石大水力学实验指导

《水力学》实验指导

编者：水力学课程组

—0年月

绪言

一、实验的意义和目的：

水力学是一门技术科学，它是力学的一个分支，水力学是以水为主要研究对象。

依据水力学的特点，水力学实验就更有它的重要性。我们知道水力学问题，是个错综复

杂的问题，它的复杂性就在于影响它的因素很多。不只是由理论分析所能解决。有不少水力

学公式都是通过实验而总结出来的。在某些场合，实验就成为解决问题的主要途径。闪此，

水力学实验，无论对从事理论研究或对解决生产实际问题都具有极其重要的意义。

水力学教学实验的目的主要有以下几个方面：

1、观察流动现象，扩大感性认识，提高理论分析的能力。

2、验证力学原理，测定经验系数值，以巩固所学的理论知识。

3、学会使用实验室的基本量测仪器，掌握一定的实验技能。

4、培养分析实验数据、整理实验成果及编写实验报专的能力。

5、培养严谨踏实的科学作风以及爱护国家财产的良好品德。

二、学生实验守则：

1、实验前必须认真进行预习

预习时应仔细阅读实验指导书及有关的教材资料，明确实验的目的、要求和相关的实验

原理，了解操作步骤和有关的仪器设备，做到心中有数，并列绘出实验需要的表格。

2、严肃认真进行实验

到实验室后必须保持安静，不得谈笑喧哗，不准吸烟，不准乱动与本实验无关的设备。

实验前应先组成小组，由小组长负责召集本组同学讨论试验步骤及量测项目，并进行分工轮

换，以便有条不紊和协调一致地进行实验。实验时应按指导书的要求，全神贯注地按步骤进

行操作，并注意多观察水流现象，多思考分析问题，及时记录实验原始数据。

3、保持良好的科学作风

实验时，应尊重原始实验数据，不得任意更改。实验后，应进行必要的检查和补充，经

指导教师同意后，方能离开实验室。实验课程完成后，应及时整理实验数据，绘制所要求的

关系曲线和认真编写实验报告，按时上交批改。

4、遵守规章制度，爱护国家财产

实验时必须遵守实验室各项规章制度，服从教师和实验人员的指导，严格遵守操作规程，

如发生事故或损坏设备，应立即向指导教师和实验人员报告，杳清责任，按学校有关规定赔

偿和处理。实验中特别注意人身和仪器设备的安全，尽量保持场地的整洁卫生，实验完毕后

必须将场地打扫干净，仪器设备按原状整理好。切勿往心中扔脏物废纸，以保持循环△流的

清洁。

三、水力学实验报告的撰写要求：

1、实验报告一般应包括以下内容：

（1）实验的目的和要求；

（2）实验设备简图；

（3）水流现象描述及实验原始记录；

（4）实验成果的整理计算和按要求绘制关系曲线图；

（5）分析讨论回答思考题并提出结论和问题；

2、按上述内容要求认真编写实验报告。实验指导书上所写的原理，仪器设备说明及注意

事项不必重新抄写。

3、实验报告必须每人独立完成一份，并按时上交。，艮告书一律用16开纸书写，要求文

字通顺，字迹清楚，表格曲线必须应用相应的工具绘制，实验曲线应画在方格纸或对数纸上。

4、实验报告经教师批改发回后，应认真阅读及时改正。不合格的需要重写实验报告或重作实

验。实验报告应妥为保管，学期结束时按需要集中整理上交，以备进行考

目录

（一）水静力学实验....................................1

（二）能量方程（伯诺里方程）实验........................6

（三）动量定律实验...................................10

（四）毕托管测速实验.................................14

（五）雷诺实验.......................................17

（六）文丘里流量计实验...............................19

（七）沿程水头损失实验...............................22

（八）局部水头损失实验...............................27

（九）孔口与管嘴出流实验.............................30

（十）水面曲线实验...................................33

（十一）堰流实验.....................................37

（十一）水跃实验.....................................43

（十三）消能池实验...................................47

（十四）消能坎（墙）实验...............................51

（十五）挑流消能实验.................................55

(-)水静力学实验

一、实验目的要求

1、掌握用测压管测最静水压强的技能；

2、验证不可压缩水静力学基本方程；

3、通过对诸多水静力学现象的实验分析研讨，进一步提高解决静力学实际问题的能力。

二、实钻装置

本实验的装置如图1.1图示

-

二

二

二

二

U

图1.1水静力学实验装置图

1.测压管；2.带标尺测压管；3.连通管；4.真空测压管；5.U型测压管；6.通气阀；7.加压汀气球;

