水力学实验指导书2012-3-16

伯诺里方程实验一部分：实验预习报告一、实验目的要求1．掌握恒定总流的能量方程。2．掌握有压管流中水动力学的能量转换特性。3．掌握渐变流过流断面压强分布。4．认识离心惯性力对动水压强的影响。5．掌握管流流量、压强等水动力学要素的实验量测方法。6．掌握有压管流总水头线、测压管水头线的绘制方法。二、实验原理均匀流或渐变流过水断面上的压强分布服从于水静力学规律。而当水流沿弯管运动时，由于离心惯性力作用，外侧压强大，内侧压强小，过水断面上的压强分布不再服从于水静力学规律。在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面至另一断面的伯诺里方程式，从已设置的各断面的测压管中读出测压管水头值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速及流速水头，从而即可得到各断面测压管水头和总水头。。三、主要仪器设备及耗材主要实验设备：自循环能量方程实验仪。实验耗材：塑料管、调速器、量筒、秒表等。四、实验方法与步骤1．准备熟悉实验装置，记录有关常数。2．开启水泵。3．关闭调节阀，检查所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明原因并加以排除。4．打开调节阀，观察1）测压管水头线和总水头线的变化趋势；2）位置水头、压强水头之间的相互关系；3）渐变流断面上测点（2）、（3）的测压管水头是否相同；4）弯管断面上测点（10）、（11）的测压管水头是否相同；5）当流量变化时测压管水头线和总水头线如何变化。5．当调节阀接近全开时，测计各测压管液面读数，同时用体积法测计流量。6．改变流量，重复上述测量2次。7．实验完毕，关闭水泵，清理实验桌面及场地。第二部分：实验过程记录水箱液面高程▽0=cm；上管道轴线高程▽1=cm管径记录表测点编号234591011131519717管径cm测计测压管水头z+p/γ数值表单位：cm测点编号2457913151719VmLTsQmL/s实验次序123第三部分：结果与讨论1.计算流速水头和总水头。流速水头v2/2g计算表管径cmQ=mL/sQ=mL/sQ=mL/sA(cm2)v(cm/s)v2/2g(cm)A(cm2)v(cm/s)v2/2g(cm)A(cm2)v(cm/s)v2/2g(cm)总水头z+p/γ+v2/2g计算表单位：cm测点编号2457913151719实验次序1232.绘制最大流量下的总水头线、测压管水头线。动量定律实验一部分：实验预习报告一、实验目的要求1．验证恒定总流的动量方程；2．通过对动量与流速、流量等因素间相关性的分析，进一步掌握动量守恒原理。3．了解动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。二、实验原理根据恒定总流的动量方程 实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深h，由给定的管嘴直径d和活塞直径D，代入上式，便可验证动量方程，并率定射流的动量修正系数β值。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的圆心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞圆心处的水深。三、主要仪器设备及耗材主要实验设备：自循环动量定律实验仪。实验耗材：塑料管、调速器、水桶、秒表、盘秤等。四、实验方法与步骤准备熟悉实验装置，记录有关常数。开启水泵。调整测压管位置，使其垂直。测读测压管水位。用体积法测量流量，每次时间要求大于20秒。改变水头重复实验3次。第二部分：实验过程记录管嘴内径d=cm活塞直径D=cm测次活塞作用水头hc(cm)体积V(mL)时间T(s)流量Q=V/T(mL/s)流速v=4Q/πd2(cm/s)动量力F=γhcπD2/4(dny)动量修正系数β=F/ρQv123γ=980dny/cm3ρ=1g/cm3毕托管测速实验一部分：实验预习报告一、实验目的要求1．通过对管嘴淹没出流点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；2．了解毕托管的构造和适应性，并检验其测量精度。二、实验原理u=c=kk=c式中u──毕托管测点处的点流速；c──毕托管的校正系数；Δh──毕托管全压水头与静水压头差；g=980cm/s2。u=联解上两式可得=c式中u──测点处流速，由毕托管测定；──测点流速系数；ΔH──管嘴的作用水头。三、主要仪器设备及耗材主要实验设备：自循环毕托管测速实验仪。实验耗材：塑料管、调速器等。四、实验方法与步骤1．准备熟悉实验装置，记录有关常数。2．开启水泵。3．对毕托管、比压计进行排气。4．将毕托管放入静水匣中，检查毕托管比压计是否齐平。5．去掉静水匣，将毕托管安放在正确位置上。6．测读测压管读数。7．改变水头重复实验3次。8．实验完毕，关闭水泵，清理实验桌面及场地。第二部分：实验过程记录记录计算表实验次序上下游水位差(cm)毕托管水头差(cm)测点流速u=k(cm/s)测点流速系数=ch1h2ΔHh3h4Δh123校正系数c=，k=c=cm0.5/sg=980cm/s2雷诺实验一、实验目的要求1．观察实际液体流动的两种形态——层流与紊流；2．掌握临界雷诺数的测定方法。