水力学实验指导书文档格式.docx
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1、熟悉仪器，测记有关常数。
2、将调压筒旋转到适当高度，打开排气阀，使水箱内的液面与大气相通，此时液面压强Po二Pa。
待水面稳定后，观察各U形压差计的液面位置，以验证等压面原理。
3、关闭排气阀&
，将调压阀升至某一高度。
此时水箱内的液面压强PoPa观察各测压管的液面高度变化并测记液面标高。
4、继续提高调压筒，再做两次。
5、打开排气阀ki，使之与大气相通，待液面稳定后再关闭ki（此时不要移动调压筒）
6、将调压筒降至某一高度。
此时P。
Pa。
观察各测压管的液面高度变化,
并测记标高，重复两次。
7、将调压筒升至适当位置，打开排气阀ki，实验结束。
五、注意事项
1、升降调压筒时，应轻拉轻放，每次调压高度不宜过大。
2、在测记测压管液面标高时，一定要待液面稳定后再测读数。
若po未变而
测压管水面持续变化时，则表明阀门漏气，应采取修复措施。
六、思考题
1、什么情况下3、4两根测压管的高度相同？
2、液面标高'
、4-'
、3与'
6-'
5相等吗？
为什么？
3、调压筒的升降为什么能改变容器的液面压强Po？
4、实验时，密封容器内的水面能不能低于A点，为什么?
二、流线演示实验
一、实验目的
1、应用流动演示仪演示各种不同边界条件下的水流形态，以观察在不同边界条件下的流线、旋涡等，增强对流体运动特性的认识。
2、应用流动演示仪演示水流绕过不同形状物体的驻点、尾流、涡街现象及非自由射流等，增强对这些现象的感性认识。
、实验设备和仪器
流线可以形象地显示各种水流形态及其水流内部质点运动的特性。
而通过
各种演示设备就可以演示出流线。
常用的有烟风洞、氢气泡显示设备，及流动演
示仪等。
现以流动演示仪为例加以说明。
图2-1为流动演示仪的示意图，该仪器用有机玻璃制成，通过在水流中掺气的方法，演示不同边界条件下的多种水流现象，并显示相应的流线。
整个仪器
有不同的单元组成。
每个单元都是一套独立的装置，可以单独使用，亦可同时使用。
三、实验步骤
（一）、操作程序
1、接通电源，打开开关。
2、用调节进气量旋钮，调节气泡大小。
（二）演示内容
I型：
显示圆柱绕流等的流
线，该单元装置能十分清楚地显示出流体在驻点处的停滞现象、边界层分离状态
分离状况及卡门涡街现象。
1、驻点：
观察流经圆柱前端驻点处的小气泡运动特性，可
图2-1了解流速与压强沿圆柱周边的变化情况。
2、边界层分离：
流线显示了圆柱绕流边界层分离现象，可观察边界层分离
点的位置及分离后的回流形态。
3、卡门涡街：
即圆珠柱的轴与水流方向垂直，在圆柱的两个对称点上产生
边界层分离，然后不断交替在圆柱下游两侧产生旋转方向相反的旋涡，并流向下游。
U型：
显示桥墩、机翼绕流的流线。
该桥墩为圆珠笔头方尾的绕流体。
水流在桥墩后的尾流区内也产生卡门涡街，并可观察水流绕过机翼时的运动状态。
川型：
显示逐渐收缩、逐渐扩散及通过孔板（或丁坝）纵剖面上的流线图像。
1、在逐渐收缩段，流线均匀收缩，无旋涡产生；
在逐渐扩散段可看到边界层层分离而产生明显的漩涡。
2、在孔板前，流线逐渐收缩，汇集于孔板的过流孔口处，只在拐角处有一小旋涡出现；
孔板后水流逐渐扩散，并在主流区周围形成较大的旋涡回流区。
W型：
显示管道突然扩大和突然收缩时的管道纵剖面上的流线图像。
1、在突然扩大段出现强烈的旋涡区。
2、在突然收缩段仅在拐角处出现旋涡。
3、在直角转变处，流线弯曲，越靠近弯道内侧流速越小，由于水流通道很不畅顺，回流区范围较广。
四、注意事项
此处注意调节进气阀的进气量，使气泡大小适中，流动演示更清晰。
五、思考题
1、旋涡区与水流能量损失有什么关系？
2、指出演示设备中的急变流区。
3、空化现象为什么常常发生在旋涡区中？
4、卡门涡街具有什么特征？
对绕流物体有什么影响?
