水力学实验指导书

《水力学》《流体力学》《工程流体力学》实验指导书目录实验一静水压强实验………………2实验二流线演示实验………………6实验三伯努利方程实验……………7实验四雷诺演示实验……………11实验五阻力系数测定实验………13实验六文丘里流量系数测定实验………………16实验七孔口管嘴出流演示实验…18实验八明渠水流演示实验………20实验一静水压强实验实验目的运用测压计测压管等测量并计算大容器内气体压强；测量并计算A、B两点的静水压强；求未知液体的重度γ2。实验装置静水压强实验装置。实验原理静水压强基本公式：p=p0+γhZ+p/γ=Const相对压强p相与绝对压强p绝的计算：p相=p绝-pa实验环节准备工作：用压力表测定大气压并统计数据。打开气阀，使容器内自由液面上的压强与外部的大气压强相似，即p0=pa。观察各测压管的液面。将小容器减少到适宜位置，待水面稳定之后，读出各管的液面高度，统计数据。关闭气阀，使小容器上升至液面高于大容器液面至适宜位置，此时p0＞pa，待液面稳定后，读出各管的液面高度，统计数据。打开气阀，待液面稳定后关闭气阀，将小容器下降至液面低于大容器液面，待液面稳定后，此时p0＜pa，读出各管的液面高度，统计数据。实验数据统计（1）测量值：ZA=mm；ZB=mm；pa=mmHg（气压表编号：）（2）统计数据：（单位：mm）测管编号初始读数p0＞pap0＜pa读数相邻差读数相邻差1234567891011121314计算（1）计算大容器内表面压强p0所选计算测管容器表面压强p0p0＞pap0＜pa相对压强值绝对压强值相对压强值绝对压强值1-2-3-47-89-1011-1213-14（2）计算A、B两点的压强编号p0＞pap0＜pa测压管高度测压管水头测压管高度测压管水头AB（3）求未知液体的重度。p0＞pa时，γ2´=p0＜pa时，γ2´´=γ2=EQEQ\F(γ2´+γ2´´,2)=思考题装置中，在多个状况下，有哪些液面为等压面？用水、酒精、水银做测压计，哪种状况精度较好？为什么？实验二流线演示实验实验目的通过演示实验理解流线的性质：不可相交、不可转折，为直线或一条光滑曲线。实验装置流线仪实验环节在流线仪上放置形状盘，启动循环泵，等待约半分钟，循环的机油会在流线仪上显示出一条条线条，线条形状即为流线的形状。观察流线形状，并注意流线形状的变化。思考题流线与迹线有什么不同？变化形状盘的位置，流线的分布与否变化？实验三伯努利方程实验实验目的加深对持续性方程和伯努利能量方程的理解；理解测压管水头线和总水头线的意义和绘制办法。实验装置能量方程实验台实验原理过水断面的能量由位能、压能、动能三部分构成。水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，三种能量不停的互相转化，通过设立测速管和测压管可理解能量变化的实际状况。过水断面总水头H=Z+EQ\F(p,γ)+EQ\F(αν2,2g)测压管水头Hp=Z+EQ\F(p,γ)实验环节排除各管中的空气，整顿好接头，避免漏水。关闭闸门，启动水泵，待水箱稳定后观察并读记1-6管读数，记入表2。开闸门，使管中通过一定的流量Q，使测压管小孔侧对水流方向，当水面稳定后读记各管（1-6）读数。再使测压管小孔正对水流方向，水面稳定后，读记1-6管读数。记入表2。全开闸门，使管中流量Q达成最大值，使测压管小孔测对水流方向，当水面稳定后读记各管（1-6）读数。再使测压管小孔正对水流方向，水面稳定后，读记管1-6读数。记入表2。用水桶接约1分钟的管中最大流量时的水量，测其体积。并测出当时水温，一并记入表3。关闭闸门后停泵。实验数据统计及计算表1管段长度和直径管段号L1L2L3L4L5L6L7管段长（m）管径（mm）表2数据统计和计算管管号水头流量123456Q=0Z+EQ\F(p,γ)Z+EQ\F(p,γ)+EQ\F(u2,2g)Q＜QmaxZ+EQ\F(p,γ)Z+EQ\F(p,γ)+EQ\F(u2,2g)Q=QmaxZ+EQ\F(p,γ)Z+EQ\F(p,γ)+EQ\F(u2,2g)Z+EQ\F(p,γ)+EQ\F(αν2,2g)注：取α=1.0计算。表3水温（℃）运动粘度系数υ集水时间t（s）体积V（L）流量Q=V/t流速v1=Q/A1流速v2=Q/A2计算：1．最大流量时的总水头损失：hw1-6=。2．绘制Q=0和Q=Qmax时的测压管水头线和总水头线。思考题1．试比较u和ν的不同。2．测压管水头线的变化和总水头线的变化与否总是一致？为什么？3．分析实验误差的产生因素，能够如何改善？实验四雷诺演示实验实验目的理解液体流动的层流和紊流两种形态，并观察临界状态及转变过程。实验装置雷诺实验演示仪实验原理雷诺数Re=νd/υ，当Re＜2300时，为层流；当Re＞4000时，为紊流；2300＜Re＜4000时，为临界状态。