水力学实验指导书

1水力学试验指导书一、试验目的与要求观看在重力作用下，液体中任意两点A、B的位置高度z、测压管高度p和测压管水头H(Hzp)，验证静水压强公式。加深理解水静力学根本方程式的物理意义和几何意义，理解位置水头、压强水头及测压管水头等根本概念；p0pa(pap0pap0pa时的AB两点确实定压强和相对压强。测定外表压强的真空度，加深对真空压强、真空度4.学习测量液体比重的方法。二、试验装置静水压强试验装置如图1所示。4#6#5#4#3#2#113P0Z0Z6Z4Z2Z12hh酒精Z3AZ5B1静水压强试验装置图水箱；2.测压管；3.升降调压筒；4.气门。三、试验原理水静力学争论静水压强的特性、分布规律及如何依据静水压强的分布规律来确定静水总压力。1静水压强的特性流体静止时不承受切应力，一旦受到切应力时就产生变形。从这个定义动身，可以认为在静止的液体内部，全部的应力都是正交应力。因此，静水压强具有两个特性：静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面；任一点静水压强的大小和受压面的方向无关，或者说作用于同一点上的各方向的静水压强大小相等。静水压强的根本方程在重力作用下，处于静止状态下的不行压缩均质液体，其根本方程为。Z1p1Z2p2C式中，Z—单位重量液体相对于基准面的位置高度，称位能或位置水头；p—单位重量液体的压能或压强水头；p1,p2—静止液体中任意两点的静水压强；—液体的容重。该方程说明静止液体中任意一点的单位位能和单位压能之和为常数。该方程也可以写为。pp0h上式说明在静止液体中，液面下任一点的静水压强等于液面压强与从该点到液面的单位面积上的液体重量之和。液面压强遵循巴斯加原理，将等值地传递到液体内部全部各点上。所以外表压强为肯定值时，静水压强是水深的函数，即只随水深变化。四、试验方法与步骤p0pa，观看各测压管水面位置，找出等压面。关闭箱顶气门，上升调压筒，使P0>Pa，等水面稳定P03降低调压筒，使P0ZAZBpApBHH比较每次测的H值，可以验证测压管水头是否一样。5.P0液体的容重。p0(Z4Z3)(Z6Z5)(Z4Z3)Z6Z5果及要求试验装置台号NO. A点标高读数：ZA=1静水压强试验记录计算表单位：cm,N/m状测态次Z1p01 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6Z1-ZA pA Z4-Z3 p0 Z6-Z5 3Z4Z3Z6Z5 ” 2于pap0312pa3六、试验分析与争论用试验结果说明，重力作用下静止液体压强的根本规律。外表压强P0的转变，基准面0—0线位置的转变，A、B什么影响相对压强与确定压强、相对压强与真空度是什么关系如何选择等压面水平面与测压管相交的面是不是等压面确定等压面的充分条件有哪些3一、试验目的与要求验证不行压缩液体恒定总流的能量方程；通过对水动力学诸多水力现象的试验分析研讨，进一步把握有压管流中水动力学的能量转换特性；绘出各断面测压管水头线和总水头线以及抱负液体总水头线。通过分析比较，加深对能量守恒与转换定律的理解，并建立起沿程水头损失和局部水头损失的概念；把握流速、流量、压强等水动力学水力要素的试验245610123478111268115791013121415131659718199111315171913173212自循环伯诺里方程试验装置图1.自循环供水器；2.试验台；3.可控硅无级调速器；4.溢流板；5.稳水孔板；6.恒压水箱；7.测压计；8.滑动测量尺；9.测压管；10.试验管道；11.测压点；12.毕托管；13.试验流量调整阀。说明：本仪器测压管有两种：毕托管测压管，用以测读毕托管探头对准点的总水头4pv2u2须留意一般状况下H与断面总水头H(Z，它的水头线只能定性表示总水头变化趋势。一般测压管，用以定量量测测压管水头。13或电测法测量。三、试验原理依据能量守恒与转换原理验证能量方程。在运动过程中，这三种形式的机械能可以相互转化，但是总的机械能是守恒的。实际液体恒定总流的能量方程可写为。z1p11v122gz2p222v22ghw式中，z—总流过水断面上单位重量液体所具有的平均位能，又称为位置水头；p—过水断面上单位重量液体所具有的平均压能，它反映了过水断面上各点平均动水压强所对应的压强高度，(zv22gp)称为测压管水头；—过水断面上单位重量液体所具有的平均动能，一般称为流速水头；hw—单位重量液体从一个过水断面流至另一过水断面抑制水流阻力做功所损失的平均能量，一般称为水头损失。