静水压强实验1不可压缩液体恒定流能量方程实验6

静水压强实验1不可压缩液体恒定流能量方程实验6 长 春 工 程 学 院 目 录 一、静水压强实验 1 二、不可压缩液体恒定流能量方程实验 6 三、不可压缩液体恒定流动量方程实验 10 四、雷诺实验 15 五、文丘里实验 18 六、局部水头损失实验 22 七、沿程水头损失综合性实验 26 八、毕托管测流速 32 九、孔口与管嘴出流实验 36 十、水跃、堰流综合性实验 40 流体力学基础实验室 2009年3月 实验 一 静水压强实验 实验类型 实验时间 成绩 同组人数 一、实验目的 1、验证静止液体的静水力学基本方程式; 2、掌握测定静止液体面压强和静止液体内部任意点静水压强的方法，加深对静水力学基本方程式的理解; 3、理解位置水头、压强水头及测压管水头的基本概念，并观察测压管水头的现z，p,g,k象; 4、掌握测定未知液体密度的方法(未知液体密度测定方法有好多种，这里只是其中一种)。 二、实验设备 图1 静水压强实验设备图 1. 测压管，2. 带标尺的测压管，3. 连通管，4. 真空测压管，5. U型测压管，6. 通气阀，7. 加压打气球，8. 截止阀，9. 油柱，10. 水柱，11. 减压放水阀 三、实验原理 1、基本公式 1 p,p，,gh0 式中:—被测点的静水压强(相对压强); p —水箱内液面的表面压强; p0 —液体的密度; , h—被测点在液面下的深度。 2、测定某种液体的密度 利用图1所示的静水压强实验设备，在测定B、C点压强的同时，测定,形管5内油的密度。 ,0 ,形管内装有水和油，两种液体，设其密度分别为和，根据等压面原理可以求出。 ,,,w00四、实验注意事项 1、要保持容器具有良好的密闭性，如果容器加压后，测压管1和2水面读数持续变化时，则表明容器的密闭性能不好; 2、弄清楚测压管读数的基准面(测压管读数的基准面在刻度尺的零刻度)。 3、一定要待液面稳定后再读数，并注意应使三点在一个水平面上(眼睛、尺和管中液面)。 五、实验方法和实验步骤 1、首先了解实验设备的组成部分及其作用，然后记录实验设备中,、,、D点的标高 ,、,、,。BCD 2、打开加压阀7(此时容器内液面压强)，要注意排除各测压管内存在的气泡，并检查p,00 1、2和3管内液面是否与水箱液面处于同一水平面上，然后记录水箱内液面标尺读数,。 0 3、检查无误后，分两种情况进行实验: (1)p,0情况:关闭通气阀6，向容器内打气加压，使封闭水箱内的液面压强p,0，待00测压管内水位稳定后，读出各测压管的水位标尺读数，记入表1中，供计算时使用。然后再重复以上做法，测读两次。 p,0(2)情况:先打开通气阀6待液面稳定后再将其关闭，在水箱底部打开减压放水阀11，0 p,0排出少许水，使封闭水箱内的液面，待各测压管水位稳定后读出数据，记入表1中，以便计0 算。再以同样方法和步骤重复做两次。 六、实验成果及要求 1、记录有关常数 (1)实验台号: ; ,,cmcm,cm(2)各测点的读数:, ;, ;, ; CBD 2 (3)水的密度 。 ,,w 2、求出油的密度 。 ,,0 3、分别求出各次测量的,、,各点压强，以及封闭水箱中液面压强。在选择同一基准面的情况下，验证静止液体内任意两点,、,的测压管水头。 z，p,g,C 4、写出成果小结。 表1 测压管测量记录及计算表格(单位:) cm 测压管水头 压强水头(cm)(cm)水箱 测压 实验 次液面 管液pppCDBp,,,A条件 序 面 ,pp,,,gggCD z,，，z,g0CD ,,g,g,,,,,,,,,HHBHCHD ,,,H0 1 p,00 1 2 p,00 3 1 p,002 注:若表中基准面选在刻度尺的零点则 、。 Z,,Z,,CCDD 表2 油容重测量记录及计算表格(单位:) cm ,0水箱液面测定管2,h,h,12 , w条件 次序 hh标尺读数 液面标尺12 ,,,,,,H00Hh(h，h) 读数112,,0H 1 p,0且0 2 U型管中水 面与油水交 3 界面齐平 1 p,0 0 且U型管中 2 水面与油面 3 齐平 3 七、思考题 1、用实验结果来说明，重力作用下静止液体压强的基本规律。 2、结合实验，说明同一种液体内的测压管水头连接成什么样的面,与水箱中的水面有什么关系, 3、测定某种液体容重，利用的是什么原理，并推导该种液体容重计算公式。 4、打开通气阀后，哪些测压管中水面与水箱中液面平齐,若改变水箱中液面压强值，又有p0哪些测压管中液面与水箱中液面平齐, 4 实验二 不可压缩液体恒定流能量方程实验 实验类型 实验时间 成绩 同组人数 一、 实验目的: 1、通过实验，掌握水动力学中水力要素的测量技术:如流量、压强等的测量，利用测得的物理量计算其它未知物理量; 2、验证恒定流的能量方程; 3、通过对各种水力现象的观察与分析，结合量测数据，进一步掌握水流的动、势能的转换关系，加深对能量方程的理解; 4、根据各断面的动、势能的量测数据，学会绘制测压管水头线及总水头线，并判断其合理性。 