8.截止阀；9.油柱；10.水柱；II.减压放水阀。

说明

1、所有测管液面标高均以标尺(测压管2)零读数为基准；

2、仪器铭牌所注▽"、▽。系测点B、C、力标高；若同时取标尺零点作为静力学

基本方程的基准，则VQ亦为ZQZC、ZD：

3、本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。

三、实验原理

1、在重力作用下不可压缩水静力学基本方程

z+—=const

Y

或〃二〃()+初(1.1)

式中：Z——被测点在基准面以上的位置高度；

P——被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；

/X）——水箱中液面的表面压强；

/----液体容量；

h——被测点液体深度。

另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等玉面可得油的比重S。有下列关系:

九二%

(1.2)

九%+h

据此可用仪器（不用另外尺）直接测得

四、实验方法与步骤

1、搞清仪器组成及其用法。包括：

1）各阀门的开关；

2）加压方法关闭所有阀门（包括截止阀）。然后用打气球充气。

3）减压方法开启筒底阀II放水；

*该式推导如下：

当U型管中水面与油水面齐平（图1.2）,取其顶面为等压面，有

Poi=rwhi=r（,H（l.a）

另当U型管中水面和油面齐平（图1.3）,取其油水界面为等压面，则有

Po2+r“H=roH又是P02=-rwli2=r»H-rwH（I.b）

由（La）、（l.b）两式联解可得:

H=hi+h2

代入式（La）得：

九二九

(l.c)

J4+h2

表1.1液体抑压强测量记录及计算表单位:cm

压强水头测压管水头

实险条件次序水箱液面▽(,测压管液而^=V-V^2.=v_v

H0"=▽v-Vvvv

«R—=VW-VCw1)小生zQ

rrrrr

Pb=C1

1

P»C2

3

PKC1

(其中一次

P"s2

注：表中基在面选在.Ze-cmZr＞一5]

