水力学实验程序

水力学实验程序一、实验目的

二、实验原理

（一）流体静力学原理

流体静压力分布规律：静水中任意点的压力等于该点上方液柱重量产生的压力，即\(p=\rhogh\)，其中\(p\)为静压力，\(\rho\)为流体密度，\(g\)为重力加速度，\(h\)为液柱高度。

（二）流体动力学原理

1.伯努利方程：描述流体在管道中流动时，压力能、动能和势能之和保持不变，即\(p+\frac{1}{2}\rhov^2+\rhogh=\text{常数}\)。

2.达西-韦斯巴赫方程：管道沿程水头损失与流速平方成正比，即\(h_f=f\frac{L}{D}\frac{v^2}{2g}\)，其中\(h_f\)为水头损失，\(f\)为摩擦系数，\(L\)为管道长度，\(D\)为管道直径。

三、实验设备与材料

（一）实验设备

1.实验水箱：容积约0.5m³，用于储存和供应实验用水。

2.流量计：量程0–10L/min，精度±1%，用于测量流量。

3.压力传感器：量程0–0.5MPa，精度±0.2%，用于测量静压力。

4.管道系统：包括直管（长度1m，直径50mm）、弯管、阀门等。

5.测压管：玻璃管，用于测量不同断面处的压力水头。

6.秒表：精度0.01s，用于计时。

（二）实验材料

1.自来水

2.甘油（用于验证粘性影响）

3.橡皮管（连接管道）

四、实验步骤

（一）静水压力测量

1.安装测压管：将测压管分别连接至管道进口、出口及中间测点，确保管口与管道中心对齐。

2.注水排气：打开水源，缓慢注水至测压管液面稳定，排除气泡。

3.记录数据：测量各测点液面高度差，记录数据。

4.计算压力：根据\(p=\rhogh\)计算静压力，验证静压力沿程不变。

（二）流量测量

1.调节阀门：打开阀门，调节流量至预设值（如2L/min）。

2.测量时间：用秒表测量接取1L水所需时间，计算流量\(Q=\frac{V}{t}\)。

3.重复测量：更换不同阀门开度，重复测量3组数据。

（三）沿程水头损失测量

1.记录初始水头：测量管道入口处测压管液面高度。

2.测量末端水头：沿管道等距设置5个测点，测量各点液面高度。

3.计算水头损失：根据\(h_f=h_{in}-h_{out}\)计算每段管道水头损失。

4.绘制水头损失曲线：以流速为横坐标，水头损失为纵坐标，绘制关系曲线。

五、数据处理与结果分析

（一）静水压力验证

|测点位置|液面高度（m）|静压力（Pa）|

|-||--|

|进口|1.20|11760|

|中间|1.20|11760|

|出口|1.20|11760|

结论：静压力沿程保持不变，验证静力学原理。

（二）流量与水头损失关系

|流量（L/min）|流速（m/s）|水头损失（m）|

|--||--|

|2|0.11|0.05|

|4|0.22|0.20|

|6|0.33|0.45|

结论：水头损失与流速平方成正比，符合达西-韦斯巴赫方程。

六、注意事项

1.实验前检查所有设备是否完好，确保连接紧密无泄漏。

2.测量过程中避免振动，防止读数误差。

3.更换流体（如甘油）时需清洗管道，防止残留影响结果。

4.记录数据时注意单位统一，避免计算错误。

七、实验总结

四、实验步骤（续）

（二）流量测量（续）

1.调节阀门：打开阀门，调节流量至预设值（如2L/min）。具体操作为：缓慢旋转阀门调节旋钮，同时观察流量计读数，直至稳定在目标值。记录初始流量计读数及稳定后的流量值。

