水力学实验报告

水力学试验报告第三组同学：姓名：学号：姓名：学号：姓名：学号：平面静水总压力试验试验目的把握解析法及压力图法，测定矩形平面上的静水总压力。验证平面静水压力理论。试验原理作用在任意外形平面上的静水总压力P等于该平面形心处的压强p与平面面积A的乘积：方向垂直指向受压面。

cPpA，c对于上、下边与水面平行的矩形平面上的静水总压力及其作用点的位置，可采P的大小等于压强分布图的面积和以宽度b所构成的压强分布体的体积。Pb假设压强分布图为三角形分布、如图3-2，则1P2gH2b1e3H式中：e－为三角形压强分布图的形心距底部的距离。3-3，则1P g〔H＋H2 1a 2H＋H

〕ab2e 1 23 H＋H1 2式中：e－为梯形压强分布图的形心距梯形底边的距离。图1-1静水压强分布图〔三角形〕 图1-2静水压强分布图〔梯形〕本试验设备原理如图3-4，由力矩平衡原理。1-3静水总压力试验设备图1L1

Le

GL0

PL1求出平面静水总压力PGL0L1试验设备在自循环水箱上部安装一放开的矩形容器，容器通过进水开关Kl，放水开关K2与水箱连接。容器上部放置一与扇形体相连的平衡杆，如图3-5LL0??????????160150140130120110100???908070605040302010K?? K?????图????试验步骤生疏仪器，测记有关常数。用底脚螺丝调平，使水准泡居中。调整平衡锤使平衡杆处于水平状态。翻开进水阀门K，待水流上升到肯定高度后关闭。1在天平盘上放置适量砝码。假设平衡杆仍无法到达水平状态，可通过进水开关进水或放水开关放水来调整进放水量直至平衡。测记砝码质量及水位的刻度数。4～6，100mm33翻开放水阀门K，将水排净，并将砝码放入盒中，试验完毕。2试验数据记录及处理有关常数记录：天平臂距离L＝ cm，扇形体垂直距离〔扇形半径〕L＝ cm，0扇形体宽b＝ cm，矩形端面高a＝ cm，＝1.0103kg/cm30试验数据记录水位读数水位读数压强分布形式测次 水位读数H(cm)h0Ha0(cmHa0Ha砝码质量m(g)0)12三角形分布341梯形分布23作用点距底作用点距底作用力距支点实测力矩实测静水总误差压强分 测部距离〔cm)垂直距离(N·cm〕〔N〕总压力〔N〕(％〕布形式 次Hh2hHLLe(cm)1M mgL00P＝实M03 hHL11三角形2分布341梯形分2布3注：误差

理论值试验值理论值

100%留意事项在调整平衡杆时，进水或放水速度要慢。测读数据时，肯定要等平衡杆稳定后再读。思考题试验中，扇形体的其他侧面所受到的压力是否对试验精度产生影响为什么注水深度在100mm以上时，作用在平面上的压强分布图是什么外形影响本试验精度的缘由是什么2能量方程试验试验目的观看恒定流的状况下，与管道断面发生转变时水流的位置势能、压强势能、动能的沿程转化规律，加深对能量方程的物理意义及几何意义的理解。观看均匀流、渐变流断面及其水流特征。把握急变流断面压强分布规律。测定管道的测压管水头及总水头值试验原理实际液体在有压管道中作恒定流淌时，其能量方程如下22Z p11v1 Z22

p2 2v2 h1

2 2g w耗肯定的能量，也就是一局部机械能要转化为热能而散逸，即水头损失。因而机械能应沿程减小。对于均匀流和渐变流断面，压强分布符合静水压强分布规律：zpC但不同断面的C2—1对于急变流，由于流线的曲率较大，因此惯性力亦将影响过水断面上的压强分布规律；上凸曲面边界上的急变流断面如图3-7〔a〕，离心力与重力方向相反，所以pp。动 静下凹曲面边界上的急变流断面如图2—1(b)，离心力与重力方向相向，所以pp。动 静试验设备2—299?B8C123 4 56710A??试验步骤

3-8???????2—2区分测压管与毕托管并检查橡皮管接头是否接紧。启动抽水机，翻开进水阀门，使水箱充水并保持溢流，使水位恒定。关闭尾阀K，检查测压管与毕托管的液面是否齐平。假设不平，则需检查管路是否存在气泡并排出。翻开尾阀K，量测测压管及毕托管水头。观看急变流断面AB本试验共做三次，流量变化由大变小。试验数据记录与处理有关常数记录d＝ cm，d＝ cm。〔dd，d

