水力学实验书.docx
《水力学实验书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水力学实验书.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
水力学实验书
（一）静水压强实验
一、实验目的要求
1、掌握用测压管测量流体静压强的技能;
2、验证不可压缩流体静力学基本方程；
3、通过对诸多流体静力学现象的实验分析研讨，进一步提高解决净力学实际问题的能力。
二、实验装置
本实验的装置如图1.1所示。
图1.1流体静力学实验装置图
1.测压管；2.带标尺测压管；3.连通管；4.U型测压管；5.油底面；6.油柱面；11.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▽B、▽C、▽D系测点B、C、D标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则▽B、▽C、▽D亦为ZB、ZC、ZD;
3．仪器所有阀们旋柄顺管轴线为开。
三、实验原理
在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程
=
const
或
0
（1.1）
式中：
z----------被测定在基准面以上的位置高度；
---------被测点的静水压强，以相对压强表示，以下同；
0---------水箱中液面的表面压强；
------液体容重；
----------被测点的液体深度；
另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：
0
（1.2）
图1.2图1.3
据此可用仪器（不用另外尺）直接测锝S0。
四、实验方法和步骤
1．搞清仪器组成及其用法。
包括：
⑴各阀门的开关；
⑵加压方法关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气；
⑶减压方法开启筒底阀11放水；
⑷检查仪器是否密封加压后检查测压管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NO。
及各常数（记入表1.1）
（1.2）推导如下：
当U型管中水面与油水界面齐平（图1.2），取其顶面为等压面，有P01=
h1=
H
（1）
另当U型管中水面与油面界面齐平（图1.3），取其油水界面为等压面，则有
P02+
H=
H又P02=–
h2=
H–
H
由上两式联解可得：
H=h1+h2
代入式
（1）得：
3．量测点静压强（各点压强用厘米水柱高表示）
⑴打开通气阀（此时p0＝0），记录水箱液面标高▽0和测压管2液面标高▽H（此时▽0＝▽H）；
⑵关闭通气阀及截止阀，加压使之形成p0＞0，测记▽0及▽H；
⑶打开放水阀11，使之形成P0＜0（要求其中一次
＜0，即▽H＜▽B）测记▽0及▽H。
4．测出4＃测压管插入小水杯水中的深度。
5．测定油比重S0。
⑴开启通气阀，测记▽0；
⑵关闭通气阀，打气加压（p0＞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▽0及▽H（此过程反复进行3次）；
⑶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1.3），测记▽0及▽H（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NO.
各测点的标尺读数为：
▽B=cm,▽c=cm,▽D=cm,
ω=N/cm3
2．分别求出各次测量时，封闭容器的压强，B、C、D点的压强，（Z+
）是否为常数。
3．求出油的容重。
ρ0=kg/cm3
六、实验分析与讨论
1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？
2．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定
0。
3．如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？
表1.1流体静压强测量记录及计算表单位：
cm
实验条件
次序
水箱液面
▽0
压强水头
液位
P0
ρ0
h1
h2
h3
h4
h5
h6
P0>0
1
2
3
P0<0
（其中一次PB<0）
1
2
3
注：
表面基准面选在ZC=cmZD=cm
任课老师签名：
（二）沿程水头损失实验
一、实验目的要求
1．加深了解园管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制
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．测得的Re-
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.实验管段；7.水银压差计；8.滑动测量尺；9.测压点；10.实验流量调节阀；11.供水管和供水阀；12.旁通管和旁通阀，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。
装置简图如下图所示。
型式Ⅱ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。
为避免因水泵直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。
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，供水器设有与畜水箱直接的旁通管（图中未标出），通过分流可使水泵持续稳定运行。
旁通管中设有调节分流量至畜水箱的阀门，即旁通阀，实验流量随旁通阀开度减少（分流量减少）而增大。
实际上旁通阀又是本装置用以调节流量的重要阀门之一。
3.稳压筒为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接由2只充水（不满顶）之密封立筒构成。
4．电测仪由压力传感器和主机两部分组成。
经由连通管将其接入测点（图7.2）。
压差读数（以厘米水柱为单位）通过主机显示。
图7.2
1.压力传感器；2.排气旋钮；3.连通管；4.主机
5.压差计
三、实验原理
由达西公式
得
另由能量方程对水平等直径园管可得
压差可用压差计或电测。
对于多管式水压差有下列关系：
式中，
分别为水的容重；
为水柱总差。
四、实验方法与步骤
准备Ⅰ对照装置图和说明，搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；检查畜水箱水位是否够高及旁通阀12是否已关闭。
否则予以补水并关闭阀门；记录有关实验常数：
工作管内径d和实验管长L（标志于畜水箱）。
准备Ⅱ启动水泵。
本供水装置采用的是自动水泵，接通电源，全开阀12，打开供水阀11，水泵自动开启供水。
准备Ⅲ调通量测系统。
1．压紧水压计止水夹，打开出水阀10和进水阀11（逆钟向），关闭旁通阀12（顺钟向），启动水泵排除管道中的气体。
2．全开阀12，关闭阀10，松开水压计止水夹，并旋松水压计之旋塞F1，排除水压计中的气体。
随后，关阀11，开阀10，使水压计的液面降至标尺零指示附近即旋紧F1。
再开启阀11并立即关闭阀10，稍候片刻检查水压计是否齐平，如不平则需重调。
3．水压计齐平时，则可旋开电测仪排气旋扭，对电测仪的连接水管通水、排气，并将电测仪调至“000”显示。
4．实验装置通水排气后，即可进行实验测量。
在阀12、阀11全开的前提下，逐次开大出水阀10，每次调节流量时，均需稳定2—3分钟，流量愈小，稳定时间愈长；测流时间不小少8秒；测流量的同时，需测记水压计（或电测仪）、温度计（温度表应挂在水箱中）等读数：
层流段：
应在水压计△h—20mmH2O,测记3-5组数据。
紊流段：
夹紧水压计止水夹，开大流量，用电测仪记录hf值，每次增量可按△h—80mmH2O递加，直至测出最大的hf值。
阀的操作次序是当阀11、阀10开至最大后，逐渐关阀12，直至hf显示最大值。
5.结束实验前，应全开阀12，关闭阀10，检查水压计与电测仪是否指示为零，若均为零，则关闭阀11，切断电源。
否则，表明压力计已进气，需重做实验。
五、实验成果及要求
1.有关常数。
实验装置台NO.
圆管直径d=cm量测段长度L=85cm。
2.记录及计算（见表7.1）。
3.绘图分析*绘制
曲线，并确定指数关系值m的大小。
在厘米纸上以
为横坐标，以
纵坐标，点绘所测的
关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。
求厘米纸上直线的斜率
将从图上求得的m值与已知各流区的m值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流区m=2.0，紊流过渡区1.75六、实验分析与讨论
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.据实测m值判别本实验的流区。
3.本次实验的结果与莫迪图吻合与否？
分析其原因。
表7.1记录及计算表
常数K=л2gd5/8L=cm5/s2圆管直径d=cm量测段长度L=85cm。
实验装置台NO.
次序
体积
cm3
时间
s
流量
cm3/s
流速
cm/s
水温
℃
粘度υ
cm2/s
雷诺数
Re
电测仪
读数cm
沿程损失
cm
沿程损失系数λ
Re<2320
λ=64/Re
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
次序
体积
cm3
时间
s
流量
cm3/s
流速
cm/s
水温
℃
粘度υ
cm2/s
雷诺数
Re
比压计cm
沿程损失
cm
沿程损失系数λ
Re<2320
λ=64/Re
h1
h2
h3
h4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
升级会员 