《流体力学综合实验》指示书(2014年版)

1、流体力学综合实 验 指 示 书向文英 江岸城市建设与环境工程学院二O一四年十一月目 录实验一 流体静力学实验实验二 不可压缩恒定流能量方程实验实验三 文丘里流量系数校正实验实验四 不可压缩恒定流动量方程实验五 沿程水头损失实验实验六 局部水头损失实验实验七 孔口与管嘴出流实验实验八 雷诺与渗流实验实验九 水面曲线与流动现象演示实验实验十 明渠流动与堰流实验实验一 流体静力学实验1、 实验目的 1、验证静力学的基本方程；2、学会使用测压管与差压计的量测技能；3、理解绝对压强与相对压强及毛细管现象；4、灵活应用静力学的基本知识进行实际工程量测。二、实验原理1、重力作用下不可压缩流体静力学基本方程：

2、 2、静压强分布规律： 式中：z被测点相对于基准面的位置高度； p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0水箱中液面压强； 液体容重； h被测点在液体中的淹没深度。3、等压面原理：对于连续的同种介质，流体处于静止状态时，水平面即等压面。三、实验仪器设备实验仪器：流体静力学实验仪仪器元件：测压管、U型测压管、打气球、通气阀、放水阀、截止阀、量杯流体介质：水、油、气实验装置如图： 流体静力学实验仪4、 实验要求1、熟练并能准确进行测压管的读数；2、控制与测定液面的绝对压强或相对压强；3、分析测定介质容重；4、验证静力学基本方程；5、由等压面原理分析压差值。五、实验步骤与方法 1、熟悉实验装

3、置各部分的功能与作用； 2、打开通气阀，使液面与大气相通。记录水箱液面高程和测压管液面高程。 3、液面增压。关闭通气阀、放水阀、截止阀，用打气球加压，记录水箱液面高程和测压管液面高程，计算各点压强、及各点测压管水头、；继续加压数次并记录计算。 4、液面减压。关闭通气阀和截止阀，打开放水阀放出一定水量后关闭放水阀，记录水箱液面高程和测压管液面高程，计算各点压强、及各点测压管水头、；继续减压数次并记录计算。 5、分别加压三次，使U型测压管中水面与油水交界面齐平，记录水箱液面高程和测压管液面高程并计算其平均值，要求三次差值间的误差2mm。 6、分别减压三次，使U型测压管中水面与油面齐平，记录水箱液面

4、高程和测压管液面高程并计算其平均值，要求三次差值间的误差2mm。 7、计算油容重。六、实验记录及数据处理 1、基本参数：测点标高： cm， cm， cm基准面选在： 测点位能： cm， cm， cm水溶重： N/cm3 2、记录计算：表1 压强水头与测压管水头测量成果表 单位：cm实验条件次数水箱液面高程测压管液面高程压强水头测压管水头1123123表2 油容重测量与计算成果表 单位：cm实验条件次数水箱液面高程测压管液面高程-平均值油容重(N/3）且U型测压管中水面与油水交界面齐平1=23且U型测压管中水面与油面齐平123七、问题及分析 1、在毛细管现象影响下，测压管的读数如何减少误差？ 2

5、、静止流体中，不同断面测压管水头线如何变化？ 3、根据等压面原理，找出几个等压面。 4、当，求出绝对压强与相对压强；当，求出的相对压强、绝对压强和真空值。实验二 不可压缩恒定流能量方程实验一、实验目的1、掌握均匀流的压强分布规律以及非均匀流的压强分布特性；2、验证不可压缩流体恒定流动中各种能量间的相互转换；3、学会使用测压管与测速管测量压强水头、流速水头与总水头；4、了解毕托管测速原理。 二、实验原理1、均匀流断面压强分布规律： 2、不可压缩流体恒定流动能量方程：3、毕托管点流速： 式中：z被测点相对于基准面的位置高度；p被测点的静水压强，为压强水头；p s为滞止点的压强，用相对压强表示；流速