表1.2油容里测量记录及计算表单位：cm

水^液面标利定管液面标

26=_万—

条件次序风=NH-V＜、hi〃2=▽“一▽〃hi

尺诙数尺读数▽〃大hl+hl

RM1

flu型管中水面与2

油水交界面齐平

3So=

zv=JN/cm5

RxO1

且U型管中水面2

与油面在平3

4）检查仪器是否密封加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏

气，应查明原因并加以处理。

2、记录仪器号Na及各常数（记入表1.1）。

3、量测点静压强（各点压强用厘米水柱高表示）。

1）打开通气阀6（此时〃（）=（））,记录水箱液面标高V。和测管2液面标高

▽〃（此时

2）关闭通气阀6及截止阀8,加压使之形成%>0,测记V。及；

3）打开放水阀II,使之形成益<0（要求其中一次&•<（）,即<▽》,测记V。及V"。

/

4、测出4#测压管插入小水杯中的深度。

5、测定油比重S。。

I）开启通气阀6,测记▽（）；

2）关闭通气阀6,打气加压（4>0）,微调放气螺母使U形管中水面与油水交界面齐

平（图1.2）,测记V。及V”（此过程反复进行3次）；

3）打开通气阀，待液面稳定后，关闭所有阀门；然后开启放水阀11降压（p0<0）,

使U形管中的水面与油面齐平（图L3）,测记▽。及（此过程亦反复进行3次）。

五、实验成果及要求：

1、记录有关常数。实验装置台号

各测点的标尺读数为：

y

V„=cmVc=cm,VD=cm,y（t）=N/cm

*o

2、分别求出各次测量时，A、B、C、。点的压强，并选择一基准检验同一静止液体的

任意二点C、。的£+上|矩否为常数。

IY）

3、求出油的容量。九=NIcm，

4、测出4#测压管插入小水杯水中深度。△〃4=cm。

六、实验分析与讨论

1、同一静止液体内的测管水头线是根什么线？

2、当心＜0时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。

3、若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定汽。

4、如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？

5、过。点作一水平面，相对管I、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？

哪一部分液体是同一等压面？

☆6、用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？

☆7、该仪器在加气增压后，水箱液面将下降3而测压管液面将升高方，实验时，若以

%=0时的水箱液面作为测量基准，试分析加气增压后，实际压强("+6)与视在压强，的

相对误差值。本仪器测压管内径为0.8。%,箱体内径为287〃。

（二）能量方程（伯诺里方程）实验

一、实验目的要求

1、验证液体恒定总流的能量方程；

2、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能

量转换特性；

3、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。

二、实验装置

本实验的装置如图2.1所示。

7、测压计：8、滑动测量尺：9、测压管；10、实验管道：11、测压点：【2、毕托管：13、实验流量调节阀。

说明

本仪器测压管有两种：

1、毕托管测压管（表2.1中标*的测压管），用以测读毕托管探头对准点的总水头

22

HX=z+^-+—）,须注意i般情况下，'与断面总水头，（=z+K+2-）不同（因一般

72g72g

“WD），它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；

2、普通测压管（表2」未标*者），用以定量量测测压管水头。

实验流量用阀13调节，流量由体积时间法（量简、秒表另备）、重量时间法（电子称另

备）或电测法测显（以下实验类同）。

三、实验原理

在实验管路中沿管内水流方向取〃个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i）

的能量方程式（i=2,3,……，n）

rPl白山：rPi4炉,

乙+乙+”=z,+上+$+//卬〜

y2gy2g

=a2=...an=\,选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出Z+"值，测出通

y

2

过管路的流最，即可计算出断面平均流速u及丝-,从而即可得到各断面测管水头和总水头。

2g

四、实验方法与步骤

I、熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能

的区别。

2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否

齐平。如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。

3、打开阀13,观察思考I）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）测点（2）、（3）测管水头同否？为什么？4）测点（12）、（13）测

管水头是否不同？为什么？5）当流量增加或减少时测管水头如何变化？

4、调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流最（毕托

管供演示用，不必测记读数）。

5、改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。

五、实验成果及要求

1、记录有关常数实验装置台号NO.

均匀段Q=cm缩管段。2=cm扩管段c,n

水箱液面高程▽（）二cm上管道轴线高程cm

⑵标“”者为毕托管测点（测点编号见图2.2）。

⑶测点2、3为直管均匀流段同一断面上的两个测压点，10、11为弯管非均匀流段同一断面上的两个测点。

2、量测（Z+K）并记入表2.2。

/

表2.2测记（Z+2）数值表

（基准面选在标尺的零点上.）单位：67〃

Y

测点Q

234579101113151719

编号

实1

验

2

次

数3

3、计算流速水头和总水头

4、绘制上述成果中最大流量下的总水头线E-E和测压管水头线P-P。（轴向尺寸参见图

2.2,总水头线和测压管水头线可以绘在图2.2上）。

提示：

1、2P线依表2.2数据绘制，其中测点10、11、13数据不用：

2、6E线依表2.3（2）数据绘制，其中测点10.II数据不用：

3、在等直径管段E-E与P-P线平行。

图2.2

六、成果分析及讨论

1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？

2、流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？

3、测点2、3和测点10、II的测压管读数分别说明了什么问题？

☆4、试问避免喉管（测点7）处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬高

或降低水箱的水位）对喉管压强的影响情况。

5、毕托管所显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都略有差异，试分析其原因。

表2.3计算数值表

（I）流速水头

Q=(cm%)Q=(cm%)Q=(cm'/s)

管径d

v2v2v2

(cm)AVzAV石AV短

(cm2)(cm/。(cm2)(cm/s)(cin2)(cm/s)