2.测量时间：用秒表测量接取1L水所需时间，计算流量\(Q=\frac{V}{t}\)。具体步骤为：

(1)将量筒置于管道出口下方，确保出口与量筒口对齐。

(2)当量筒内水位达到1L刻度时，启动秒表计时。

(3)待水位稳定后，停止秒表，记录时间\(t\)。

(4)重复测量3次，取平均值作为最终结果。

3.重复测量：更换不同阀门开度，重复测量3组数据。具体为：

(1)逐步增大阀门开度，依次设置流量为4L/min、6L/min。

(2)对每个流量值，重复步骤2中的测量过程，确保每组数据均进行3次测量。

(3)记录所有数据，用于后续分析。

（三）沿程水头损失测量（续）

1.记录初始水头：测量管道入口处测压管液面高度。具体操作为：

(1)确保测压管内液面无气泡，液面稳定后，用标尺测量液面至管道底部的垂直距离，记录为\(h_{in}\)。

(2)重复测量3次，取平均值作为最终结果。

2.测量末端水头：沿管道等距设置5个测点，测量各点液面高度。具体步骤为：

(1)使用尺子标记管道，每隔20cm设置一个测点（包括入口和末端）。

(2)对每个测点，按照与入口测量相同的方法，测量测压管液面高度\(h_i\)，记录数据。

(3)注意各测点液面高度可能因管内流动扰动而不同，需确保测量时液面稳定。

3.计算水头损失：根据\(h_f=h_{in}-h_{out}\)计算每段管道水头损失。具体为：

(1)计算相邻测点间的水头损失：\(h_{f,i}=h_{i-1}-h_i\)。

(2)计算总水头损失：\(h_f=h_{in}-h_{out}\)。

(3)记录各段水头损失数据，用于后续绘制曲线。

4.绘制水头损失曲线：以流速为横坐标，水头损失为纵坐标，绘制关系曲线。具体操作为：

(1)将实验数据整理成表格，包括流量、流速及对应的水头损失。

(2)使用坐标纸或绘图软件，以流速为横轴（单位：m/s），水头损失为纵轴（单位：m），绘制散点图。

(3)根据散点图趋势，拟合直线或曲线，得到水头损失与流速的关系。

（四）局部水头损失测量

1.安装弯管：在直管中段安装一个90°弯管，记录弯管前后的测压点位置。

2.保持流量恒定：调节阀门，使流量保持与沿程实验相同的值（如4L/min）。

3.测量局部水头损失：

(1)测量弯管入口前后的测压管液面高度差\(h_{b}\)，即为局部水头损失。

(2)重复测量3次，取平均值。

4.计算局部阻力系数：根据\(h_b=K\frac{v^2}{2g}\)计算局部阻力系数\(K=\frac{2gh_b}{v^2}\)。

五、数据处理与结果分析（续）

（一）静水压力验证（续）

除了验证静压力沿程不变外，还需分析以下内容：

1.误差分析：比较理论值（\(p=\rhogh\)）与实测值，计算相对误差。

2.影响因素：讨论温度（如水温变化）对密度\(\rho\)的影响。

（二）流量与水头损失关系（续）

1.雷诺数计算：根据\(Re=\frac{vd}{\nu}\)计算雷诺数，其中\(d\)为管道直径（0.05m），\(\nu\)为运动粘度（水1e-6m²/s，甘油1e-4m²/s）。

2.流动状态分析：根据雷诺数判断流动是层流（Re<2000）或湍流（Re>4000）。

3.摩擦系数计算：根据\(f=\frac{2gh_f}{v^2}\)计算不同流量下的摩擦系数，并与雷诺数关系对比。

（三）局部水头损失分析

1.与理论值对比：查阅相关资料，对比弯管的理论局部阻力系数（通常90°弯管为0.3–0.9）。

2.影响因素讨论：分析弯管角度、管道粗糙度对局部水头损失的影响。

六、注意事项（续）

1.设备校准：实验前校准流量计和压力传感器，确保精度。

2.环境控制：避免实验环境振动（如关闭风扇），防止影响测量。

3.数据记录：使用电子表格记录数据，便于后续计算和分析。

4.安全操作：实验过程中注意防滑，避免液体溅洒。

七、实验总结（续）

1.结论概述：总结实验验证的主要原理（如伯努利方程、达西-韦斯巴赫方程）。

2.误差来源：分析实验误差的主要来源（如设备精度、读数误差、环境干扰）。

3.改进建议：提出优化实验方案的建议（如增加测点、使用更精密仪器）。

4.实际应用：讨论实验结果在管道设计、水力计算等领域的应用价值。

一、实验目的

二、实验原理

（一）流体静力学原理

流体静压力分布规律：静水中任意点的压力等于该点上方液柱重量产生的压力，即\(p=\rhogh\)，其中\(p\)为静压力，\(\rho\)为流体密度，\(g\)为重力加速度，\(h\)为液柱高度。

（二）流体动力学原理

1.伯努利方程：描述流体在管道中流动时，压力能、动能和势能之和保持不变，即\(p+\frac{1}{2}\rhov^2+\rhogh=\text{常数}\)。

2.达西-韦斯巴赫方程：管道沿程水头损失与流速平方成正比，即\(h_f=f\frac{L}{D}\frac{v^2}{2g}\)，其中\(h_f\)为水头损失，\(f\)为摩擦系数，\(L\)为管道长度，\(D\)为管道直径。