因此，可通过变化实验中的水流流速，变化水流的流态，进行流态观察。上临界流速是指由层流向紊流过渡的临界流速；下临界流速是指由紊流向层流过渡的临界流速。对应的雷诺数为上临界雷诺数和下临界雷诺数。实验环节层流→临界流→紊流水箱上水，保持微小溢流，微开出水阀门和颜色水阀门，使颜色水成一条细线，此时为层流状态。逐步开大出水阀门至颜色水开始微微颤动，此时为临界状态。继续开大出水阀，使出流流速再加大，此时颜色水完全掺混，水流为紊流状态。紊流→临界流→层流轻微关小调节阀，逐步重新出现波浪形的线条。继续轻微关小调节阀，颜色水会逐步恢复为细线。注意观察并判断对应的流动形态。思考题液体的流动形态由哪些因素决定的？上临界雷诺数和下临界雷诺数与否相等？为什么？实验五阻力系数测定实验实验目的进一步理解伯努利方程，理解沿程阻力系数和局部阻力系数的测定、计算办法。实验装置多功效水力实验台实验原理伯努利方程：Z1+EQ\F(p1,γ)+EQ\F(α1ν12,2g)=Z2+EQ\F(p2,γ)+EQ\F(α2ν22,2g)+hw12水流阻力分为沿程阻力hf和局部阻力hm：hf=λEQ\F(l,d)EQ\F(ν2,2g)hm=ζEQ\F(ν2,2g)实验环节沿程阻力系数实验1．关闭测点1、2、3、4、7、8、9、10的小阀门。2．打开阀门2、4、5、7、8。3．关闭阀门3、6、9。4．开泵，调节阀门4，使测压管5、6中出现高差。统计读数。5．用计量箱量测流量。统计数据。局部阻力系数实验1．关闭测点1、2、3、4、5、6的小阀门。2．调节球阀至某一启动度。3．打开阀门2、3、6、7、8。4．关闭阀门4、5、9。5．开泵。调节阀门3，使测压管7、8、9、10中出现压差。统计读数。6．用计量泵量测流量，统计数据。数据统计和计算沿程阻力系数实验统计表1d=mmL=mNOh5（cm）h6（cm）△h（cm）V（cm3）t（s）Q（cm3/s）ν（cm/s）λ12局部阻力系数实验统计表2d=mmL1=mL2=m启动度NOh7（cm）h8（cm）△h1（cm）h9（cm）h10（cm）△h2（cm）2△h2－△h1（cm）半开12全开12表3启动度NOV（cm3）t（s）Q（cm3/s）ν（cm/s）ζ半开12全开12思考题分析误差产生的因素。实验中流量不同对λ、ζ的值有何影响？实验六文丘里流量系数测定实验实验目的进一步理解持续性方程和伯努利方程，掌握文丘里流量计测定流量的原理，理解文丘里流量系数的测定办法。实验装置多功效水力实验台实验原理由伯努利方程可知：Z1+EQ\F(p1,γ)+EQ\F(α1ν12,2g)=Z2+EQ\F(p2,γ)+EQ\F(α2ν22,2g)+hw12取α1=α2=1.0，无视水头损失，则有：EQ\F(α2ν22,2g)－EQ\F(α1ν12,2g)=（Z1+EQ\F(p1,γ)）－（Z2+EQ\F(p2,γ)）=△h又∵Q=EQ\F(πd12ν1,4)=EQ\F(πd22ν2,4)∴Q=EQ\F(EQ\F(πd22,4),EQEQ\R(1-EQ\F(d24,d14)))EQEQ\R(2g△h)=KEQ\R(△h)由于实际流动存在水头损失，因此实际流量Q0要略不大于理论流量Q，则流量系数μ=EQ\F(Q0,Q)实验环节统计仪器常数d1、d2，并算出K值。关闭测点4、5、6、7、8、9、10的小阀门。打开阀门2、3、4、5、6、8及球阀，关闭阀门9。阀门7先调为较小开度。开泵，缓慢启动阀门7，使测压板压差读数较大。统计数据。实验数据统计和计算d1=mm；d2=mm；K=NOh1（cm）h2（cm）△h（cm）V（cm3）△t（s）Q（cm3/s）Q0（cm3/s）μ12实验七孔口管嘴出流演示实验实验目的观察孔口自由出流的水力特点。注意不同类型管嘴自由出流的水力特点。加深对流速系数、流量系数、收缩系数等概念的理解。实验装置孔口、管嘴出流演示实验台实验原理孔口、管嘴出流的流速公式为ν=ψEQ\R(2gH0)（H0为作用水头）流量公式为Q=μωEQ\R(2gH0)流量系数μ=ψε实验环节开动水泵，待水箱稳定并保持微小溢流，转动旋转圆盘，逐次变化孔口的形式和管嘴的形式，观察出流状态。注意管嘴出流时出现真空的状况。思考题简要阐明孔口出流和管嘴出流的特点。相似大小的孔口和管嘴，在相似作用水头下，流量和流速与否相似？为什么？实验八明渠水流演示实验实验目的观察在不同底坡状况下矩形水槽中非均匀流水面曲线的变化规律；观察水流流过宽顶堰时的水力现象；观察水跃发生的水力现象及特点。实验装置明渠水流演示槽实验原理流态鉴别：实际测量某断面水深h。若h＞hk，水流为缓流；若h＜hk，水流为急流。鉴别水面曲线类型：沿流动方向测量水深。若水深逐步增加，水面曲线为a型或c型；水深逐步减少，则水面曲线为b型。宽顶堰出流形式鉴别：实际测