D〕5 1 5 1测次145测次145689 A总侧测外侧测中间测测压管液面高总压管液面高测压管总压管测压管液面高液面高液面高总压管测压管液面高液面高总压管液面高测压管总压管测压管压管高压管高压管高液面高液面高液面高12345678910试验结果绘制测压管水头线和总水头线〔任选一组〕。99?B8C123 4 56710A??52-8????点流速。留意事项尾阀K开启肯定要缓慢，并留意测压管中水位的变化，不要使测压管水面下降太多，以免空气倒吸入管路系统，影响试验进展。流速较大时，测压管水面有脉动现象，读数时要读取时均值。思考题试验中哪个测压管水面下降最大为什么毕托管中的水面高度能否低于测压管中的水面高度在渐渐扩大的管路中，测压管水头线是怎样变化的3试验目的测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。将测出的冲击力与用动量方程计算出的冲击力进展比较，加深对动量方程的理解。试验原理3—1，求射流对平面板和曲面板的作用力。力矩平衡方程：FLGL1

,FGL1L1式中：F－射流作用力；L－作用力力臂；GL1 1恒定总流的动量方程为 FQ(v

3-1动量原理试验简图22 11假设令2

11面板的作用力公式为FQv(1cos)式中：Q－管嘴的流量；v－管嘴流速；－射流射向平面或曲面板后的偏转角度。90时，F平

Qv

：水流对平面板的冲击力平135时，FQv(1cos135)1.707Qv1.707F平180时，FQv(1cos180)2Qv2F平试验设备3—2，试验中配有900的平面板和1800及1350的曲面板，另备大小量筒及秒表各一只。试验步骤测记有关常数。安装平面板，调整平衡锤位置，使杠杆处于水平状态。启动抽水机，使水箱充水并保持溢流。此时，水流从管嘴射出，冲击平板中心，标尺倾斜。加法码并调整砝码位置，使杠杆处于水平状态，到达力矩平衡。记录砝码质量和力臂Ll用质量法测量流量Q用以计算F。理转变溢流板高度，使水头和流量变化，重复上述步骤。将平面板更换为曲面板(1350及1800作用力。关闭抽水机，将水箱中水排空，砝码从杠杆中取下，试验完毕。水箱水箱L1支点水准气泡L平衡锤杠杆砝码开关水箱试验数据记录

图3-2动量原理试验仪水的质时间流量流力臂L1FF水的质时间流量流力臂L1FF误差理实量〔g〕 〔s〕〔L/s〕〔m/s〕量〔g〕 〔cm〕(N(N〔％〕))90013501800留意事项量测流量后，量筒内水必需倒进接水器，以保证水箱循环水充分。测流量时，计时与量简接水肯定要同步进展，以减小流量的量测误差。测流量一般测两次取平均值，以消退误差。思考题F有差异，除试验误差外还有什么缘由实 理流量很大与很小时各对试验精度有什么影响试验中，平衡锤产生的力矩没有加以考虑，为什么4试验目的观看层流和紊流的流淌特征及其转变状况，以加深对层流、紊流形态的感性生疏。测定层流与紊流两种流态的水头损失与断面平均流速之间的关系。绘制水头损失hflghf~lgv算图中的斜率mRek。试验原理同一种液体在同一管道中流淌，当流速不同时，液体可有两种不同的流态。当流速较小时，管中水流的全部质点以平行而不相互混杂的方式分层流淌，这种形态的液体流淌叫层流。当流速较大时，管中水流各质点间发生相互混杂的运动，这种形态的液体流淌叫做紊流。层流与紊流的沿程水头损失规律也不同。层流的沿程水头损失大小与断面平均1hf

v1.0。紊流的沿程水头损失与断面平均流速的～次方成正比，即hf

v1.75~2.0。视水流状况可表示为h kvm式中m为指数或表示为lgh lgkmlgv。f f每套试验设备的管径d固定，当水箱水位保持不变时，管内即产生恒定流淌。沿程水头损失h 与断面平均流速v的关系可由能量方程导出：fp2Z 1p2

v211 Z

p2

2v2hv

1 2gv，取

2 2g f1.01 2 1所以h (Z f 1

2p1)(Z 2

p2)hh值可以由压差计读出。Revd式中：v－圆管水流的断面平均流速；d－圆管直径；－水流的运动粘滞系数。Re<Re(下临界雷诺数)时为层流状态，Re＝2320；k kRe>ReRe4000~12023k k试验设备4—1??????12?K??试验步骤