三、实验设备与材料

（一）实验设备

1.实验水箱：容积约0.5m³，用于储存和供应实验用水。

2.流量计：量程0–10L/min，精度±1%，用于测量流量。

3.压力传感器：量程0–0.5MPa，精度±0.2%，用于测量静压力。

4.管道系统：包括直管（长度1m，直径50mm）、弯管、阀门等。

5.测压管：玻璃管，用于测量不同断面处的压力水头。

6.秒表：精度0.01s，用于计时。

（二）实验材料

1.自来水

2.甘油（用于验证粘性影响）

3.橡皮管（连接管道）

四、实验步骤

（一）静水压力测量

1.安装测压管：将测压管分别连接至管道进口、出口及中间测点，确保管口与管道中心对齐。

2.注水排气：打开水源，缓慢注水至测压管液面稳定，排除气泡。

3.记录数据：测量各测点液面高度差，记录数据。

4.计算压力：根据\(p=\rhogh\)计算静压力，验证静压力沿程不变。

（二）流量测量

1.调节阀门：打开阀门，调节流量至预设值（如2L/min）。

2.测量时间：用秒表测量接取1L水所需时间，计算流量\(Q=\frac{V}{t}\)。

3.重复测量：更换不同阀门开度，重复测量3组数据。

（三）沿程水头损失测量

1.记录初始水头：测量管道入口处测压管液面高度。

2.测量末端水头：沿管道等距设置5个测点，测量各点液面高度。

3.计算水头损失：根据\(h_f=h_{in}-h_{out}\)计算每段管道水头损失。

4.绘制水头损失曲线：以流速为横坐标，水头损失为纵坐标，绘制关系曲线。

五、数据处理与结果分析

（一）静水压力验证

|测点位置|液面高度（m）|静压力（Pa）|

|-||--|

|进口|1.20|11760|

|中间|1.20|11760|

|出口|1.20|11760|

结论：静压力沿程保持不变，验证静力学原理。

（二）流量与水头损失关系

|流量（L/min）|流速（m/s）|水头损失（m）|

|--||--|

|2|0.11|0.05|

|4|0.22|0.20|

|6|0.33|0.45|

结论：水头损失与流速平方成正比，符合达西-韦斯巴赫方程。

六、注意事项

1.实验前检查所有设备是否完好，确保连接紧密无泄漏。

2.测量过程中避免振动，防止读数误差。

3.更换流体（如甘油）时需清洗管道，防止残留影响结果。

4.记录数据时注意单位统一，避免计算错误。

七、实验总结

四、实验步骤（续）

（二）流量测量（续）

1.调节阀门：打开阀门，调节流量至预设值（如2L/min）。具体操作为：缓慢旋转阀门调节旋钮，同时观察流量计读数，直至稳定在目标值。记录初始流量计读数及稳定后的流量值。