三、能量（伯努利）方程实验
1、观察恒定流的情况下，当管道断面发生改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。
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、测定管道的测压管水头和总水头值，并绘制管道的测压管水头线及总水头线。
二、实验原理
实际液体在有压管道中作恒定流动时，其能量方程如下:
2
hw
Z2B2V2
;
?
92g
液体在流动的过程中，液体的各种机械能（单位位能、单位压能和单位动能）是可以相互转化的。
但由于实际液体存在粘性，液体运动时为克服阻力而
要消耗一定的能量，也就是一部分机械能转化为热能而散逸，即水头损失。
因而
机械能应沿程减少。
对于均匀流和渐变流断面，其压强分布符合静水压强分布规律:
z卫=C或p=Po「gh:
g
但不同断面的C值不同
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—1（a）,离心力与重力方向相反，所以
P动:
P静。
下凹曲面边界上的急变流断面如图3—1（b）,离心力与重力方向相同，所以
P动p静。
列睫■育權其骑仪
实验设备及各部分名称如图3—2所示
1、分辩测压管与毕托管检查橡胶管接头是否接紧
2、启动抽水机，打开进水阀，使水箱充水并保持溢流，使水位恒定。
3、关闭尾阀k，检查测压管和毕托管的液面是否齐平。
若不平，则需要检查管路中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。
5、观察急变流断面A和B处的压强分布规律。
6、本实验共做三次。
五、实验要求及注意事项
1、在管流流量Q固定不变的情况下，观察管段内流体在不同位置的测压管水头线；
2、在某一级稳定流情况下，测定沿流各过水断面的平均位置高度z、测压
管高度—、流速水头丄及总水头H值。
pg2g
3、尾阀k开启一定要缓慢，并注意测压管中的水位的变化，不要使测压管水面下降太多，以免空气倒吸入管路系统，影响实验进行。
4、流速较大时，测压管水面有脉动现象，读数要读取均值。
六、思考题
1、实验中哪个测压管水面下降最大？
2、毕托管中的水面高度能否低于测压管中的水面高度？
3、在逐渐扩大的管路中，测压管水头线是怎样变化的？
四、动量方程实验
1、测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。
2、将测出的冲击力与动量方程计算出的冲击力进行比较，加深对动量方程
的理解。
应用力矩平衡原理如图4-1，求射流对平面和曲面板的作用力
力矩平衡方程:
FL=GL,，
GLi
图4-1
F二
L
式中：
F—射流作用力；
L—作用力力臂；
G—砝码重量；
L1—砝码力臂。
恒定总流的动量方程为
F=:
Q（-2^2--v），若令-2=-1=1，且只考虑其中水平方向作用力，则可求得射流对平面板和曲面板的作用力公式为：
F=『Qv（1-cos：
）
Q—管嘴的流量；
v—管嘴的流速；
•一射流射向平面或曲面板后的偏转角度。
-=90时，F平二?
QvF平一水流对平面板的冲击力；
=135时，F=：
Qv（1-cos135）=1.7073"
707F平
=180时，F=gv（1-cos180）=2二2F平
实验设备及各部分名称见图4—1
0H4-2动■原理买验仪
四、实验步骤
1、测记有关常数；
2、安装平面板，调节平衡锤位置，使杠杆处于水平状态；
3、启动抽水机，使水箱充满水并保持溢流。
此时；
，水流从管嘴射出，冲击平板中心，标尺倾斜。
加砝码并调节砝码位置，使杠杆处于水平状态，达到力矩平衡。
记录砝码质量和力臂。
4、用体积法测量流量Q用以计算F理；
5、重复上述步骤一次；
6、将平面板更换为曲面板（•'
-135'
及-180■）又可实测和计算不同流量的作用力；
7、关闭抽水机，将水箱中的水排空，砝码从杠杆上取下，实验结束。
五、注意事项及要求
1、量测流量后，量筒内的水必须倒进接水器，以保证水箱循环水充足;
2、测流量时，计时与量筒接水与离开均需要同步进行，以减小流量的量测
误差；
3、测流量一般测取两次，取平均值，以消除误差。
1、F实与F理有差异，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，平衡锤产生的力矩没有加以考虑，为什么？
五、雷诺实验
一、实验目的
1、观察层流和紊流的流动特征及转变情况，以加深对层流、紊流形态的感性认识。
2、测定层流和紊流两种流态的水头损失与断面平均流速之间的关系。