二、实验原理Re===KQK=三、主要仪器设备及耗材主要实验设备：自循环雷诺实验仪。实验耗材：塑料管、调速器、量筒、秒表、化学试剂等。四、实验方法与步骤1．准备熟悉实验装置，记录有关常数。2．开启水泵。3．观察实际液体流动的两种形态——层流与紊流。4．测定下临界雷诺数。（1）将调节阀全开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小，当颜色水在全管刚呈现一稳定直线时，即为下临界状态。（2）待管中呈现临界状态时，用体积法测定流量。（3）根据所测定流量计算下临界雷诺数。（4）重复以上步骤测量不少于三次。（5）同时测量水温，从而求得水的运动粘度。5．测定上临界雷诺数。逐步开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当颜色水刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数。6．实验完毕，关闭水泵，清理实验桌面及场地。第二部分：实验过程记录记录表实验次序颜色水形态水体积V(mL)时间T(s)阀门开度增↑或减↓备注1散开↓直线↓下临界2散开↓直线↓下临界3散开↓直线↓下临界4直线↑散开↑上临界管径d=cm，水温t=℃第三部分：结果与讨论计算表实验次序颜色水形态流量Q=V/T(mL/s)雷诺数Re=KQ阀门开度增↑或减↓备注1散开↓直线↓下临界2散开↓直线↓下临界3散开↓直线↓下临界4直线↑散开↑上临界运动粘度计算常数K==s/cm3孔口、管嘴出流实验一、实验目的要求1．掌握孔口、管嘴出流的流速系数、流量系数、收缩系数、局部阻力系数的量测技能；2．通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口形状对出流能力的影响。二、实验原理Q=εA=μA流量系数μ=收缩系数ε==流速系数===阻力系数ζ=-1三、主要仪器设备及耗材主要实验设备：自循环孔口、管嘴出流实验仪。实验耗材：塑料管、调速器、水桶、秒表等。四、实验方法与步骤1．准备熟悉实验装置，记录有关常数。2．开启水泵。3．打开1#园角管嘴，待水面稳定后，测记水箱水位，用体积法测定流量，测量完毕，先旋转水箱内的旋板，将1#园角管嘴进口盖好，再塞紧橡皮塞。4．依照上法，打开2#直角管嘴，测记水箱水位和流量，观察直角管嘴出流的真空。4．依照上法，打开3#圆锥形管嘴，测记水箱水位和流量以及直角管嘴出流的真空度。5．依照上法，打开4#孔口，测记水箱水位和流量，以及孔口收缩断面直径。6．实验完毕，关闭水泵，清理实验桌面及场地。第二部分：实验过程记录记录表园角管嘴直角管嘴园锥管嘴孔口出口直径d(cm)出口中心高程Z(cm)水面读数Z0(cm)体积V(mL)时间T(s)测管读数H1(cm)———收缩直径dc(cm)———第三部分：结果与讨论计算表园角管嘴直角管嘴园锥管嘴孔口水头H0=Z0-Z(cm)流量Q=V/T(mL/s)面积A=πd2/4(cm2)流量系数µ真空度Hv=Z-H1(cm)———收缩断面Ac=πdc2/4(cm2)———收缩系数ε=A/Ac———流速系数阻力系数ζ明渠流动实验一、实验目的要求1．掌握基本的测速工具（毕托管）和水位测量工具（测针）的性能和使用方法。2．了解比压计的构造、原理，掌握比压计的使用方法。3．掌握通过测量各垂线上的流速、水位，计算明渠断面上的平均流速和流量的方法。4．掌握明渠断面上的流速分布的特征。二、实验原理毕托管、比压计及水槽简图如下图所示。毕托管是由两根同心圆的小管所组成。A管通头部顶端小孔，B管与离头部顶端为3d的断面上的环形孔相通。环形孔与毕托管的园柱表面垂直，因此它所测得的是水流的势能。而A管却正对流向，它所测得的是包括水流动能在内的全部机械能，在比压计上所反映的水面差即为测点的流速水头。为了提高量测的精度，将比压计斜放成角，若两测压管水面之间的读数差为，则有，从而可以求得测点的流速表达式：式中C—流速修正系数，对不同结构的毕托管，其值由率定得之。本实验使用的毕托管，经率定。1．垂线平均流速的计算三点法垂线平均流速：式中—垂线平均流速();—0.2h处点流速(); —0.6h处点流速(); —0.8h处点流速();—水深（）。2．断面平均流速的计算断面平均流速：式中—断面平均流速（）；—第根垂线上的平均流速（）；本实验共设3根垂线，分别距槽壁B/6和B/2处，槽宽B=12cm。—垂线个数。3．流量的计算流量：=式中—流量（）；—断面平均流速（）；—过水断面面积（）。三、主要仪器设备及耗材主要实验设备：明渠流动实验仪。实验耗材：乳胶管、止水夹等。四、实验方法与步骤1．打开水槽的进水阀门。2．用测针测得水深h。在断面上布置3条垂线，每条垂线布置3个测点。3．按所布置的垂线及测点位置逐步进行测量。例如：把毕托管首先放在第一条垂线上，即毕托管中心到槽边壁的距离（）厘米。接着把毕托管放到0.2h处，稍待稳定后，再测读比压计上的读数、，这就完成了第1个测点的工作。然后将毕托管依次放到0.6h、0.8h处，进行流速的测量。其它各条垂线的测量方法与上述步骤相同。测速之前，首先要对毕托管、比压计进行排气。排气方法：从比压计三通管注入有一定压力的水流，使水和空气由毕托管喷出，冲水约3分钟左右将毕托管浸入防气盒静水中。然后打开三通管，在大气压强作用下比压计测管中的水面下降，待降到便于测读的位置时，用止水夹夹紧三通管。此时比压计两测