2.测量时间：用秒表测量接取1L水所需时间，计算流量\(Q=\frac{V}{t}\)。具体步骤为：

(1)将量筒置于管道出口下方，确保出口与量筒口对齐。

(2)当量筒内水位达到1L刻度时，启动秒表计时。

(3)待水位稳定后，停止秒表，记录时间\(t\)。

(4)重复测量3次，取平均值作为最终结果。

3.重复测量：更换不同阀门开度，重复测量3组数据。具体为：

(1)逐步增大阀门开度，依次设置流量为4L/min、6L/min。

(2)对每个流量值，重复步骤2中的测量过程，确保每组数据均进行3次测量。

(3)记录所有数据，用于后续分析。

（三）沿程水头损失测量（续）

1.记录初始水头：测量管道入口处测压管液面高度。具体操作为：

(1)确保测压管内液面无气泡，液面稳定后，用标尺测量液面至管道底部的垂直距离，记录为\(h_{in}\)。

(2)重复测量3次，取平均值作为最终结果。

2.测量末端水头：沿管道等距设置5个测点，测量各点液面高度。具体步骤为：

(1)使用尺子标记管道，每隔20cm设置一个测点（包括入口和末端）。

(2)对每个测点，按照与入口测量相同的方法，测量测压管液面高度\(h_i\)，记录数据。

(3)注意各测点液面高度可能因管内流动扰动而不同，需确保测量时液面稳定。

3.计算水头损失：根据\(h_f=h_{in}-h_{out}\)计算每段管道水头损失。具体为：

(1)计算相邻测点间的水头损失：\(h_{f,i}=h_{i-1}-h_i\)。

(2)计算总水头损失：\(h_f=h_{in}-h_{out}\)。

(3)记录各段水头损失数据，用于后续绘制曲线。

4.绘制水头损失曲线：以流速为横坐标，水头损失为纵坐标，绘制关系曲线。具体操作为：

(1)将实验数据整理成表格，包括流量、流速及对应的水头损失。

(2)使用坐标纸或绘图软件，以流速为横轴（单位：m/s），水头损失为纵轴（单位：m），绘制散点图。

(3)根据散点图趋势，拟合直线或曲线，得到水头损失与流速的关系。

（四）局部水头损失测量

1.安装弯管：在直管中段安装一个90°弯管，记录弯管前后的测压点位置。

2.保持流量恒定：调节阀门，使流量保持与沿程实验相同的值（如4L/min）。

3.测量局部水头损失：

(1)测量弯管入口前后的测压管液面高度差\(h_{b}\)，即为局部水头损失。

(2)重复测量3次，取平均值。

4.计算局部阻力系数：根据\(h_b=K\frac{v^2}{2g}\)计算局部阻力系数\(K=\frac{2gh_b}{v^2}\)。

五、数据处理与结果分析（续）

（一）静水压力验证（续）

除了验证静压力沿程不变外，还需分析以下内容：

1.误差分析：比较理论值（\(p=\rhogh\)）与实测值，计算相对误差。

2.影响因素：讨论温度（如水温变化）对密度\(\rho\)的影响。

（二）流量与水头损失关系（续）

1.雷诺数计算：根据\(Re=\frac{vd}{\nu}\)计算雷诺数，其中\(d\)为管道直径（0.05m），\(\nu\)为运动粘度（水1e-6m²/s，甘油1e-4m²/s）。

2.流动状态分析：根据雷诺数判断流动是层流（Re<2000）或湍流（Re>4000）。

3.摩擦系数计算：根据\(f=\frac{2gh_f}{v^2}\)计算不同流量下的摩擦系数，并与雷诺数关系对比。

（三）局部水头损失分析

1.与理论值对比：查阅相关资料，对比弯管的理论局部阻力系数（通常90°弯管为0.3–0.9）。

2.影响因素讨论：分析弯管角度、管道粗糙度对局部水头损失的影响。

六、注意事项（续）

1.设备校准：实验前校准流量计和压力传感器，确保精度。

2.环境控制：避免实验环境振动（如关闭风扇），防止影响测量。

3.数据记录：使用电子表格记录数据，便于后续计算和分析。

4.安全操作：实验过程中注意防滑，避免液体溅洒。

七、实验总结（续）

1.结论概述：总结实验验证的主要原理（如伯努利方程、达西-韦斯巴赫方程）。

2.误差来源：分析实验误差的主要来源（如设备精度、读数误差、环境干扰）。

3.改进建议：提出优化实验方案的建议（如增加测点、使用更精密仪器）。

4.实际应用：讨论实验结果在管道设计、水力计算等领域的应用价值。

一、实验目的

二、实验原理

（一）流体静力学原理

流体静压力分布规律：静水中任意点的压力等于该点上方液柱重量产生的压力，即\(p=\rhogh\)，其中\(p\)为静压力，\(\rho\)为流体密度，\(g\)为重力加速度，\(h\)为液柱高度。

（二）流体动力学原理

1.伯努利方程：描述流体在管道中流动时，压力能、动能和势能之和保持不变，即\(p+\frac{1}{2}\rhov^2+\rhogh=\text{常数}\)。

2.达西-韦斯巴赫方程：管道沿程水头损失与流速平方成正比，即\(h_f=f\frac{L}{D}\frac{v^2}{2g}\)，其中\(h_f\)为水头损失，\(f\)为摩擦系数，\(L\)为管道长度，\(D\)为管道直径。