6、水头，为动能修正系数；液体容重；两断面间的水头损失；两断面间的测压管水头差；比托管修正系数。三、实验仪器设备实验仪器：能量方程实验仪仪器元件：自循环供水系统、测压管、测速管、滑动测量尺、放水阀、秒表、水桶、电子秤流体介质：水、气实验装置如图：能量方程实验仪四、实验要求1、掌握均匀流过流断面的测压管水头分布规律；2、分析非均匀流动转弯段上过流断面的测压管水头的变化规律；3、分析测定各断面的压强水头、流速水头与总水头值及其相互转换；4、测定点流速，了解毕托管测速原理；5、绘制测压管水头线和总水头线。五、实验步骤与方法1、 熟悉实验装置各部分的功能，记录有关常数； 2、启动供水系统，检查测压管液面读

7、数并排气；3、全开调节阀，稳定后利用体积时间法测定流量； 4、记录各点测压管水头、测速管值，计算相应水力要素如压强水头、流速水头、总水头、及测压管水头差和总水头差。5、比较均匀流与非均匀流断面的测压管水头值。六、实验记录及数据处理 1、基本参数水箱液面高程： cm，上管道轴线高程 cm，下管道轴线高程 cm管道直径： cm， cm， cm 2、记录计算表1 测点液面读数与断面能量转换记录计算表 单位：cm测点号位置水头Z压强水头测压管水头流速水头总水头H测压管水头差总水头差12345678910111213141516171819体积：V= cm3，测流时间：t= s，流量：Q= cm3/s根

8、据表1数据用方格纸绘制出总水头线H-H和测压管水头线P-P（见下图）。表2 毕托管测速实验记录计算表 单位：cm毕托管测点号6/78/912/1314/1516/1718/19测速管读数测压管读数测点流速水头测点流速（cm/s）体积：V= cm，测流时间：t= s，流量：Q= cm3/s七、问题及分析1、均匀流断面测压管水头、压强分布与非均匀流断面测压管水头与压强分布是否相同？2、实际流体测压管水头沿程是否可以升高？总水头沿程变化如何？各部分能量如何进行转换？3、当流量增加，测压管水头线是否变化？4、如何利用现有的测压管与测速管测量某点的点流速？5、毕托管测定的流速是否准确？原因何在？6、沿程

9、水头损失与局部水头损失如何测定？实验三 文丘里流量系数校正实验一、实验目的1、通过测定流量系数，掌握文丘里流量计测量管道流量的计能；2、掌握复式压差计量测压差的技能。 二、实验原理 1、不可压缩流体恒定流动能量方程： 2、连续性方程： 3、文丘里管流量测量原理： 其中： ， 式中：z被测点相对于基准面的位置高度； p被测点的静水压强，为压强水头；p s为滞止点的压强，用相对压强表示； 流速水头，为动能修正系数； 液体容重；两断面间的水头损失； 两断面间的测压管水头差； K文丘里常数；流量系数。三、实验仪器设备实验仪器： 文丘里实验仪仪器元件：自循环供水系统、文丘里流量计、复式压差计、滑动测量尺

10、、放水阀、秒表、水桶、电子秤流体介质：水、气实验装置如图：文丘里实验仪四、实验要求1、测定管道实际流量；2、绘制流量压差曲线图（Qh）、雷诺数与流量系数曲线图（Rel）。五、实验步骤与方法 1、熟悉实验仪器，记录有关参数。 2、启动电源供水，全开流量调节阀，排除管道内气体；同时观察多管压差计液面是否全部处于滑动测量尺标尺读数范围内，若是则照步骤3继续；若不是则需： 3、关闭流量调节阀，待多管压差计液面稳定后逐次松开压差计上的两气阀，使1、4测管液面大约为28.5cm，2、3测管液面大约为24.5cm后拧紧压差计气阀，然后再全开流量调节阀检查压差计液面直至符合要求为止。 4、校核。关闭流量调节阀