(cm)(cm)(cm)

（2）总水头（Z+以+丝-）单位：cin

「2g

Q

测点编号

(cniVs)

1

实

验

2

次

数

3

（三）动量定律实验

一、实验目的要求

1、验证不可压缩液体恒定流的动量方程；

2、通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研讨，进一步学

握液体动力学的动量守恒定理.：

3、了解活塞式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、实验装置

6、管嘴；7、集水箱；8、带活塞的测压管：9、带活塞和翼片的抗冲平板：10、上回水箱。

自循环供水装置1由离心式水泵和蓄水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节均由

调速器3控制。水流经供水管供给恒压水箱5,溢流水经回水管流回蓄水箱。流经管嘴6的水

流形成射流，冲击带活塞和翼片的抗冲平板9,并以与入射角成90°的方向离开抗冲平板。

抗冲平板在射流冲力和测压管8中的水压力作用下处于平衡状态。活塞形心水深心可由测压

管8测得，由此可求得射流的冲力，即动量力尸。冲击后的弃水经集水箱7汇集后，再经上

回水管10流出，最后经漏斗和下回水管流回蓄水箱。

为了自动调节测压管内的水位，以使带活塞的平板受力平衡并减小摩擦阻力对活塞的影

响，本实验装置应用了自动控制的反馈原理和动摩擦减阻技术，其构造如下：

带活塞和翼片的抗冲平板9和带活塞套的测压管8如图3.2所示，该图是活塞退出活塞套

时的分部件示意图。活塞中心设有一细导水管小进I」端位于平板中心，出I」端伸出活塞头部，

出口方向与轴向垂直。在平板上设有翼片〃，活塞套上设有窄槽c-

17

图3.2

图3.3

工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管。向测压管内加水。当射流冲击力天于测

压管内水柱对活塞的压力时，活塞内移，窄槽C关小，水流外溢减少，使测压管内水位升高,

水压力增大。反之，活塞外移，窄槽开大，水流外溢增多，测管内水位降低，水压力减少。

在恒定射流冲击下，经短时段的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。这时

活塞处在半进半出、窄槽部分开启的位置上，过。流进测压管的水量和过c外溢的水量相等。

由于平板上设有翼片〃，在水流冲击下，平板带动活塞旋转，因而克服了活塞在沿轴向滑移时

的静摩擦力。

为验证本装置的灵敏度，只要在实验中的恒定流受力平衡状态下，人为地增减测压管中

的液位高度，可发现即使改变量不足总液柱高度的±5%。（约），活塞在旋转下亦能

有效地克服动摩擦力而作轴向位移，开大或减小窄槽C,使过高的水位降低或过低的水位提高,

恢复到原来的平衡状态。这表明该装置的灵敏度高达0.5%,亦即活塞轴向动摩擦力不足总动

量力的5%。。

三、实验原理

恒定总流动量方程为_

F=pQGs-Bo）

取脱离体如图3.3所示，因滑动摩擦阻力水平分力£<0.5%七,可忽略不计，故工方向的动

量方程化为

2

%=_p,A=-yhc^D=pQ（0-4必,）

即4@4「沙万=0

式中：he——作用在活塞形心处的水深；

D一一活塞的直径；

Q---射流流量：

uix一一射流的速度；

B\——动量修正系数。

实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深儿，由给定的管嘴直径4和活

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塞直径。，代入上式，便可率定射流的动量修正系数4值，并验证动量定律。其中，测压管