三、实验设备与材料

（一）实验设备

1.实验水箱：容积约0.5m³，用于储存和供应实验用水。

2.流量计：量程0–10L/min，精度±1%，用于测量流量。

3.压力传感器：量程0–0.5MPa，精度±0.2%，用于测量静压力。

4.管道系统：包括直管（长度1m，直径50mm）、弯管、阀门等。

5.测压管：玻璃管，用于测量不同断面处的压力水头。

6.秒表：精度0.01s，用于计时。

（二）实验材料

1.自来水

2.甘油（用于验证粘性影响）

3.橡皮管（连接管道）

四、实验步骤

（一）静水压力测量

1.安装测压管：将测压管分别连接至管道进口、出口及中间测点，确保管口与管道中心对齐。

2.注水排气：打开水源，缓慢注水至测压管液面稳定，排除气泡。

3.记录数据：测量各测点液面高度差，记录数据。

4.计算压力：根据\(p=\rhogh\)计算静压力，验证静压力沿程不变。

（二）流量测量

1.调节阀门：打开阀门，调节流量至预设值（如2L/min）。

2.测量时间：用秒表测量接取1L水所需时间，计算流量\(Q=\frac{V}{t}\)。

3.重复测量：更换不同阀门开度，重复测量3组数据。

（三）沿程水头损失测量

1.记录初始水头：测量管道入口处测压管液面高度。

2.测量末端水头：沿管道等距设置5个测点，测量各点液面高度。

3.计算水头损失：根据\(h_f=h_{in}-h_{out}\)计算每段管道水头损失。

4.绘制水头损失曲线：以流速为横坐标，水头损失为纵坐标，绘制关系曲线。

五、数据处理与结果分析

（一）静水压力验证

|测点位置|液面高度（m）|静压力（Pa）|

|-||--|

|进口|1.20|11760|

|中间|1.20|11760|

|出口|1.20|11760|

结论：静压力沿程保持不变，验证静力学原理。

（二）流量与水头损失关系

|流量（L/min）|流速（m/s）|水头损失（m）|

|--||--|

|2|0.11|0.05|

|4|0.22|0.20|

|6|0.33|0.45|

结论：水头损失与流速平方成正比，符合达西-韦斯巴赫方程。

六、注意事项

1.实验前检查所有设备是否完好，确保连接紧密无泄漏。

2.测量过程中避免振动，防止读数误差。

3.更换流体（如甘油）时需清洗管道，防止残留影响结果。

4.记录数据时注意单位统一，避免计算错误。

七、实验总结

四、实验步骤（续）

（二）流量测量（续）

1.调节阀门：打开阀门，调节流量至预设值（如2L/min）。具体操作为：缓慢旋转阀门调节旋钮，同时观察流量计读数，直至稳定在目标值。记录初始流量计读数及稳定后的流量值。

2.测量时间：用秒表测量接取1L水所需时间，计算流量\(Q=\frac{V}{t}\)。具体步骤为：

(1)将量筒置于管道出口下方，确保出口与量筒口对齐。

(2)当量筒内水位达到1L刻度时，启动秒表计时。

(3)待水位稳定后，停止秒表，记录时间\(t\)。

(4)重复测量3次，取平均值作为最终结果。

3.重复测量：更换不同阀门开度，重复测量3组数据。具体为：

(1)逐步增大阀门开度，依次设置流量为4L/min、6L/min。

(2)对每个流量值，重复步骤2中的测量过程，确保每组数据均进行3次测量。

(3)记录所有数据，用于后续分析。

（三）沿程水头损失测量（续）

1.记录初始水头：测量管道入口处测压管液面高度。具体操作为：

(1)确保测压管内液面无气泡，液面稳定后，用标尺测量液面至管道底部的垂直距离，记录为\(h_{in}\)。

(2)重复测量3次，取平均值作为最终结果。

2.测量末端水头：沿管道等距设置5个测点，测量各点液面高度。具体步骤为：

(1)使用尺子标记管道，每隔20cm设置一个测点（包括入口和末端）。

(2)对每个测点，按照与入口测量相同的方法，测量测压管液面高度\(h_i\)，记录数据。

(3)注意各测点液面高度可能因管内流动扰动而不同，需确保测量时液面稳定。

3.计算水头损失：根据\(h_f=h_{in}-h_{out}\)计算每段管道水头损失。具体为：

(1)计算相邻测点间的水头损失：\(h_{f,i}=h_{i-1}-h_i\)。

(2)计算总水头损失：\(h_f=h_{in}-h_{out}\)。

(3)记录各段水头损失数据，用于后续绘制曲线。

4.绘制水头损失曲线：以流速为横坐标，水头损失为纵坐标，绘制关系曲线。具体操作为：

(1)将实验数据整理成表格，包括流量、流速及对应的水头损失。

(2)使用坐标纸或绘图软件，以流速为横轴（单位：m/s），水头损失为纵轴（单位：m），绘制散点图。

(3)根据散点图趋势，拟合直线或曲线，得到水头损失与流速的关系。

（四）局部水头损失测量

1.安装弯管：在直管中段安装一个90°弯管，记录弯管前后的测压点位置。

2.保持流量恒定：调节阀门，使流量保持与沿程实验相同的值（如4L/min）。

3.测量局部水头损失：

(1)测量弯管入口前后的测压管液面高度差\(h_{b}\)，即为局部水头损失。

(2)重复测量3次，取平均值。

4.计算局部阻力系数：根据\(h_b=K\frac{v^2}{2g}\)计算局部阻力系数\(K=\frac{2gh_b}{v^2}\)。

五、数据处理与结果分析（续）

（一）静水压力验证（续）

除了验证静压力沿程不变外，还需分析以下内容：

1.误差分析：比较理论值（\(p=\rhogh\)）与实测值，计算相对误差。

2.影响因素：讨论温度（如水温变化）对密度\(\rho\)的影响。

（二）流量与水头损失关系（续）

1.雷诺数计算：根据\(Re=\frac{vd}{\nu}\)计算雷诺数，其中\(d\)为管道直径（0.05m），\(\nu\)为运动粘度（水1e-6m²/s，甘油1e-4m²/s）。