一、 实验设备 图2 能量方程实验设备图 1、自循环供水箱;2、实验台;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、实验管道;11、测压点;12、毕托管;13、流量调节阀。 二、 实验原理及其方程式: 实验设备是由一根基本管路和两段变断面管路串联而成的管路系统，并在相应的断面处设置测 5 压管。水流通过管路系统产生能量转换。沿实验管路内的水流方向截取若干过水断面，可列出从进口断面,到任一断面,的能量方程式(,,,、,、,„„,) 22pavpaviii111 z，，,z，，，h1iw1,i,2,2gggg p令α,α,„„,α,,。选好基准面，从设置的各断面上的测压管读出()值，，z,,,,g 2,v并测出流过管路的流量，即可算出管路中的平均流速及值，从而得到各端面的测压管水头值v2g 和总水头值。 四、 注意事项 1、分清楚实验管路中所用的两种测量设备(毕托管、测压管);毕托管是用来测定该点的总水头;测压管用来测定该断面的测压管水头(势能水头)。 2、阀门开启一定要缓慢，并注意测压管中水位的变化，在测大流量时不要使测压管水面下降过大致使空气倒吸入管路系统，影响实验进行，并保证每根测压管中的水位，在刻度尺的可读范围之内。 、测大流量时，测压管水面波动现象明显，读数时取时均值。 3 五、 实验方法与步骤: 1、熟悉实验设备，分清每根测压管与测压点，毕托管测点的对应关系。 2、打开电源开关供水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管中水面是否齐平，若测压管中水面不平则进行排气调平(打开、关闭流量调节阀，来回几次即可)。 3、打开阀13 ，观察测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。 4、自己定出几个流量值，调节阀门13的开度，使流量变化从小到大，待流量稳定后，记录各测压管的液面读数，同时测记实验流量(与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数)。 5、再调节阀门13的开度,,,次，其中一次阀门开度大到使19管液面降到标尺最低点(刻度在可读范围内)为限，待流量稳定后，记录各测压管的液面读数，同时测记实验流量。 六、 实验成果及要求 1、记录有关实验常数 (1)实验台号: 。 6 (2)水箱液面高程 ;上管道轴线高程 。 cmcm表1 实验管径常数记录表格(注意区分管径半径的大小) 2 6* 8* 10 12* 14* 16* 18* 测点编号 1* 3 4 5 7 9 11 13 15 17 19 管径 cm 4 4 6 6 4 13.5 6 10 29 16 16 两点间距 cm 注:? 打“*”者为毕托管测点 ? 2、3为直管均匀流段同一断面上的两个测压点，10、11为弯管非均匀流段同一断面上的二个测点。 p表2()数值测记表 (基准面选在标尺的零点上) ，z,g Q测点编号 2 3 4 5 7 9 10 11 13 15 17 19 3 (cm/s) 1 实验 2 次数 3 2、计算流速水头和总水头。 3、绘制上述成果中最大流量下的总水头线和测压管水头线。 4、写出成果分析小结。 表3 流速水头计算表 333 Q,Q,Q,(cm/s)(cm/s)(cm/s)管径 v222vvd vvv AAA 2g2222g (cm)(cm/s)2g (cm/s)(cm/s)(cm)(cm)(cm) (cm)(cm) (cm) 2pv,zcm表4 总水头 计算表 (单位:) (，，)gg2, 32 3 4 5 7 9 10 11 13 15 17 19 测点编号 Q(cm/s) , 实验次数 , , 7 七、 思考题 1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同,为什么, 2、测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题, 、观察实验中哪个测压管中水面下降最大，为什么, 3 4、试问避免喉管(测点,)处形成真空有哪几种技术, 8 实验三 不可压缩液体恒定流动量方程实验 实验类型 实验时间 成绩 同组人数 一、实验目的 ,、验证不可压缩液体恒定流的动量方程 ,、通过对动量与流速、流量、出射角度等因素间的相关性分析研究，进一步掌握流体动力学的动量守恒特性。 