11、，检查多管压差计压差是否为零，即：h=h1-h2+h3-h4=0。由于毛细现象的存在，容许校核时h2mm。 5、全开流量调节阀，待流量稳定后测记流量、压差计读数并记入记录表中。 6、调节流量，照步骤5再测记多次。 7、实验完成后关闭流量调节阀，再次校核压差计压差是否在容许误差以内；若超过则应当排除故障重新实验。确认无误后关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。六、实验记录及数据处理 1、基本参数： 恒定液面高程： cm，管道轴线高程： cm 管道直径： cm， 喉道直径： cm, 水温：T= 运动粘度： cm2/s 雷诺常数： s/cm3，文丘里常数：K= cm2.5/s 2、记录计算： 表1 记录

12、表序号压差计读数（cm）体积V（cm3）时间t（s）h1h2h3h412345678 表2 计算表序号实际流量Q(cm3/s)压差(cm)雷诺数理论流量(cm3/s)流量系数12345678 3、用坐标纸绘制流量压差曲线图（Qh）、雷诺数与流量系数曲线图（Rel）。七、问题及分析1、文丘里喉管中是否产生负压，根据实验如何减少文丘里管中喉管中的负压？最大可能真空有多大？2、文丘里管中流量系数的影响因素有那些？3、为什么实际流量与理论流量不同？何者大？实验四 不可压缩恒定流动量方程实验一、实验目的1、验证不可压缩流体恒定流动量方程；2、灵活应用静力学的基本知识，由测压管推求压力。二、实验原理 不可

13、压缩流体恒定流动量方程： 忽略滑动摩擦阻力，则式左为 式右为： 即： 则： 管嘴流量系数： 式中：D活塞直径；hc活塞形心水深； Q管嘴出流量，即射流流量；管嘴出流流速，即射流流速； 动量修正系数；射流对活塞冲击力； 液体密度。实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深hc，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、实验仪器设备实验仪器：动量方程实验仪仪器元件：自循环供水系统、带活塞的测压管、测压管、水位调节板、秒表、水桶、电子秤流体介质：水实验装

14、置如图：动量方程实验仪四、实验要求1、熟练进行测压管的压力测量，准确读取测压管水位；2、测定孔口、管嘴作用水头，验证孔口与管嘴出流的流量系数；3、观察理解射流与孔口出流的水力现象；4、测定平板的冲击力；5、测定不可压缩流体恒定流的射流冲击力。五、实验步骤与方法1、 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、启动供水系统，打开调速器开关，水泵启动23分钟后，关闭23秒钟，以利用回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

15、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hc值。5、测量流量。利用体积时间法，在上回水管的出口处测量射流的流量，流量时间要求在1520秒以上，可用塑料桶等容器，通过活动漏斗接水，再用量筒测量其体积(亦可用重量法测量)。6、改变水头重复实验。逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按35步骤重复进行实验。7、验证v2=0对Fx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hc和管嘴作用水头H0。6、 实验记录及数据处理 1、基本参数：管嘴直

16、径：d= m，活塞直径：D= m，管嘴形心高程： m 2、记录计算： 记录计算表序号体积V(m3)时间t(s)流量Q（m3/s）活塞作用水头hc（m）射流流速（m/s）动量力（N）动量修正系数管嘴作用水头（m）管嘴流量系数123456七、问题及分析1、动量修正系数是否等于1，为什么？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x方向的动量方程有无影响，为什么？3、滑动摩擦力为什么可以忽略不及？试用实验验证，记录实验结果。实验五 沿程水头损失实验一、实验目的1、加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随流速变化的规律；2、掌握管道沿程阻力系数的量测技术及压差计的量测方法；3、分析