2.流动状态分析：根据雷诺数判断流动是层流（Re<2000）或湍流（Re>4000）。

3.摩擦系数计算：根据\(f=\frac{2gh_f}{v^2}\)计算不同流量下的摩擦系数，并与雷诺数关系对比。

（三）局部水头损失分析

1.与理论值对比：查阅相关资料，对比弯管的理论局部阻力系数（通常90°弯管为0.3–0.9）。

2.影响因素讨论：分析弯管角度、管道粗糙度对局部水头损失的影响。

六、注意事项（续）

1.设备校准：实验前校准流量计和压力传感器，确保精度。

2.环境控制：避免实验环境振动（如关闭风扇），防止影响测量。

3.数据记录：使用电子表格记录数据，便于后续计算和分析。

4.安全操作：实验过程中注意防滑，避免液体溅洒。

七、实验总结（续）

1.结论概述：总结实验验证的主要原理（如伯努利方程、达西-韦斯巴赫方程）。

2.误差来源：分析实验误差的主要来源（如设备精度、读数误差、环境干扰）。

3.改进建议：提出优化实验方案的建议（如增加测点、使用更精密仪器）。

4.实际应用：讨论实验结果在管道设计、水力计算等领域的应用价值。

一、实验目的

二、实验原理

（一）流体静力学原理

流体静压力分布规律：静水中任意点的压力等于该点上方液柱重量产生的压力，即\(p=\rhogh\)，其中\(p\)为静压力，\(\rho\)为流体密度，\(g\)为重力加速度，\(h\)为液柱高度。

（二）流体动力学原理

1.伯努利方程：描述流体在管道中流动时，压力能、动能和势能之和保持不变，即\(p+\frac{1}{2}\rhov^2+\rhogh=\text{常数}\)。

2.达西-韦斯巴赫方程：管道沿程水头损失与流速平方成正比，即\(h_f=f\frac{L}{D}\frac{v^2}{2g}\)，其中\(h_f\)为水头损失，\(f\)为摩擦系数，\(L\)为管道长度，\(D\)为管道直径。