4—1?????(一)观看流淌形态将进水管翻开使水箱布满水，并保持溢流状态；然后用尾部阀门调整流量，将阀门微微翻开，待水流稳定后，注入颜色水。当颜色水在试验管中呈现一条稳定而明显的流线时，管内即为层流流态，如图1当集中至全管，水流紊乱到已看不清着色流线时，这便是紊流流态。(二)测定h ~v的关系及临界雷诺数f生疏仪器，测记有关常数。检查尾阀全关时，压差计液面是否齐平、假设不平，则需排气调平。将尾部阀门开至最大，然后逐步关小阀门，使管内流量逐步削减；每转变一次流量、均待水流平稳后，测定每次的流量、水温顺试验段的水头损失(即压差)。QmV，用秒表计时间T。流量QV。相应的断面平均流速vQ。T A10次。当Re<25003~5mm。用温度计量测当日的水温，由此可查得运动粘滞系数，从而计算雷诺数Revd。相反，将调整阀由小逐步开大，管内流速渐渐加大，重复上述步骤。试验数据记录1.有关常数测次m〔g〕t〔s〕Q〔cm3/s〕雷诺数流速(m/s)测次m〔g〕t〔s〕Q〔cm3/s〕雷诺数流速(m/s)h(cm1)2345678910绘制水头损失hlgh

~lgvf f中的斜率m和临界雷诺数Rek。〔用方格纸或对数纸〕留意事项在整个试验过程中，要特别留意保持水箱内的水头稳定。每变动一次阀门开度，均待水头稳定后再量测流量和水头损失。在流淌形态转变点四周，流量变化的间隔要小些，使测点多些以便准确测定临界雷诺数。在层流流态时，由于流速v较小，所以水头损失hf

值也较小，应急躁、细致地多测几次。同时留意不要碰撞设备并保持试验环境的安静，以削减扰动。思考问题要使注入的颜色水能精准反映水流状态，应留意什么问题假设压差计用倾斜管安装，压差计的读数差是不是沿程水头损失hf

值管内用什么性质的液体比较好其读数怎样进展换算为实际压强差值为什么上、下临界雷诺数值会有差异为什么不用临界流速来判别层流和紊流5试验目的把握测定管道局部水头损失系数的方法。将管道局部水头损失系数的实测值与理论值进展比较。观看管径突然扩大时旋涡区测压管水头线的变化状况，以及其他各种边界突变状况下的测压管水头线的变化状况。试验原理由于边界外形的急剧转变，主流就会与边界分别消灭旋涡以及水流流速分布的改组，从而消耗一局部机械能。单位重量液体的能量损失就是局部水头损失。边界外形的转变有水流断面的突然扩大或突然缩小局部水头损失常用流速水头与一系数的乘积表示：h v2j 2g式中：是流淌形态与边界外形的函数，即f(Re,边界外形。一般水流Re数足够大时，可认为系数不再Re管道局部水头损失目前仅有突然扩大可承受理论分析。并可得出足够准确的结果。其他状况可以用试验方法测定值，也可以通过查找阅历公式来确定值。突然扩大的局部水头损失可应用动量方程与能量方程及连续方程联合求解得到如下公式：v2vh

＝〔2

2Aj 22g 2 AA1v2 2h 1 2〕j 12g 1 A1式中：Al

v分别为突然扩大上游管段的断面面积和平均流速；A和v1 2

分别为突然扩大下游管段的断面面积和平均流速。试验设备5—1??181912345678910111213171415 162021 22 23?K??5—1?????????试验步骤生疏仪器，记录有关常数。检查各测压管的橡皮管接头是否接紧。启动抽水机，翻开进水阀门，使水箱无水，并保持溢流，使水位恒定。检查尾阀K全关时，测压管的液面是否齐平，假设不平，则需排气调平。渐渐翻开尾阀K，使流量在测压管量程范围内最大，待流淌稳定后，记录测压管液面标高，用体积法测量管道流量。调整尾阀转变流量，重复测量三次。试验数据记录有关常数记录D= cm，d= cm。水温t= .要求测量90°弯管的曲率半径R= cm。mm时间t1点测压341314161718测次〔g〕〔s〕管高管高〔cm〕管高管高管高管高〔cm〕12345678测突然扩大测突然扩大突然缩小90°弯头次实理误差(%)实理误差(%)实理误差(%)12345678留意事项试验必需在水流稳定前方可进展。计算局部水头损失系数时，应留意选择相应的流速水头；所选量测断面应选在渐变流断面上，尤其下游断面应选在旋涡区的末端，即主流恢复并布满全管的断面上。思考题试分析实测hj

与理论计算h，有什么不同缘由何在j如不无视管段的沿程损失h值比实际的偏大还是偏小在工程中f使用此值是否安全在一样管径变化条件下，相应于同一流量，其突然扩大的值是否肯定大于突然缩小的值不同的Re值是否一样通常值是否为一常数6试验目的了解文德里和孔板流量计测流量的原理及其简洁构造。绘出压差与流量的关系，确定文德里流量计和孔板流量计的系数。试验原理由于喉管过水断面的收缩，该断面水流淌能加大，势能减小，造成收缩段前后断面压强不同而产生的势能差。此势能差可由压差计测得。孔板流量计原理与文德里流量计一样，依据能量方程和连续方程以及等压面原理可得出不计阻力作用时的文德里流