17、沿程阻力系数与雷诺数的关系。二、实验原理1、能量损失： 2、沿程水头损失： 沿程阻力系数： 其中： 层流： 紊流： 式中：沿程水头损失；沿程阻力系数。三、实验仪器设备实验仪器：沿程阻力实验仪仪器元件：自循环供水系统、水气压差计、滑动量尺、电测仪、水封器、秒表、水桶、电子秤流体介质：水、气实验装置如图：沿程阻力实验仪四、实验要求1、测压管水头差测定；2、水温测定并计算雷诺数；3、流量测定；4、沿程阻力系数与损失的计算。五、实验步骤与方法 1、熟悉实验仪器，记录有关参数。 2、打开电测仪电源，预热10min。 3、调试仪器： （1）、全开供水阀和旁通阀，启动水泵供水，然后打开流量调节阀，排净实验管

18、道内气体后关闭流量调节阀。 （2）、松开压力传感器上的两旋钮F1、F2，使之渗水；同时逐根检查并轻弹连通管以排除其中的气体和杂质，排净后拧紧F1、F2。 4、校零： 步骤3完成后，检查压差计压差是否为零（允许误差1mm），若不能达到要求则应再调试直至合格，然后将电测仪读数调至零点备用。 5、层流区量测： （1）、微开流量调节阀，稳定23min后首先以测流时间不少于2min测记流量，然后测记压差计读数和水温； （2）、略微调大流量，照上法再测记24次。 6、层流紊流过渡区量测： （1）、层流区量测完成后，继续调大流量，使压差计压差大约为2cm后以测流时间不少于30s测记流量，然后测记压差计读数和

19、水温； （2）、继续调大流量，使压差计大致以每次递增12cm压差后再照上法测记24次。 7、紊流光滑区量测： （1）、层流紊流过渡区量测完成后，首先关闭连通管上下游止水夹，然后全开流量调节阀，以约15s时间测记流量、测记电测仪读数和水温； （2）、逐步关小旁通阀，使电测仪读数每次递增100150cm直至旁通阀全部关闭，再照上法测记35次（随着流量的增大，测流时间相应缩短）。 8、测试完成后，先将旁通阀全部打开，然后关闭流量调节阀，再开启上下游止水夹，重新校核；无误后关闭水泵电源和电测仪开关，将仪器恢复到实验前状态。六、实验记录及数据处理 1、基本参数： 管道直径： d= cm ； 实验段长度：

20、L= cm 计算常数：= cm5/s2 2、记录计算：序号体积V(cm3)时间t(s)流量Q(cm3/s)流速(cm/s)水温T()粘度(cm2/s)雷诺数Re压差计读数（cm）沿程阻力损失(cm)沿程阻力损失系数Re<2320h1h212345678910 3、绘制lglghf曲线，并确定直线斜率。七、问题及分析1、为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失?如实验管道安装成倾斜，是否影响实验成果?2、据实验资料判别本实验的流动型态和流区；3、实际钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动，大多为紊流阻力平方区，其原因何在?4、管道的当量粗糙度如何测得?5、本次实验结果与

21、莫迪图吻合与否?试分析其原因。实验六 局部水头损失实验一、实验目的1、掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；2、验证圆管突然扩大局部阻力系数公式及突然缩小局部阻力系数经验公式；3、加深对局部阻力损失机理的理解。二、实验原理 1、能量守恒： 2、突然扩大： 实测： 其中： 理论（包达公式）： ， 3、突然缩小： 实测： 其中： ， 经验： ， 式中：沿程水头损失；沿程阻力系数；局部阻力系数局部水头损失； 三、实验仪器设备实验仪器：局部阻力实验仪 仪器元件：自循环供水系统、测压管、滑动量尺、秒表、水桶、电子秤流体介质：水、气实验装置如图： 局部阻力实验仪四、实验要求1、测压管水头测定；2、局部