在水力学中，习惯上把单位重量液体所具有的总机械能HHzpv22g在试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能量方程式(i2,3,,n)z1p121v12gzipiivi22ghw1ip取12n1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出z测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v及v22g从而可得到各断面测管水头5和总水头。四、试验方法与步骤生疏试验设备，分清那些测管是一般测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区分。翻开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调整阀关闭后全部测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障缘由并加以排解，直至调平。翻开阀13，观看思考1〕测压管水头线和总水头线的变化趋势；2〕位置水3〕2、3否？为什么？测点1213测管水头是否不同？为什么？5〕当流量增加或削减时测管水头如何变化？调整阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记试验流量。2191.简述能量方程应用的条件和应留意的事项。2.测压管测量的是确定压强还是相对压强？测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？试验中你看到了布满水流的管子中发生了真空现象，翻开测孔，管中的水不外流甚至进气，请你作出解释。6试验装置台号NO. 050cm；z21cm2不行压缩液体恒定流伯诺里方程试验记录计算表cm,cm/s测点编号管径两点间距断面面积Q第一测次1*23456*78*9101112*1314*1516*1718*193zpv22gzpQv22g zpv22gzpv22g7一、试验目的与要求观看典型孔口及管嘴出流时的流淌现象及圆柱形管嘴的局部真空，测定孔口与管嘴出流时的流速系数、流量系数、侧收缩系数、局部阻力系数；通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口外形对出流力量的影响及相关水力要素对孔口出流能力的影响。二、试验装置本试验装置如图3所示。3孔口、管嘴出流试验装置图图3回水箱系统组成。在恒定水头水箱的侧壁上安装管嘴。试验装置侧壁式孔口出流试验设备，孔口与管嘴均位于水箱的侧d水箱供水管供水，箱内设有溢流板以保持水头恒定，设有稳水栅以保证水流均匀。孔口和管嘴用橡皮塞掌握出流。三、试验原理液体从孔口以射流状态流出，流线不能在孔口处急剧改变方向，而会在流出孔口后在孔口四周形成收缩断面，收缩断面积Ac与孔口断面积A的关系为Ac=A，称为收缩系数。8QAcvcA2gH0A2gH0流量系数： QA2gH0Acdc2收缩系数： Ad2流速系数： 2gH011阻力系数： 薄壁孔口出流21非漂浮出流的收缩断面上相对压强均为零。对上游断面和收缩断面C-C运用能量方程即可得到收缩断面流速：vc1c2v02gH02gH0式中，H0H2g，如不计行近流速水头2v02g。vc2gH。流量公式为：QAcvcA2gH0A2gH0圆柱形外伸管嘴出流管嘴出流的局部损失两局部组成，即孔口的局部水头损失及收缩断面后扩展产生的局部损失，水头损失大于孔口出流。但是管嘴出流为满流，收缩系数为ε＝，因此流量系数仍比孔口大，其出流公式为：v2gH。9QA2gHA2gH。管嘴出流流量系数的加大也可以从管嘴收缩断面处存在的真空来解释，于收缩断面在管嘴内，压强要比孔口出流时的零压低，必定会提高吸出流量的力量。四、试验方法与步骤测量管嘴〔孔口〕的尺寸。记录试验常数，孔口和2.供水，至溢流后，翻开①孔口，观看孔口出流现象，测定水头H及Q，用卡尺测记孔口出流收缩断面直径，应多测几次dcAc。然后转变孔口出流的作用水头，观看孔口收缩断面直径随水头变化的情况。测量完毕，用橡皮塞将孔口塞紧。再翻开②圆柱形管嘴，待水面稳定后，测记水头H，Q，观看和量测直角管嘴出流时的真空状况。进展以上试验时，为了在量测过程中保持水头恒定，避开相互干扰，量测哪个孔口就开启哪个孔口，以免溢流水头不恒定，影响试验精度。在试验过程中留意观看出流的流股形态，并做好记录。将实测的孔口和管嘴的流量系数值与的阅历值进展比较，并分析引起差异的缘由。