水力学实验报告.docx
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水力学实验报告
第三组同学:
水力学实验扳告
院:
级:
名:
号:
2015、12、25
1平面静水总压力实验
1x1实验目得
1、掌握解析法及压力图法，测定矩形平而上得静水总压力.
2、验证平而静水压力理论。
1x2实验原理
作用在任意形状平面上得静水总压力P等于该平而形心处得压强处与平而而积
A得乘积：
方向垂宜指向受压而0
对于上、下边与水而平行得矩形平面上得静水总压力及其作用点得位置，可采用压力图法：
静水总压力P得大小等于压强分布图得面积与以宽度h所构成得压强分布体得体积。
若压强分布图为三角形分布、如图3—2,则式中"一为三角形压强分布图得形心距底部得距离。
若压强分布图为梯形分布，如图3-3,则
式中：
0-为梯形压强分布图得形心距梯形底边得距离.
本实验设备原理如图3-4.由力矩平衡原理。
英中：
求出平面静水总压力
1x3实验设备
在自循环水箱上部安装一敞开得矩形容器，容器通过进水开关Kh放水开关&与水箱连接。
容器上部放置一与扇形体相连得平衡杆，如图3-5所示。
1、4实验步骤
U熟悉仪器，测记有关常数。
2、用底脚螺丝调平，使水准泡居中。
3、调整平衡锤使平衡杆处于水平状态。
4、打开进水阀门IC,待水流上升到一定高度后关闭.
5、在天平盘上放置适量舷码。
若平衡杆仍无法达到水平状态，可通过进水开关进水或放水开关放水来调节进放水量直至平衡。
6、测记舷码质量及水位得刻度数。
7、重复步骤4",水位读数在loomm以下做3次,以上做3次.
8、打开放水阀门K2•将水排净，并将舷码放入盒中，实验结朿。
1、5实验数据记录及处理
压强分布形式
测次
水位读数〃
（cm）
水位读数
（Cm）
駆码质量加
（g）
三角形分布
1
2
3
4
梯形分布
1
2
3
Cm
1、有关常数记录：
天平臂距离“cm,扇形体垂直距离（扇形半径）£=_cm.
扇形体宽h=Cm,矩形端面高5=
2、实验数据记录
3、实验结果
乐强分
布形式
测
次
作用点距底
部距离（C
m）
作用力距支点
垂嵐距离（cm）
实测力矩
（N•cm）
实测静水总
圧力（N）
理论静水
总压力｛N）
谋差
（%）
三角形
分布
1
2
3
4
梯形分
布
1
2
3
1x6注意事项
1、在调整平衡杆时,进水或放水速度要慢。
2、测读数据时，一世要等平衡杆稳定后再读。
1、实验中，扇形体得其她侧而所受到得压力就是否对实验精度产生影响？
为什
么？
2、注水深度在100mm以上时，作用在平而上得压强分布图就是什么形状?
3、影响本实验精度得原因就是什么?
2能量方程实验
2、1实验目得
1、观察恒;^流得情况下，与管道断而发生改变时水流得位置势能、压强势能、动能得沿程转化规律，加深对能量方程得物理意义及几何意义得理解.
2、观察均匀流、渐变流断面及其水流特征。
3、掌握急变流断面压强分布规律。
4、测定管道得测压管水头及总水头值，并绘制管道得测压管水头线及总水头线.
2、2实验原理
实际液体在有压笛道中作恒世流动时，貝能量方程如下
它表明：
液体在流动得过程中，液体得各种机械能（单位位能、单位压能与单位动能）就是可以相互转化得。
但由于实际液体存在粘性,液体运动时为克服阻力而要消耗一圧得能量，也就就是一部分机械能要转化为热能而散逸，即水头损失0因而机械能应沿程减小。
对于均匀流与渐变流断而,压强分布符合静水压强分布规律：
但不同断而得c值不同.
££
"77”7^齐二
（时
Qb）
图2-1急变流斷面动水用强分布图
对于急变流，由于流线得曲率较大，因此惯性力亦将影响过水断而上得压强分布
规律：
上凸曲面边界上得急变流断而如图3-7（a）,离心力与重力方向相反，所以.