22、阻力系数与损失的测定。五、实验步骤与方法 1、熟悉实验仪器，记录有关参数。 2、打开电源供水，待恒压水箱溢流后全开流量调节阀，排除实验管道内气体；排净后关闭调节阀，检查测压管液面是否齐平（允许误差1mm）。 3、全开流量调节阀，待流量稳定后测记流量、测压管液面读数。注意：扩大管道中2、3、4点测压管液面读数应反应h2h3h4,不可相等，更不可后点测管读数大于前点测管读数；且hf2-3hf3-4。 4、调节流量4次，照步骤3再行测试。 5、关闭流量调节阀，再次检查测压计液面是否齐平，若否，需重新实验；若是，关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。六、实验记录及数据处理 1、基本参数：管道直径：d1=

23、cm；d2=d3=d4= cm；d5=d6= cm测点间距：L1-2=12cm；L2-3=24cm；L3-4=12cm；L4-b=6cm；Lb-5=6cm；L5-6=6cm局部阻力系数（理论、经验）： ， 2、记录计算：表1 局部水头损失数据记录表 单位：cm序号体积V(cm3)时间t(s)流量Q（cm3/s）测压管读数12345612345表2 局部水头损失计算表 单位：cm阻力形式序号流量Q（3/s）前断面后断面前后断面沿程阻力损失实测局部阻力损失实测局部阻力系数理论局部阻力损失总水头H总水头H突然扩大12345突然缩小12345七、问题及分析 1、结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条

24、件下的局部损失大小关系； 2、不同Re的突扩是否相同? 3、在管径比变化相同的条件下，其突扩是否定大于突缩？ 4、结合流动仪演示的水力观象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突缩局部损失阻力损失的主要部位在哪里?怎样减小局部阻力损失?实验七 孔口与管嘴出流实验一、实验目的1、通过对不同孔口与管嘴出流流量系数分析，了解进口形状对出流能力的影响及相关水力要素对孔口与管嘴出流能力的影响；2、掌握孔口与管嘴出流的流量系数、流速系数、阻力系数、收缩系数及真空度的量测技能。二、实验原理孔口与管嘴出流流量： 流量系数： 收缩系数： 流速系数： 阻力系数： 三、实验仪器设备实验仪器：孔口与管嘴实验仪仪器元件

25、：自循环供水系统、测压管、游标卡尺、防溅旋板、移动触头、秒表、水桶、电子秤流体介质：水实验装置如图： 孔口与管嘴实验仪1. 自循环供水器； 2.实验台；3.可控硅无极调速器； 4.恒压水箱；5.溢流板；6.稳水孔板； 7.孔口管嘴（图内小字标号1#喇叭口管嘴，2#直角进口管嘴，3#锥形管嘴，4#孔口）；8.档水旋板；9.测量孔口射流收缩直径的移动触头；10.上回水槽；11.标尺；12.测压管。四、实验要求1、测定孔口、管嘴作用水头，验证孔口与管嘴出流的流量系数；2、观察理解孔口与出流的水力现象。五、实验步骤与方法 1、熟悉实验仪器，记录有关参数。 2、启动电源供水，待恒压水箱溢流后打开1#圆角

26、管嘴，恒定液面稳定后测记恒定液面高程标尺读数H1、流量Q，完毕后堵塞1#管嘴。 3、依照上法，打开2#管嘴，测记恒定液面高程标尺读数H1及流量Q,观察和量测直角管嘴出流时的真空度，完毕后堵塞2#管嘴。 4、打开3#圆锥形管嘴，测记H1及Q，完毕后堵塞3#管嘴。 5、打开4#孔口，观察孔口出流现象，测定H1及Q，并照下述方法测记孔口收缩断面直径：松开孔口两边的移动触头螺丝，先移动一边触头将其与水股切向接触后旋紧螺丝，再移动另一边触头使之与水股切向接触并旋紧螺丝，然后用档水旋板关闭孔口，用卡尺测量触头间距，即为射流直径。六、实验记录及数据处理 1、基本参数：圆角管嘴：d1= cm , 直角管嘴：d