的标尺零点已固定在活塞的园心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞园心处的水深。

四、实验方法与步骤

1、准备熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能，记录有关常数。

2、开启水泵打开调速器开关，水泵启动2~3分钟后，关阀2~3秒钟，以利用向水排

除离心式水泵内滞留的空气。

3、调整测压管位置待恒压水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求

测压管垂直、螺丝对准十字中心，使活塞转动松快。然后旋转螺丝固定好。

4、测读水位标尺的零点已固定在活塞园心的高程上。当测压管内液面稳定后，记下

测压管内液面的标尺读数，即乙值。

5、测最流最用体积法或重最法测流量时，每次时间要求大于20秒，若用电测仪测

流量时，则须在仪器量程范围内。均需重复测三次再取均值。

6、改变水头重复实验逐次打开不同高度上的流水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节

调速器，使溢流量适中，存水头稳定后，按3-5步骤重复进行实验。

7、验证%、工0,对匕的影响取下平板活塞，使水流冲击到活塞套内，调整好位置，使

反射水流的回射角度一致，记录回射角度的目估值、测压管作用水深片和管嘴作用水头“”。

五、实验成果及要求

1、记录有关常数。实验装置台号Mz

管嘴内径4=cm,活塞直径cm<,

2、设计实验参数记录、计算表，并填入实测数据。

3、取某一流量，绘出脱离体图，阐明分析计算的过程。

六、实验多析与讨论

1、实测耳（平均动量修正系数）与公认值（4=1.02〜1.05）符合与否？如不符合，

试分析原因。

2、带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿工方向的动

量方程有无影响？为什么？

3、通过细导水管的分流，其出流角度与％相同，对以上受力分析有无影响？

4、滑动摩擦力人为什么可以忽略不计？试用实验来分析验证赤的大小，记录观察结果。

（提示：平衡时.，向测压管内加入或取出1如〃左右深的水，观察活塞及液位的变化）

5、匕*若不为零，会对实验结果带来什么影响？试结合实验步骤7的结果予以说明。

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（四）毕托管测速实验

一、实验目的要求

1.通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；

2.了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其景测精度，进一步明确传统液体力学

量测仪器的现实作用。

二、实验装置

本比验的装置如图4.1所示。

图4.1毕托管实验装置图

1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器：4.水位调节阀；5.恒压水箱；6.管嘴:

7.毕托管；8.尾水箱与导轨；9.测压管：10.测压计；11.滑动测量尺（滑尺）：12.上回水管.

说明

经淹没管嘴6,将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值，测压

计10的测压管I、2用以测量高、低水箱位置水头，测压管3、4用以测量毕托管的全压水头

和静压水头，水位调节阀4用以改变测点的流速大小。

三、实验原理

M=cj2g△/?=ky[Xh

k=Cy{2g（4.1）

式中〃一一毕托管测点处的点流速；

c一一毕托管的校正系数；

A/?一一毕托管全压水头与静水压头差。

u=(4.2)

20

联解上两式可得C=chhL\H（43）

式中〃一一测点处流速，由毕托管测定；

（P'——测点流速系数：

一一管嘴的作用水头。

四、实验方法与步骤

I、准备3）熟悉实验装置各部分名称、作用性能，搞清构造特征、实验原理。（方）用医

塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。（c）将毕托管对准管嘴，距离

管嘴出口处约2~3°m上紧固定螺丝。

2、开启水泵顺时针打开调速器开关3,将流量调节到最大。

3、排气待上、下游溢流后，用吸气球（如医用洗耳球）放在测压管口部抽吸，排除

毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平，液面不齐

平可能是空气没有排尽，必须重新排气。

4、测记各有关常数和实验参数，填入实验表格。

5、改变流速操作调节阀4并相应调节调速器3,使溢流量适中，共可获得三个不同

恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量。

6、完成下述实验项目：

⑴分别沿垂向和沿流向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布；

⑵在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6〜10倍以内时，误差在2~5%以上，

不宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。

7、实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。

五、实验成果及要求

实验台号No

表4.1记录计算表校正系数c=,k=（7«05/S

上、下游水位计毕托管测压计

测点流速

测点流速系数

实验u=kyf^h

测次h\hiAH加luA/?(pr=c\lA/?/\H

ancmcmcmcmcm(cnt/a)