离心力与重力方向柑向，所以Q
下凹曲面边界上得急变流断而如图2-1（b）,
2、3实验设备
2、4实验步骤
1、分辨测压管与毕托管并检査橡皮皆接头就是否接紧。
2、启动抽水机,打开进水阀门，使水箱充水并保持溢流，使水位恒世0
3、关闭尾阀K.检査测压管与毕托管得液面就是否齐平.若不平，则需检查管路就是否存在气泡并排出。
4、打开尾阀K.量测测压管及毕托管水头0
5、观察急变流断而A及B处得压强分布规律。
6、本实验共做三次，流量变化由大变小。
2、5实验数据记录与处理
1、有关常数记录
d,=cm。
（ds即d,山即D）
（测压管髙度单位为cm）
测次
1
4
5
6
8
9
A
fi筒内水得质fi（g）
测fi时间
（S）
流S（m
Vs）
测圧管液而商
总圧管液面商
测压管液面商
总斥管液面商
测压管液面高
总压管
液面商
测斥管
液面廊
总斥管液面高
测斥管
液面高
总斥管
液ifii商
测斥管
液面高
总侧测压管岛
外侧測斥管商
中间测
压管高
内侧测压管商
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3、实验结果
（1）绘制测压管水头线与总水头线（任选一组）O
水轿
认豹加加"；%%滋滋％渤％;%；泌％；%%
（2川•算断而5与断而2得平均流速与毕托管测点流速。
2、6注意事项
1、尾阀K开启一；^要缓慢•井注意测压管中水位得变化，不要使测压管水而下
降太多，以免空气倒吸入管路系统，影响实验进行.
2、流速较大时，测压管水而有脉动现象，读数时要读取时均值。
2\7思考题
1、实验中哪个测压管水面下降最大?
为什么？
2、甲托管中得水面高度能否低于测压管中得水而高度？
3、在逐渐扩大得皆路中，测压皆水头线就是怎样变化得?
3动*方程实验
3、1实验目得
1、测世管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加得冲击力.
2、将测出得冲击力打用动量方程计算出得冲击力进行叱较，加深对动量方程得理解。
3、2实验原理
Li
应用力矩平衡原理如图3—1•求
対流对平而板与曲而板得作用力.
力矩平衡方程：
式中：
F-射流作用力;L-作用力力臂;
图3・l动fi原理实验简图
Gi-磁码重:
a；Li—舷码力臂。
恒;^总流得动量方程为
若令，且只考虑苴中水平方向作用力,则可求得射流对平而板与曲面板得作用力公式为
式中：
0管嘴得流量卩一管嘴流速；
-射流射向平而或曲面板后得偏转角度。
:
水流对平而板得冲击力
3、3实验设备
实验设备及齐部分名称见图3-2,实验中配有得平而板与及得曲而板，另备大
小量筒及秒表各一只。
3、4实验步骤
1、测记有关常数。
2、安装平而板，调节平衡锤位置，使杠杆处于水平状态。
3、启动抽水机，使水箱充水并保持溢流。
此时，水流从管嘴対出，冲击平板中
心•标尺倾斜。
加法码并调节舷码位置，使杠杆处于水平状态，达到力矩平衡。
记录舷码质量与力臂Lw
4、用质量法测量流SQ用以i|•算Fw。
5、改变溢流板高度，使水头与流量变化，重复上述步骤。
6、将平而板更换为曲而板（及），又可实测与讣算不同流量得作用力.
7、关闭抽水机，将水箱中水排空，舷码从杠杆中取下，实验结朿。
3、5实验数据记录
水御质
S（g）
时间
（S）
流a（L
/S）
流速
（ni/s）
码质
fi（g）
力臂Li
（cm）
Fw
（N）
Fw
（N
>
谋差（％）
相关常数：
L=
Cm•管径d=
cm
3、6注意事项
1、量测流量后.量筒内水必须倒进接水器，以保证水箱循环水充足。
2、测流量时，计时与量简接水一左要同步进行，以减小流量得量测误差.
3、测流量一般测两次取平均值，以消除误差.
1、F賞与F畀有差异，除实验误差外还有什么原因？
2、流量很大与很小时各■对实验精度有什么影响？
3、实验中，平衡锤产生得力矩没有加以考虑，为什么?
4雷诺实验
4、1实验目得
1、观察层流与素流得流动特征及尖转变情况，以加深对层流、紊流形态得感性
认识。
2、测世层流与紊流两种流态得水头损失打断而平均流速之间得关系.
3、绘制水头损失与断面平均流速得对数关系曲线，即曲线，并让算图中得斜率m与临界雷诺数Rck。
4、2实验原理
同一种液体在同一®道中流动，当流速不同时，液体可有两种不同得流态•当流速
较小时，管中水流得全部质点以平行而不互相混杂得方式分层流动，这种形态得液体
流动叫层流。
当流速较大时，管中水流各质点间发生互柑混杂得运动•这种形态得液体流动叫做紊流.