27、2= cm , 圆锥管嘴：d3= cm , 孔 口：d4= cm 出口高程读数： cm， 出口高程读数： cm， 2、记录计算：记录计算表分类项目1#圆角管嘴2#直角管嘴3#圆嘴管嘴4#孔口水面读数H1（cm）体积V（cm3）时间t（s）流量Q（cm3/s）平均流量Q（cm3/s）作用水头H0（cm）面积A（cm2）流量系数测管读数H2（cm）真空度Hv（cm）收缩直径dc（cm）收缩断面Ac（cm2）收缩系数流速系数阻力系数流股形态流股形式：（1）光滑圆柱；（2）紊散；（3）圆柱形麻花状扭变；（4）具有侧收缩的光滑圆柱；（5）其他形式。七、问题及分析1、分析孔口出流与管嘴出流流量系数的影响因

28、素。实验八 雷诺与达西渗流实验一、实验目的1、观察层流与紊流的流态及其转换特征；2、分析层流与紊流的运动性与动力性特性；3、学习应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义；4、测量样砂的渗透系数k值，掌握特定介质渗透系数的测量技术；5、通过测量透过砂土的渗流流量和水头损失的关系，验证达西定律。二、实验原理1、雷诺数：反映惯性力与粘性力的比值。 ， 2、达西定律：(1)、渗流水力坡度J由于渗流流速很小，故流速水头可以忽略不计。因此总水头H可用测压管水头h来表示，水头损失hw可用测压管水头差来表示，则水力坡度J可用测压管水头坡度来表示： 式中：L为两个测量断面之间的距离（测点间距）；h1与

29、h2为两个测量断面的测压管水头。(2)、达西通过大量实验，得到圆筒断面积A和水力坡度J成正比，并和土壤的透水性能有关，即： 或： 式中：v 渗流断面平均流速； k 土质透水性能的综合系数，称为渗透系数； Q 渗流量； A 圆桶断面面积； hw 水头损失。上式即为达西定律，它表明，渗流的水力坡度，即单位距离上的水头损失与渗流流速的一次方成正比，因此也称为渗流线性定律。达西定律有一定适应范围，可以用雷诺数来表示。其中为渗流断面平均流速；d10为土壤颗粒筛分时占10%重量土粒所通过的筛分直径；为水的运动粘度。一般认为当Re<110时（如绝大多数细颗粒土壤中的渗流），达西定律是适用的。只有在砾石

30、、卵石等大颗粒土层中渗流才会出现水力坡度与渗流流速不再成一次方比例的非线性渗流（Re>110），达西定律不再适应。三、实验仪器与元件实验仪器： 雷诺实验仪、达西渗流实验仪仪器元件：自循环供水系统、颜色水、放水阀、砂、压差计等流体介质：水、颜色水实验装置如图1、2：1、自循环供水器；2、.实验台；3、可控硅无极调速器； 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、流量调节阀 图1 雷诺实验仪1、恒压水箱；2、供水管；3、进水管；4、试验筒；5、试验砂；6、下过滤网；7、 下稳水室；8、进水阀； 9、放空阀；10、蓄水箱；11、水泵 ；12、排气阀；13、上稳水

31、室；14、上过滤网；15、溢流管；16、出水管与出水阀；17、排气嘴；18、压差计；19、滑尺 图2 达西渗流实验仪四、实验要求1、观察层流、紊流的流态；2、测定临界雷诺数，掌握圆管流态的判断准则；3、测量样砂的渗透系数k值，掌握特定介质渗透系数的测量技术；4、通过测量透过砂土的渗流流量和水头损失的关系，验证达西定律。五、实验步骤与方法(一)、雷诺实验：1、熟悉实验装置各部分功能，记录有关参数；2、观察两种流态。启动电源使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀，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

32、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，观察由紊流转变为层流的水力特征。 3、测定下临界雷诺数。 (1)、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小。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； (2)、待管中出现临界状态时，用体积法测定流量； (3)、根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值(2000)比较，偏离过大，需重测； (4)、重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次； (5)、同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。 4、测定上临界雷诺数。 逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊

33、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12次。注意：(1)、每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟。(2)、关小阀门过程中，只许逐渐关小，不许再调大；反之亦然。(3)、在临界点附近，为减少流动引发的扰动，可适当调小开关(右旋)，但需保证溢流的存在。 （二）、渗流实验：1、熟悉实验装置各部分功能，记录有关参数； 2、旋开顶部排气嘴12及进水阀8，关闭出水阀16、放空阀9及连通软管上的管夹；开启水泵对恒压水箱供水，待水慢慢浸透装砂圆筒内全部砂体，并且使上稳水室完全充水之后，关闭排气阀12。 3、压差计排气。完成上述步骤2后，即可松开两连通软管上的管夹，打开压差计顶部排气嘴旋钮进行排

34、气，待两测压管内分别充水达到半管高度时，迅速关闭排气嘴旋钮即可。静置数分钟，检查两测压管水位是否齐平，如不齐平，需重新排气。 4、测流量。全开进水阀和出水阀，待出水流量恒定后，测流量。5、测压差。测读压差计水位差。6、测水温。用温度计测量实验水体的温度。7、实验结束。为防止试验筒内进气，应先关闭进水阀门8、出水阀16、排气嘴12，再关闭水泵。6、 实验记录及数据处理(一)、雷诺实验：1、基本参数：管道直径： d= cm 水温：T= 运动粘度： cm2/s雷诺计算常数： s/cm32、记录计算：序号有色水形态体积V(cm3)时间t(s)流量Q(cm3/s)雷诺数阀门开度增或减（）（） 备注 12

35、345实测下临界雷诺数（平均值）有色水形态指：稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续、完全散开等。（二）、渗流实验：1、基本参数：测点间距：L = cm；砂筒直径：D= cm； 2、记录计算：次序测点压差（cm）水力坡度J流量Q砂筒面积A（cm2）流速v(cm /s)渗透系数k(cm/s)水温T（°C）粘度n（cm2/s)雷诺数h1h2Dh体积V（cm3）时间t（s）流量Q(cm3/s)12 3、成果要求：完成实验数据记录及计算。校验实验条件是否符合达西定律适用条件。七、问题及分析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

36、界雷诺数作为层流与紊流的判据?实测下临界雷诺数Re与公认值偏离多少?原因何在? 3、雷诺实验得出的园管流动下临界雷诺数为2320，面目前有些教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在? 4、为什么在测定调小流量过程中，不许有反调? 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? 6、不同流量下渗流系数k是否相同，为什么？ 7、装砂圆筒垂直放置、倾斜放置时，对实验测得的Q、J与渗透系数k值有何影响？ 实验九 水面曲线与流动现象演示实验一、实验目的 1、观察棱柱体渠道中非均匀渐变流的十二种水面曲线； 2、掌握十二种水面曲线的生成条件；3、观察管流、射流、明渠流中的多种流动现象，

37、加深理解局部阻力、绕流阻力及绕流振动的发生机理；4、观察水击产生和水击波的传播现象，了解消除水击危害的工作原理与基本方法。二、实验原理 1、水面曲线实验：明渠水面曲线的理论依据是棱柱形明渠恒定渐变流微分方程： 式中：水深对流长的一阶导数，反映水深沿程变化率； 为已给定Q、i、n条件下发生均匀流时的特性流量； 河道断面特性流量； i明渠底坡； 佛汝德数，表示惯性力与重力之比。 改变明槽底坡可演示十二种水面曲线，本实验装置配有新型高比速直齿电机躯动的升降机构14。按下14的升降开关，明槽6即绕轴承9摆动，从而改变水槽的底坡。坡度值由升降杆13的标尺值(z)和轴承9与升降机上支点水平间距(Lo)算得