3、绘制水头损失hf和断面平均流速的对数关系曲线，并计算图中的斜率m和临界雷诺数Rec。
二、实验原理
同一种液体在同一管道中流动，当流速不同时，液体在运行中有两种不同的流态。
当流速较小时，管中水流的全部质点以平行而不互相混杂的方式分层流动，这种形态的游体流动称为层流。
当流速较大时，管中水流各质点间发生相互混杂的运动，这种形态的液体流动称为紊流。
层流与紊流的沿程水头损失规律不一样，根据试验，水头损失与断面平均
流速之间的关系式用hf二kvm表示，层流状态时，沿程水头损失大小与断面平均
流速的1次方成正比，即hfhv1.0;
而在紊流状态时，沿程水头损失大小与断面
平均流速的1.75〜2.00次方成正比，即hf二v1.750〜02.0。
每大实验设备的管径一定，当水箱水位保持不变时，管内即产生恒定流,
沿程水头损失hf与断面平均流速v的关系可由能量方程导出:
当管径不变时，vi=v2，取：
--2:
1.0，
所以hf=（Zi卫b-（Z2卫=h
Pg中
（h）值由压差计读取
在圆管流动中采用雷蔚为大观数来判别流态：
vd4Q4
RekQ;
k
*dd>
k—系数；
、••一水流的运动粘滞系数；
d—圆管直径；
Q—流量
当Re：
Rec（下临界雷诺数）时为层流状态，Re.二2320;
当Re-Rec（上临界雷诺数）时为层流状态，只轧在4000〜12000之间
色水
抽水机
图5—1雷诺实验仪
1.观察流动状态
将进水管打开使水箱充满水，并保持溢流状态；
然后用尾阀调节流量，将阀门以极慢速打开，待水流稳定后，注入有色指示剂。
当有色指示剂在试验管中呈现一条稳定而且明显的流线时，管内即为层流流态。
随后渐渐开大尾阀门，增大流量，这时有色指示剂开始颤动、弯曲，并逐
渐扩散，当扩散至全管，水流紊乱到已看不清有以指示剂着色的流线时，此时即
为紊流流态。
2.测定hf〜v的关系及临界雷诺数
1）熟悉仪器，测记有关常数。
2）检查尾阀全关时，压差计液面是否齐平，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；
每
改变一次流量，均待水流平稳后，测定每次的流量、水温和试验段的水头损失（即压差）。
流量Q用体积法测量。
用量筒量测水的体积V，用秒表计时间T。
流量Q=V。
相应的断面平均流速v=Q。
TA
4）流量用尾阀调节，共做10〜15次。
当Re<
2500时，为精确起见，每次压差减小值只能为3〜5mm。
5）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Re上。
V
6）相反，将调节阀由小逐步开大，管内流速慢慢加大，重复上述步骤。
五、注意事项
1•在整个试验过程中，要特别注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。
2•在流动形态转变点附近，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。
3.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的安静，以减少扰动。
1.要使注入的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和紊流？
六、管道沿程水头损失实验
1、掌握测定管道沿程水头损失系数•的方法；
2、绘制沿程水头损失与雷诺数Re的对数关系曲线。
对通过一等直径管道中的恒定水流，在任意两过水断面1—1、2—2上写能
量方程，可得
hf=（ZiPi/，g）-（Z2P2/-g）
同时，我们知道沿程水头损失的表达式:
则沿程水头损失系数•为
（乙口/呵）_（Z2P2/?
g）hf
lv2lv2
d2gd2g
一般可认为
-与相对粗糙度耳及雷诺数Re有关。
即'
=f（S,Re）。
d
实验设备及部分名称如图6—1所示
S沿程水头损失实验仪
1、熟悉实验设备，记录有关常数。
2、启动抽水机，打开进水阀门，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。
3、检查尾阀K全关时，压差计的液面是否齐平，苦不平，则需要排气调平
4、调节尾阀K，使流量在压差计量程内达到最大，待水流稳定后记录压差计读数，水温和量测其流量，流量用体积法量测。
5、逐渐关闭尾阀K，依次减少流量，量测各次流量和相应的压差值。
共做
10~15次。
6、用温度计测记本次实验的水温t。
并查得相应的>
值，从而可计算出相
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