层流与紊流得沿程水头损失规律也不同。
层流得沿程水头损失大小与断而平均
流速得1次方成正比，即•紊流得沿程水头损失与断而平均流速得1、75〜2、0次
方成正比，即。
视水流情况，可表示为，式中也为指数，或表示为。
毎套实验设备得管径d固立,当水箱水位保持不变时，管内即产生恒宦流动。
沿程水头损失与断而平均流速卩得关系可由能量方程导出：
当管径不变"取所以
值可以由压差计读出。
在圆管流动中采用需诺数来判别流态：
式中：
V-圆管水流得断而平均流速；d-圆管直径：
一水流得运动粘滞系数。
当Rc〈Rs（下临界雷诺数）时为层流状态，Rck=2320:
Re>Rcr（上临界雷诺数）时为素流状态，Rcl在4000-12000之间。
4、3实验设备
实验设备及各部分名称见图4-1所示。
图4一I雷诺实验仪
4、4实验步骤
（一）观察流动形态
将进水管打开使水箱充满水，并保持溢流状态;然后用尾部阀门调节流S,将阀门微微打开，待水流稳：
4^后，注入颜色水。
当颜色水在试验管中呈现一条稳宦而明显得流线时，管内即为层流流态，如图1所示。
随后渐渐开大尾部阀门,增大流量,这时颜色水开始颤动、弯曲，并逐渐扩散,当扩散至全管，水流紊乱到已瞧不淸着色流线时，这便就是素流流态。
（二）测是得关系及临界雷诺数
1、熟悉仪器，测记有关常数。
2、检査尾阀全关时，压差计液而就是否齐平、若不平，则需排气调平。
3、将尾部阀门开至最大，然后逐步关小阀门，使管内流量逐步减少；毎改变一次流量、均待水流平稳后，测楚毎次得流量、水温与试验段得水头损失（即压差）。
流量Q用质量法测量•用天平量测水得质Mm,根据水得密度讣算出体积匕用秒表讣时间T。
流量。
柑应得断而平均流速。
4、流量用尾阀调节，共做10次。
当Rc〈2500时，为精确起见，毎次压差减小值只能为3~5mm。
5、用温度计量测当日得水温•由此可査得运动粘滞系数，从而讣算雷诺数。
6、相反，将调节阀由小逐步开大,®内流速慢慢加大，重复上述步骤.
4、5实验数据记录
测次
质虽m（g}
时间t（S）
流虽Q（cn?
/S）
审诺数
流速（n”
$）
（Cm）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
°Co
3•绘制水头损失％与断而平均流速得对数关系曲线•即曲线，并计算图中得斜率m与临界需诺数Rek。
（用方格纸或对数纸）
1、有关常数
管径厶cnvK温厂二
2、实验数据及处理
lghf~lgv曲线
4、6注意事项
1、在整个试验过程中,要特别注意保持水箱内得水头稳定•毎变动一次阀门开度，均待水头稳宦后再量测流量与水头损失。
2、在流动形态转变点附近，流量变化得间隔要小些，使测点多些以便准确测定
临界雷诺数.
3、在层流流态时，由于流速I，较小，所以水头损失/[f值也较小，应耐心、细
致地多测几次•同时注意不要碰撞设备并保持实验环境得安静，以减少扰动。
4、7思考问题
1、要使注入得颜色水能确切反映水流状态.应注意什么问题?
2、如果压差计用倾斜管安装，压差计得读数差就是不就是沿程水头损失值?
管内用什么性质得液体比较好？
其读数怎样进行换算为实际压强差值？
3、为什么上、下临界雷诺数值会有差别？
4、为什么不用临界流速来判别层流与紊流？
5管道局部水头损失实验
5、1实验目得
1、掌握测定管道局部水头损失系数得方法•
2、将皆道局部水头损失系数得实测值与理论值进行比较。
3、观察管径突然扩大时旋涡区测压管水头线得变化情况,以及其她各种边界突
变情况下得测压管水头线得变化情况・
5、2实验原理
由于边界形状得急剧改变，主流就会与边界分离出现旋涡以及水流流速分布得改组，从而消耗一部分机械能•单位重量液体得能量损失就就是局部水头损失.