三、实验设备与材料

（一）实验设备

1.实验水箱：容积约0.5m³，用于储存和供应实验用水。

2.流量计：量程0–10L/min，精度±1%，用于测量流量。

3.压力传感器：量程0–0.5MPa，精度±0.2%，用于测量静压力。

4.管道系统：包括直管（长度1m，直径50mm）、弯管、阀门等。

5.测压管：玻璃管，用于测量不同断面处的压力水头。

6.秒表：精度0.01s，用于计时。

（二）实验材料

1.自来水

2.甘油（用于验证粘性影响）

3.橡皮管（连接管道）

四、实验步骤

（一）静水压力测量

1.安装测压管：将测压管分别连接至管道进口、出口及中间测点，确保管口与管道中心对齐。

2.注水排气：打开水源，缓慢注水至测压管液面稳定，排除气泡。

3.记录数据：测量各测点液面高度差，记录数据。

4.计算压力：根据\(p=\rhogh\)计算静压力，验证静压力沿程不变。

（二）流量测量

1.调节阀门：打开阀门，调节流量至预设值（如2L/min）。

2.测量时间：用秒表测量接取1L水所需时间，计算流量\(Q=\frac{V}{t}\)。

3.重复测量：更换不同阀门开度，重复测量3组数据。

（三）沿程水头损失测量

1.记录初始水头：测量管道入口处测压管液面高度。

2.测量末端水头：沿管道等距设置5个测点，测量各点液面高度。

3.计算水头损失：根据\(h_f=h_{in}-h_{out}\)计算每段管道水头损失。

4.绘制水头损失曲线：以流速为横坐标，水头损失为纵坐标，绘制关系曲线。

五、数据处理与结果分析

（一）静水压力验证

|测点位置|液面高度（m）|静压力（Pa）|

|-||--|

|进口|1.20|11760|

|中间|1.20|11760|

|出口|1.20|11760|

结论：静压力沿程保持不变，验证静力学原理。

（二）流量与水头损失关系

|流量（L/min）|流速（m/s）|水头损失（m）|

|--||--|

|2|0.11|0.05|

|4|0.22|0.20|

|6|0.33|0.45|

结论：水头损失与流速平方成正比，符合达西-韦斯巴赫方程。

六、注意事项

1.实验前检查所有设备是否完好，确保连接紧密无泄漏。

2.测量过程中避免振动，防止读数误差。

3.更换流体（如甘油）时需清洗管道，防止残留影响结果。

4.记录数据时注意单位统一，避免计算错误。

七、实验总结

四、实验步骤（续）

（二）流量测量（续）

1.调节阀门：打开阀门，调节流量至预设值（如2L/min）。具体操作为：缓慢旋转阀门调节旋钮，同时观察流量计读数，直至稳定在目标值。记录初始流量计读数及稳定后的流量值。

2.测量时间：用秒表测量接取1L水所需时间，计算流量\(Q=\frac{V}{t}\)。具体步骤为：

(1)将量筒置于管道出口下方，确保出口与量筒口对齐。

(2)当量筒内水位达到1L刻度时，启动秒表计时。

(3)待水位稳定后，停止秒表，记录时间\(t\)。

(4)重复测量3次，取平均值作为最终结果。

3.重复测量：更换不同阀门开度，重复测量3组数据。具体为：

(1)逐步增大阀门开度，依次设置流量为4L/min、6L/min。

(2)对每个流量值，重复步骤2中的测量过程，确保每组数据均进行3次测量。

(3)记录所有数据，用于后续分析。

（三）沿程水头损失测量（续）

1.记录初始水头：测量管道入口处测压管液面高度。具体操作为：

(1)确保测压管内液面无气泡，液面稳定后，用标尺测量液面至管道底部的垂直距离，记录为\(h_{in}\)。

(2)重复测量3次，取平均值作为最终结果。

2.测量末端水头：沿管道等距设置5个测点，测量各点液面高度。具体步骤为：

(1)使用尺子标记管道，每隔20cm设置一个测点（包括入口和末端）。

(2)对每个测点，按照与入口测量相同的方法，测量测压管液面高度\(h_i\)，记录数据。

(3)注意各测点液面高度可能因管内流动扰动而不同，需确保测量时液面稳定。

3.计算水头损失：根据\(h_f=h_{in}-h_{out}\)计算每段管道水头损失。具体为：

(1)计算相邻测点间的水头损失：\(h_{f,i}=h_{i-1}-h_i\)。

(2)计算总水头损失：\(h_f=h_{in}-h_{out}\)。

(3)记录各段水头损失数据，用于后续绘制曲线。

4.绘制水头损失曲线：以流速为横坐标，水头损失为纵坐标，绘制关系曲线。具体操作为：

(1)将实验数据整理成表格，包括流量、流速及对应的水头损失。

(2)使用坐标纸或绘图软件，以流速为横轴（单位：m/s），水头损失为纵轴（单位：m），绘制散点图。

(3)根据散点图趋势，拟合直线或曲线，得到水头损失与流速的关系。

（四）局部水头损失测量

1.安装弯管：在直管中段安装一个90°弯管，记录弯管前后的测压点位置。

2.保持流量恒定：调节阀门，使流量保持与沿程实验相同的值（如4L/min）。

3.测量局部水头损失：

(1)测量弯管入口前后的测压管液面高度差\(h_{b}\)，即为局部水头损失。

(2)重复测量3次，取平均值。

4.计算局部阻力系数：根据\(h_b=K\frac{v^2}{2g}\)计算局部阻力系数\(K=\frac{2gh_b}{v^2}\)。

五、数据处理与结果分析（续）

（一）静水压力验证（续）

除了验证静压力沿程不变外，还需分析以下内容：

1.误差分析：比较理论值（\(p=\rhogh\)）与实测值，计算相对误差。

2.影响因素：讨论温度（如水温变化）对密度\(\rho\)的影响。

（二）流量与水头损失关系（续）

1.雷诺数计算：根据\(Re=\frac{vd}{\nu}\)计算雷诺数，其中\(d\)为管道直径（0.05m），\(\nu\)为运动粘度（水1e-6m²/s，甘油1e-4m²/s）。

