6只均联接出水软管。联接应注意扎紧接口，并将各个水管接上导流软管，出口低于水面，使之形成淹没出流，以免溅水。4、组装 将上述组合件与自循环水箱组装合成如图一所示。组装前，应卸下阀门把手，组装后，再将显示柜与供水箱两侧面衔接处用螺丝加以固定，然后再装回阀门把手。 5、装真空表和空化杯 测量空化真空度时，去掉空化杯，量根胶管用玻璃管连接在一起。沸腾空化实验时，真空表的连通管接在空化杯的右侧，测点的连接管嘴在空化箱的内部，导出的连接管接空化杯的左侧。 6、充水 充水前，须对水箱进行清洗，特别要注意的是水箱内决不允许有固体颗粒物存在。向水箱注入清洁水。全开3个阀门，接通电源，即可进行实验。实验时注意：由于泵的供水压力较大，不允许在阀门全关（或接近全关），而另一阀全开（或接近全开）的情况下运行。以防止水压过高，损坏流道。 7、排水 实验结束，将流道内水放空，防止流道内结垢。学期结束，将水箱内水当空，并清洗水箱。 8、静电的消除 实验仪器布置在较潮湿的环境（如大楼低层或地下室等