边界形状得改变有水流断面得突然扩大或突然缩小、弯道及管路上安装阀门等。
局部水头损失常用流速水头与一系数得乘积表示:
式中：
-局部水头损失系数，也叫局部阻力系数。
系数就是流动形态与边界形状得函数，即。
一般水流Rc数足够大时，可认为系数不再随Rc数而变化，而瞧作一常数。
管道局部水头损失目前仅有突然扩大可采用理论分析.并可得出足够精确得结果•貝她情况可以用实验方法测过值，也可以通过査找经验公式来确定值。
突然扩大得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:
式中，Ai与刃分别为突然扩大上游管段得断而而积与平均流速：
A2与V2分别为突然扩大下游管段得断面而积与平均流速。
5x3实验设备
水箱
5、4实验步骤
1、熟悉仪器，记录有关常数.
2、检查各测压管得橡皮管接头就是否接紧。
3、启动抽水机，打开进水阀门，使水箱无水，井保持溢流，使水位恒定。
4、检査尾阀K全关时，测压皆得液面就是否齐平，若不平，则需排气调平.
5、慢慢打开尾阀K,使流量在测压管量程范围内最大，待流动稳世后，记录测压管液而标高，用体积法测量管逍流量。
6、调节尾阀改变流量，重复测量三次0
5、5实验数据记录
1、有关常数记录
cm,d=
cm•水温t=
测次
水御质Sm（g）
时间Ms）
1点测压管商（cm）
3点测压管岛（Cm>
4上点测FR管商（cm）
13侧点测压管岛（cm）
14点测用管高（Cm）
16点测压管商（cm）
17点测乐管岛（cm）
18点测乐管為'（cm）
19点测斥管商（cm）
20点测压管商（cm）
21点测压
管高（cm）
1
2
3
4
5
6
7
8
cm。
要求测量90°弯管得曲率半径R三
2•实验数据记录
3、实验结果
测
次
突然扩大
突然缩小
90。
弯头
渓差（％）
误差（％〉
误差（％）
1
2
3
4
5
6
7
8
5、6注意事项
1、实验必须在水流稳定后方可进行。
2、计算局部水头损失系数时，应注意选择相应得流速水头;所选量测断面应选
在渐变流断而上，尤其下游断而应选在旋涡区得末端，即主流恢复并充满全管得断而上。
5\7思考题
1、试分析实测力厂与理论计算如有什么不同？
原因何在？
2、如不忽略管段得沿程损失力户所测出得值比实际得偏大还就是偏小?
在工程中使用此值就是否安全？
3、在相同管径变化条件下，相应于同一流量,其突然扩大得值就是否一定大于突然缩小得值？
4、不同得Re数时,局部水头损失系数值就是否相同?
通常值就是否为一常数?
6文德里流*计及孔板流*计实验
6、1实验目得
1、了解文徳里与孔板流量计测流量得原理及｝t简单构造。
2、绘出压差与流量得关系，确定文徳里流量计与孔板流量计得系数.
6、2实验原理
文徳里流量计就是在管道中常用得流量计。
它包括收缩段、喉管、扩散段三部分，由于喉管过水断面得收缩，该断面水流动能加大，势能减小，造成收缩段前后断面压强不同而产生得势能差。
此势能差可由压差il•测得.
孔板流量il原理与文徳里流量计相同，根据能量方程与连续方程以及等压而原
理可得出不il•阻力作用时得文徳里流量讣（孔板流量计）得流量计算公式：
式中
根拯实验室得设备条件，管逍得实测流量Q实可由体枳法测出0
在实际液体中，由于阻力得存在，水流通过文徳里流量计（或孔板流量计）时有能量损失，故实际通过得流量Q》一般比Qr稍小，因此在实际应用时•上式应予以修正，实测流量与理想流体情况下得流量之比称为流量系数，即
6、3实验设备
图6—1文徳里流量计与孔板流量计
6、4实验步骤
1、熟悉仪器，记录有关数据。
2、启动抽水机•打开进水开关，使水进入水箱，并使水箱水面保持溢流,使水位
3、检査尾阀全关时,压差让得液而就是否齐平，若不平，则需排气调平。
4、调节尾阀K,依次增大流量与依次减小流量•量测各次流量柑应得压差值。
共做10次。
流量Q用体积法测量0用量筒量测水得体枳V,用秒表记录时间T。
流崑
6、5实验数据记录
测次
压差（mm）
水得质虽（g）
时间（S）
1
孔口
文徳里
2
孔口
文徳里
3
孔口
文徳里
4
孔口
文徳里
5
孔口
文徳里
°C。
cnii水温t=.
6、6注意事项
1、改变流量时，需待开关改变后,水流稳定之后（至少需3〜5分钟），方可记录。
2、当管内流量较大时，测压管内水面会有波动现象。
可读取波动水而得最高打最低读数得平均值做为该次读数.
为什么:
PA-PB=hl-h2+h3-h4
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