二、实验设备 图 3 动量方程实验设备图 1、自循环供水器箱;2、实验台;3、可控硅无级变速器;4、水位调节阀;5、恒压水箱;6、管嘴;7、集水箱;8、带活塞的测压管;9、带活塞和翼片的抗冲平板;10、上回水管。 三、实验原理 1.仪器工作原理 自循环供水装置,由离心式水泵和水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节由带开关的流量调节器,控制。水流经供水管供给恒压水箱5，溢流水经回水管流回蓄水箱。工作水流经管嘴,形成射流，射流冲击到带活塞和翼片的抗冲板9，并以与入射角成90度的方向离开抗冲击板。带活 9 塞的抗冲击板在射流力和测压管8中的水重力作用下处于平衡状态。活塞形心水深h。可由测压管8测得，由此可求得射流的冲力，即动量力F.冲击后的弃水经集水箱7汇集，再经上回水管10流出，出口处用体积法或重量法测定流量。水流最后经漏斗和下回水管流会蓄水箱。 为了自动调节测压管内的水位，以使带活塞的平板受力平衡以及减小摩擦阻力对活塞的作用，实验装置应用了自动控制的反馈原理和动摩擦减阻技术，具有以下的结构: 本 带活塞和翼片的抗冲击板9和带活塞套的测压管8如图4所示，该图是活塞退出活塞套时的分部件示意图。活塞中心设有一细导水管a,进口端位于平板中心，出口端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。在平板上设有翼片,，在活塞套上设有窄槽;。 图4 活塞结构图 工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管,向测压管内加水。当射流冲击力大于测压管内水柱对活塞压力时，活塞内移，窄槽;关小，水流外溢减小，使测压管内水位升高，水压力增大。反之，活塞外移，窄槽开大，水流外溢增多，即可达到射流冲击力与水压力动态平衡。这时活塞处于半进半出、窄槽部分开启的位置上，过,流进测压管的水量和过;外溢的水量相等。由于平板上设有翼片,，在水流冲击下，平板带动活塞转动，因而克服了活塞在沿轴向滑移时的摩擦力。 为了验证本装置的灵敏度，只要在恒定流受力平衡状态下，人为地增减测压管中的液面高度，可发现即使改变量不足液柱高度的?5,(约0.5,1mm)，活塞在旋转下也能有效地克服动摩擦力而做轴向位移，开大或减小窄槽，使过高的水位降低或过低的水位升高，恢复原来的平衡状态。这表明该装置的灵敏度高达0.5,，也即活塞轴向动摩擦力不足总动量力的0.5,。 2.实验基本原理 恒定总流动量方程为 10 , ,,Q(,v,,v)F2211 取脱离体如图4所示，因滑动摩擦阻力水平分力,<0.5%F，可忽略不计，在,方向上的动量,X 方程为 ,2 ，，F,,pA,,,ghD,,Q0,,vxcc11x4 即: ,2,,Qv,,ghD,0 xc114 式中:—作用在活塞圆心处的水深; hc D—活塞的直径; —射流流量; Q —射流的速度; v1x —动量修正系数。 ,1 d实验中，在平衡状态下，只要测量流量、测压管液柱值，由给定的管嘴直径和活塞直径hQc D，便可验证动量方程式并计算射流的动量修正系数值。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞,1 圆心处，标尺的液面读数，即为作用在活塞圆心处的水深。 四、注意事项 1、测压筒排气时，可以松开扭阀，将测压筒来回移动，把其中的气泡排除。 2、看清楚实验装置的结构，构造，并理解平衡时的力的分布状态。 3、细导管a中的水流与水平力垂直，可以通过观看细导管a中水流的大小,来判别活塞的移动方向。 五、实验方法与步骤 1)准备:熟悉实验装置各部分的名称、结构特征、作用性能，记录有关常数。 2)开启水泵:打开调速器开关，水泵启动2,3分钟，以利用水流排除离心式水泵内滞留的空气。 3)调整恒压水箱水位位置:待恒压水箱顶溢流后，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上。当测压管内液面稳定后，记下测压管内液面的 11 标尺读数，即值。 hc 4)测量流量:利用体积法或重量法，在上回水管的出口处测量出流的流量，流量时间要求在15,20秒以上。可用塑料桶等容器，通过活动漏斗接水，再用量筒测量其体积(也可用重量法测量)。 5)改变水头重复实验:逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节调速器，使溢流量适中，待水面稳定后，按3,5步骤重复进行实验。 六、实验成果及要求 1、有关实验常数 (1) 实验台号: 。 