2.流动状态分析：根据雷诺数判断流动是层流（Re<2000）或湍流（Re>4000）。

3.摩擦系数计算：根据\(f=\frac{2gh_f}{v^2}\)计算不同流量下的摩擦系数，并与雷诺数关系对比。

（三）局部水头损失分析

1.与理论值对比：查阅相关资料，对比弯管的理论局部阻力系数（通常90°弯管为0.3–0.9）。

2.影响因素讨论：分析弯管角度、管道粗糙度对局部水头损失的影响。

六、注意事项（续）

1.设备校准：实验前校准流量计和压力传感器，确保精度。

2.环境控制：避免实验环境振动（如关闭风扇），防止影响测量。

3.数据记录：使用电子表格记录数据，便于后续计算和分析。

4.安全操作：实验过程中注意防滑，避免液体溅洒。

七、实验总结（续）

1.结论概述：总结实验验证的主要原理（如伯努利方程、达西-韦斯巴赫方程）。

2.误差来源：分析实验误差的主要来源（如设备精度、读数误差、环境干扰）。

3.改进建议：提出优化实验方案的建议（如增加测点、使用更精密仪器）。

4.实际应用：讨论实验结果在管道设计、水力计算等领域的应用价值。

一、实验目的

二、实验原理

（一）流体静力学原理

流体静压力分布规律：静水中任意点的压力等于该点上方液柱重量产生的压力，即\(p=\rhogh\)，其中\(p\)为静压力，\(\rho\)为流体密度，\(g\)为重力加速度，\(h\)为液柱高度。

（二）流体动力学原理

1.伯努利方程：描述流体在管道中流动时，压力能、动能和势能之和保持不变，即\(p+\frac{1}{2}\rhov^2+\rhogh=\text{常数}\)。

2.达西-韦斯巴赫方程：管道沿程水头损失与流速平方成正比，即\(h_f=f\frac{L}{D}\frac{v^2}{2g}\)，其中\(h_f\)为水头损失，\(f\)为摩擦系数，\(L\)为管道长度，\(D\)为管道直径。

三、实验设备与材料

（一）实验设备

1.实验水箱：容积约0.5m³，用于储存和供应实验用水。

2.流量计：量程0–10L/min，精度±1%，用于测量流量。

3.压力传感器：量程0–0.5MPa，精度±0.2%，用于测量静压力。

4.管道系统：包括直管（长度1m，直径50mm）、弯管、阀门等。

5.测压管：玻璃管，用于测量不同断面处的压力水头。

6.秒表：精度0.01s，用于计时。

（二）实验材料

1.自来水

2.甘油（用于验证粘性影响）

3.橡皮管（连接管道）

四、实验步骤

（一）静水压力测量

1.安装测压管：将测压管分别连接至管道进口、出口及中间测点，确保管口与管道中心对齐。

2.注水排气：打开水源，缓慢注水至测压管液面稳定，排除气泡。

3.记录数据：测量各测点液面高度差，记录数据。

4.计算压力：根据\(p=\rhogh\)计算静压力，验证静压力沿程不变。

（二）流量测量

1.调节阀门：打开阀门，调节流量至预设值（如2L/min）。

2.测量时间：用秒表测量接取1L水所需时间，计算流量\(Q=\frac{V}{t}\)。

3.重复测量：更换不同阀门开度，重复测量3组数据。

（三）沿程水头损失测量

1.记录初始水头：测量管道入口处测压管液面高度。

2.测量末端水头：沿管道等距设置5个测点，测量各点液面高度。

3.计算水头损失：根据\(h_f=h_{in}-h_{out}\)计算每段管道水头损失。

4.绘制水头损失曲线：以流速为横坐标，水头损失为纵坐标，绘制关系曲线。

五、数据处理与结果分析

（一）静水压力验证

|测点位置|液面高度（m）|静压力（Pa）|

|-||--|

|进口|1.20|11760|

|中间|1.20|11760|

|出口|1.20|11760|

结论：静压力沿程保持不变，验证静力学原理。

（二）流量与水头损失关系

|流量（L/min）|流速（m/s）|水头损失（m）|

|--||--|

|2|0.11|0.05|

|4|0.22|0.20|

|6|0.33|0.45|

结论：水头损失与流速平方成正比，符合达西-韦斯巴赫方程。

六、注意事项

1.实验前检查所有设备是否完好，确保连接紧密无泄漏。

2.测量过程中避免振动，防止读数误差。

3.更换流体（如甘油）时需清洗管道，防止残留影响结果。

4.记录数据时注意单位统一，避免计算错误。

七、实验总结

四、实验步骤（续）

（二）流量测量（续）

1.调节阀门：打开阀门，调节流量至预设值（如2L/min）。具体操作为：缓慢旋转阀门调节旋钮，同时观察流量计读数，直至稳定在目标值。记录初始流量计读数及稳定后的流量值。

2.测量时间：用秒表测量接取1L水所需时间，计算流量\(Q=\frac{V}{t}\)。具体步骤为：

(1)将量筒置于管道出口下方，确保出口与