六、实验分析与讨论

1.利用测压管测量点R强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？

2.毕托管的动压头M和管嘴上、下游水位差△〃之间的大小关系怎样？为什么？

3.所测的流速系数”说明了什么？

4.据激光测速仪检测，距孔口2~3c〃？轴心处，其点流速系数9,为0.996。试问本实验的

毕托管精度如何？如何率定毕托管的修正系数。？

5.普朗特毕托管的测运范围为0.2~2〃小，流速过小或过大都不宜采用，为什么？另，测速

时要求探头对正水流方向（轴向安装偏差不大于10度），试说明原因（低流速可用倾斜压差计r

21

6.为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的液体测速仪器？

22

（五）雷诺实验

一、实验目的要求

1、观察层流、紊流的流态及其转换特征；

2、测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；

3、学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。

二、实验装置

本实验的装置如图5.1所示。

图5.1自循环雷诺实验装置图

1、自循环供水器：2、实验台：3、可控硅无级调速器：4、恒压水箱；5、有色水水管：6、

稳水孔板：7、溢流板；8、实验管道；9、实验流量调节阀。

供水流量由无级调速器调控使恒压水箱4始终保持微溢流的程度，以提高进口前水体稳

定度。本恒压水箱设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3-5分钟,有色水经有色水水管5

注入实验管道8,可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水采用自行

消色的专用色水。

三、实验原理

LW4Q4

R,.=—=—=KQ；K=—

vjvdv7tav

四、实验方法与步骤

1、测记本实验的有关常数。

2、观察两种流态。

打开开关3使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9,并注入颜色水于实验

管内，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转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，观察由素流转变为层流的水力特征。

23

3、测定下临界雷诺数。

⑴将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减少。当流量调节到使

颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态：

⑵待管中出现临界状态时，用体积法或电测法测定流量；

⑶根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2320）比较，偏离过大，需重测；

⑷重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重组测量不少于三次；

⑸同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。

注意：

〃、每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；

从关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；

c、随出水流量减少，应适当调小开关（右旋），以减少溢流量引发的扰动。

4、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，当色水线刚开始散开时，即为上临界

状态，测定上临界雷诺数1〜2次。

五、实验成果及要求

1、记录、计算有关常数：实验装置台号一

管径d=cm,水温r=C

0.01775

运动粘度v==cm1Is

1+0.0337/+0.000221/2

计算常数K=s/crri3

2、整理、记录计算表

表5.1

实验

颜色水线,体积时间流量雷诺数阀门开度增备

次序

形态V(c〃J)小）Q(c〃r%)Re（t）或减（1）注

实测下临界雷诺数（平均值）Ree=

注：颜色水形态指：卷定立线，稳定略弯曲、旋转、断续，直线抖动，完全散开等。

六、实验分析与讨论

☆1、流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？

2、为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据？实

测下临界雷诺数为多少？

3、雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数为2320,而目前一般教科书中介绍采用的下临

界雷诺数为2000,原因何在？

4、试结合紊动机理实验的观察，分析由层流过渡到紊流的机理何在？

5、分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？

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（六）文丘里流量计实验

一、实验目的要求

1、通过测定流量系数，掌握文丘里流量计量测管道流量的技术和应川气一水多管压差计

量测压差的技术；

2、通过实验与量纲分析，了解应用量纲分析与实验结合研究水力学问题的途径，进而掌

握文丘里流量计的水力特性。

二、实验装置

本实验的装置如图6.1所示。

图6.1文丘里流量计实验装置图

1、白循环供水器；2、实验台：3、可控硅无级调速器：4、恒压水箱：5、溢流板：6、稳水

孔板：7、文丘里实验管段；8、测压计气阀：9、测压计：10、滑尺；11、多管压差计；12、

实验流量调节阀。

在文丘里流量计的两个测量断面上，分别有4个测压孔与相应的均压环连通，经均压环

均压后的断面压强由气一水多管压差计9测量（亦可用电测仪量测，详参P23）。

三、实验原理

根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用时的文氏管过水能力关系

与；______________________________

Q'=一14J2g［（4+pJ=）—（Z2+P2/y）l=KE

一（4）4-1

△h-(Z)+—)—(Z2+9~)