关闭水泵开关，清理试验桌面及场地。五、试验成果及要求六、试验分析与争论观测圆柱形管嘴与孔口出流的流股特征，分析流量系数不同的缘由及增大过流力量的途径。观看ddHH3.为什么同样直径与同样水头条件下，管嘴的流量系数值比孔口的大？能做出定量分析吗？试验装置台号NO. DcmAcm1021Qv1xhc—作用在活塞形心处的水深；4hcD20D—活塞的直径；Q—射流流量；试验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深hc，给定的管嘴直径d和活塞直径D，代入上式，，便可率定射流的动量修正系数β1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。四、试验方法与步骤1.预备生疏试验装置各局部名称、构造特征、作用2.开启水泵翻开调速器开关，水泵启动2～3分钟后，关闭2～3秒钟，以利用回水排解离心式水泵内滞留的空气。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。测读水位标尺的零点已固定在活塞圆心的高程即hc测量流量用体积法或重量法测流量时，每次时间20围内，均须重复测三次再取均值。转变水头重复试验逐次翻开不同高度上的溢水孔盖，转变管嘴的作用水头。调整调速器，使溢流量适中，待3－5验证v2x0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全都，hc头H0。21五、试验成果及要求试验装置台号NO. 管嘴内径d= cm， 活塞直径D= cm6动量定律试验记录及计算表单位：cm,s,N测次体积V时间T管嘴作用水活塞作用水头H0头hc流量Q流速v动量力动量修正系F数β1123六、试验分析与争论实测与公认值符合与否？如不符合，试分析缘由。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么？通过细导水管的分流，其出流角度与v2一样，试问对以上受力分析有无影响？4.fx无视不计？试用试验来分析验证fx的大小，记录观看结果。5.v2x假设不为零，会对试验结果带来什么影响？试结合722第七节雷诺试验一1.2.测定临界雷诺数，把握圆管流态判别准则；3.在对数纸上绘出水头损失hf和雷诺数Re的关系曲4.流和紊流两种流态沿程水头损失随流速变化规律不同；5.的方法，并了解其有用意义。二、试验装置本试验装置如图7所示。4567893217自循环雷诺试验装置图1.自循环供水器；2.试验台；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.试验管道；9.试验流量调整阀。供水流量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。本恒压水箱还设有多道3～5水水管5注入试验管道8，可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水承受自行消色的专用色水。三、试验原理23流体有层流及紊流两种流淌型态。层流的特点是流体的质点互不混掺成线状运动，运动要素不呈现脉动现象。在紊流中流体的质点相互混掺，其运动轨迹是曲折混乱的，运动要素发生脉动现象。介于两者之间是过渡状态流淌。雷诺试验证明白层流与紊流的沿程水头损失规律不同。hfv；紊流的沿程水头损失与流速的m次方成比例，即hfvm，m=。雷诺试验的结果觉察临界流速与流体的物理性质及管径有亲热关系，并提出一个表征流淌形态的无量纲数——雷(Reynoldsnumber)。Revd44QKQ，Kdd式中，v—园管水流的断面平均流速，d—圆管直径；—水流的运动粘滞系数。流态开头转变时的雷诺数叫做临界雷诺数，但试验层流开头向紊流过渡和紊流向层流过渡，流态开头转变时的雷诺数是不同的，前者叫做上临界雷诺数，后者叫做下临界雷诺数。大量的试验证明，园管中的流淌，下临界雷诺数是一比较稳定的数值”20XX〕变化范围很大，数值很不Rek作为判别流态的标准。当水流的雷诺数大于Rek时就是紊流，小于Rek时就肯定是层流。对明渠水流，Re四、试验方法与步骤1.测记本试验的有关常数。2.观看两种流态。翻开开关3使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启9，并注入颜色水于试验管内，使颜色水流成始终线。通过颜色水质点的运动观看管内水流的层流流态，然后逐步开大调整阀，通过颜色水直线的变化观看层流转变到紊流观看紊流转变为层流的水力特征。