38、；平坡可依底坡水准泡8判定。实验流量由可控硅无级调速器3调控，并用重量法(或体积法)测定。槽身设有两道闸板，用于调控上下游水位，以形成不同水面线型。闸板锁紧轮11用以夹紧闸板，使其定位。水深由滑尺12量测。图1中，十二种水面线分别产生于五种不同底坡。因而实验时，必须先确定底坡性质，其中需测定的，也是最关键的是平坡和临界坡。平坡可依水准泡或升降标尺值判定。临界底坡应满足下列关系：、 、 式中：临界底坡； 湿周；临界水深； 单宽流量； 谢才系数； 水力半径；槽宽 糙率。 以上公式中的长度单位均以m计图1 2、流动现象演示实验： 绕流阻力：为摩擦阻力与压差阻力之和。 式中：D绕流阻力； Cf绕流摩擦

39、阻力系数； Af绕流摩擦阻力迎流面积；Cp绕流压差阻力系数； Ap绕流压差阻力迎流面积；来流速度。 3、水击综合演示实验：（1）、直接水击 ； （m/s） 式中：水击压强； 水密度； 关闭阀门前管中流速； 关闭阀门后管中流速； C水击波波速； 水的弹性模量； 管道内径； 管壁厚度； 管材弹性模量。 （2）、间接水击 式中：水击波长； 阀门关闭时间。 三、实验仪器设备实验仪器：水面曲线实验装置、壁挂式流动现象演示仪、水击综合实验仪仪器元件：变坡水槽、闸板、升降机构、各种流道、掺气量调节阀、水击发生阀、扬水机、调压筒流体介质：水实验装置如图2、3、4：图2 水面曲线实验仪1自循环供水器； 2实验台

40、； 3可控硅无级调速器；4溢流板；5.稳水孔板； 6变坡水槽； 7闸板； 8底坡水准泡； 9.变坡轴承； 10长度标尺； 11闸板锁紧轮；12垂向滑尺；13带标尺的升降杆；14.小升降机构。 图3 壁挂式流动现象演示仪1、挂孔；2、有机玻璃面罩；3、不同边界流动显示面；4、注水孔孔盖；5、掺气量调节阀；6、水箱；7、可控硅无级调速旋钮；8、水泵室；9、铝合金框架后盖；10水位观测窗图4 水击综合实验仪1、 恒压水箱；2、供水管；3、调压筒截止阀；4、扬水机出水管；5、气压表；6、扬水机截止阀；7、压力室；8、调压筒；9、水击发生阀；10、逆止阀；11、水击室；12、水泵；13、水泵吸水管；14

41、、回水管；15、集水管四、实验要求 1、确定临界底坡； 2、在棱柱体渠道中演示生成并绘制非均匀渐变流的十二种水面曲线；3、观察管流、射流、明渠流中的多种流动现象，加深理解局部阻力、绕流阻力及绕流振动的发生机理；4、观察水击产生和水击波的传播现象，了解消除水击危害的工作原理与基本方法。5、 实验步骤与方法 （一）、水面曲线实验： 1、启动水泵，使供水量最大，待稳定后测记流量二次，取均值计算； 2、将底坡调至平坡（水准仪气泡居中），确定标尺值； 3、计算临界底坡及标尺值； 4、调节底坡至，然后插入闸板，观察闸前后出现的型与型水面曲线，并将曲线绘入记录纸上。 5、调节底坡使（底坡尽量陡些），插入闸板，使渠道同时呈现、型水面曲线，并绘入记录纸上。 6、调节底坡使槽底坡度分别为（使底坡尽量趋于0）、和，插入闸板，使渠道分别出现相应水面曲线，并绘入记录纸上。（二）、流动现象演示实验： 启动电源，将流速调到最大，逆时针关闭掺气调节阀，待流道内充满水体后再开启掺气调节阀实验。 1、ZL-1型流动演示仪：显示逐渐扩大、逐渐缩小、突然扩大、突然缩小、壁面冲击、