y■/

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式中，M为两断面测压管水头差。

由于阻力的存在，实际通过的流量0恒小于Q'。今引入一无量纲系数〃=Q/Q'（〃称

为流量系数），对计算所得的流量值进行修正。

即Q=〃Q'=小屈i

另，由水静力学基本方程可得气一水多管压差计的M为

△〃=4-〃2+4-%

四、实验方法与步骤

1、测记各有关常数。

2、打开电源开关，全关阀12,检核测管液面读数九一色+"一九是否为0,不为0时，

需查出原因并予以排除。

3、全开调节阀12检查各测管液面是否都处在滑尺读数范围内？否则，按卜列步序调节：

拧开气阀8/将清水注入测管2、3/待〃2=4^24。%找开电源开关充水/待连通管无气泡，

渐关阀12,并调开关3/至4=%n28.5cm,即速拧紧气阀8。

4、全开调节阀门，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数九、后、"、例，并用秒表、

量筒测定流量。

5、逐次关小调节阀，改变流量7~9次，重复步骤4,注意调节阀门应缓慢。

6、把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。

7、如测管内液面波动时，应取时均值。

8、实验结束，需按步腺2校核压差计是否回零。

五、实验成果及要求：

1、记录计算有关常数。实验台号No

4=cm,d2=cm,水温t=℃,

v=cm2Is,

水箱液面标尺值Vo=管轴线高程标尺值▽=cmo

2、整理记录计算表。

表6.1记录表

次测压管读数（cm）

水量测量时间

序h\In加加

(cm3)（5）

(cm)(cm)(cm)(cm)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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表6.2计算表K=cnr5/s

AA=Q'=

次Q

序(a/P/s)(%—力2+—44)以

(cm)(c/w3/s)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

3、用方格纸绘制Q~△力与6」〃曲线图。分别取△/!、u为纵坐标（绘法参P25附录7』）。

六、实验分析与讨论

1、本实验中，影响文丘里管流量系数大小的因素有哪些？哪个因素最敏感？对本实验的

管道而言，若因加工精度影响，误将（由-0.01）,：，〃值取代上述必值时，本实验在最大流量下的〃

值将变为多少？

2、为什么计算流量。'与实际流量。不相等？

3、试证气一水多管压差计（图6.2）有下列关系：

△/?=（Z,+/A//）-（Z2+p2//）=hA-h2+h3—h4

☆4、试应用量纲分析法，阐明文丘里流量计的水力特性。

5、文氏管喉颈处容易产生真空，允许最大真空度为6~7mHq.工程中应用文氏管时，

应检验其最大真空度是否在允许范围内。据你的实验成果，分析本实验流量计喉颈最天真空

值为多少？

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（七）沿程水头损失实验

一、实验目的要求

1、加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制lg/“〜1gD曲线;

2、掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气一水压差计及电测仪测量压差的方法；

3、将测得的R,〜4关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。

二、实验装置

本实验的装置如图7.1所示。

图7.1自循环沿程水头损失实验装置图

1、自循环高压恒定全自动供水器：2、实验台：3、回水管；4、水压差计；5、测

压计：6、实验管道：7、水银压差仪；8、滑动测量尺；9、测压点；10、实验流量调节阀；

11、供水管与供水阀：12、旁通管与旁通阀：13、稳压筒。

根据压差测法不同，有两种型式：

型式I压差计测压差。低压差用水压差计量测；高压差用水银多管式压差计量测。装

置简图如图7.1所示。

型式H电子量测仪测压差。低压差仍用水压差计量测；而高压差用电子量测仪（简称电

测仪）量测。与型式I比较，该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪（图7.2）所取代。

本实验装置配备有：

1、自动水泵与稳压器

自循环高压恒定全自动供水器由离心泵、自动压力开关、气一水压力罐式稳压器等组成。

压力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因公泵电接向实验管道供水而造成的压

力波动等影响，离心泵的输水是先进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。

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图7.2

1、压力传感器；2、排气旋钮：3、连通管；4、主机

2、旁通管与旁通阀

由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量时有可能时开时停，从而造成供水压力

的较大波动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管（图中未标出），通

过