3.将调整阀翻开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调整阀使流量减小。当流量调整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；待管中消灭临界状态时，用体积法或电测法测定流量；依据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值比较，偏离过大，需重测；24vR,Rek500。重翻开调整阀，使其形成完全紊流，依据上述步骤重3a、每调整阀门一次，均b、关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；c、随出水流量减小，应适当调小开关，以减小溢流量引发的扰动。4.测定上临界雷诺数。渐渐开启调整阀，使管中水流层流过渡到紊流，当有色1～2五、试验成果及要求试验装置台号NO. 管径d= cm， 水温t= ℃运动粘滞系数 cm2s计算常数K= s/cm7雷诺试验记录计算表试验次序1234567时间T 流量Q 3颜色水线形态水体积V 3雷诺数Re 阀门开度增或减备注 实测下临界雷诺数：Rek注：颜色水形态指：稳定直线，稳定略弯曲、旋转、断续，直线抖动，完全散开等。六、试验分析与争论流态判据为何承受无量纲参数，而不承受临界流速？为何认为上临界雷诺数无实际意义，而承受下临界雷诺数作为层流与紊流的判25一、试验目的与要求观看在重力作用下，液体中任意两点A、B的位置高度z、测压管高度p和测压管水头H(Hzp)，验证静水压强公式。加深理解水静力学根本方程式的物理意义和几何意义，理解位置水头、压强水头及测压管水头等根本概念；p0pa(pap0pap0pa时的AB两点确实定压强和相对压强。测定外表压强的真空度，加深对真空压强、真空度4.学习测量液体比重的方法。二、试验装置静水压强试验装置如图1所示。4#6#5#4#3#2#113P0Z0Z6Z4Z2Z12hh酒精Z3AZ5B1静水压强试验装置图水箱；2.测压管；3.升降调压筒；4.气门。三、试验原理水静力学争论静水压强的特性、分布规律及如何依据静水压强的分布规律来确定静水总压力。1静水压强的特性流体静止时不承受切应力，一旦受到切应力时就产生变形。从这个定义动身，可以认为在静止的液体内部，全部的应力都是正交应力。因此，静水压强具有两个特性：静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面；任一点静水压强的大小和受压面的方向无关，或者说作用于同一点上的各方向的静水压强大小相等。静水压强的根本方程在重力作用下，处于静止状态下的不行压缩均质液体，其根本方程为。Z1p1Z2p2C式中，Z—单位重量液体相对于基准面的位置高度，称位能或位置水头；p—单位重量液体的压能或压强水头；p1,p2—静止液体中任意两点的静水压强；—液体的容重。该方程说明静止液体中任意一点的单位位能和单位压能之和为常数。该方程也可以写为。pp0h上式说明在静止液体中，液面下任一点的静水压强等于液面压强与从该点到液面的单位面积上的液体重量之和。液面压强遵循巴斯加原理，将等值地传递到液体内部全部各点上。所以外表压强为肯定值时，静水压强是水深的函数，即只随水深变化。四、试验方法与步骤p0pa，观看各测压管水面位置，找出等压面。关闭箱顶气门，上升调压筒，使P0>Pa，等水面稳定P03降低调压筒，使P0ZAZBpApBHH比较每次测的H值，可以验证测压管水头是否一样。5.P0液体的容重。p0(Z4Z3)(Z6Z5)(Z4Z3)Z6Z5果及要求试验装置台号NO. A点标高读数：ZA=1静水压强试验记录计算表单位：cm,N/m状测态次Z1p01 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6Z1-ZA pA Z4-Z3 p0 Z6-Z5 3Z4Z3Z6Z5 ” 2于pap0312pa3六、试验分析与争论用试验结果说明，重力作用下静止液体压强的根本规律。外表压强P0的转变，基准面0—0线位置的转变，A、B什么影响相对压强与确定压强、相对压强与真空度是什么关系如何选择等压面水平面与测压管相交的面是不是等压面确定等压面的充分条件有哪些3一、试验目的与要求验证不行压缩液体恒定总流的能量方程；通过对水动力学诸多水力现象的试验分析研讨，进一步把握有压管流中水动力学的能量转换特性；绘出各断面测压管水头线和总水头线以及抱负液体总水头线。通过分析比