d,(2) 管嘴内径 ，活塞直径D, 。 cmcm 2、测出实验数据并记在下表中。 表1 实验测量记录及计算表 流量 体积 管嘴作 活塞作 时间 动量力 动量修 流速 测量 Q vV用水头 用水头 T 正系数 F(N)次数 33 (cm/s) (s), H(cm)h(cm) (cm) (cm/s)c0 1 2 3 4 5 3、取某一流量，绘出脱离体图，阐明分析计算的过程。 4、写出成果分析小结。 六、思考题 F,,Q(,V,,V)F1、总流动量方程为，试问中都包括那些力, ,,2211 2、如果由动量方程求得的力得负值，说明什么问题, 3、带翼片的平板，在射流力作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板，沿,方向的动量方程有无影响,为什么, 12 实验四 雷诺实验 实验类型 实验时间 成绩 同组人数 一、实验目的 1、通过对层流、紊流的流态观察，对临界雷诺数的测量分析，掌握圆管流态转化的规律; 2、进一步掌握层流、紊流两种流态的运动特性和动力学特性。 二、实验设备 图5 自循环雷诺实验设备图 1、自循环供水器;2、实验台;3、可控硅无级调速器;4、恒压水箱;5、有色指示水供水箱;6、稳水孔板;7、溢流板;8、实验管道;9、实验流量调节阀。 三、实验原理 ,dQ44Re,,,KQ,KRe圆管雷诺数的公式 ,,dvvdv 四、注意事项 Re1、测下临界值时，阀门一定按从大到小的顺序打开，调到临界值时，开始测量，此时阀门 Re不能再变化;测上临界值时，阀门按从小到大的顺序开启，调到临界值时，开始测量，此时阀门不能再变化。 13 2、距离水流出口处30范围内为过渡段，水流的流态不稳定，应观测30以后的那些管流段。 DD 3、颜色针的头部不能有气泡。 五、实验方法与步骤 1、记录本实验有关的常数。 2、观察两种流态。 打开开关3使水箱充水至溢流水位，待水箱水面稳定后，微微开启调节阀9，将颜色水注入实验管内，使颜色水流汇成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水线型的变化观察层流转变到紊流的水力特性;全开调节阀，待管中出现完全紊流后，此时颜色水完全扩散，再逐步关小调节阀，观察水流由紊流转变为层流的水力特性。 3、 测定下临界雷诺数。 (1)将调节阀打开，使管中水流呈完全紊流状态，再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调节到使颜色水在全管中刚刚拉直成一直线状态时，即为下临界状态。每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟。 (2)待管中出现临界状态时，用体积法测定流量，流量测定时，计时时间大于15秒。 (3)根据所测流量计算下临界雷诺数。 4)重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次。 ( (5)同时由水箱中的温度计测出水温，从而查得水的运动粘滞系数。 注意:流量不可开得过大，以免引起水箱中的水体紊动，若因水箱中的水体紊动而干扰进口水流时，须关闭阀门，静止3,5分钟，再按照步骤(,)重复进行。 4、测定上临界雷诺数 逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过度到紊流，当颜色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界状态1,2次。 六、成果要求 1、有关常数 (1) 实验台号: 。 :d,Ccm(2) 管径 ， 水温 。 t, 0.01775,,(3) 运动粘滞系数 21，0.0337t，0.000221t 3K,s/cm (4) 计算常数 14 2、计算上下临界雷诺数 表1 量测记录、计算表格 水体体积 流量 时间 实验颜色水 闸门开度增 雷诺数 备注 33, T(s)次序 形态 (?)或减(?) V(cm)Q(cm/s) 注: 上、下临界各三组;颜色水形态:稳定直线，稳定略弯曲，旋转，断续，直线抖动，完全散开等。 3、写出成果分析小结。 七、思考题 1、流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速, 2、通过实验现象分析层流和紊流时液体质点运动方式有什么不同, 3、为什么认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判别依据, 15 实验五 文丘里实验 实验类型 实验时间 成绩 同组人数 一、实验目的 1、掌握并利用压差计，测量文丘里流量计管道中的压差，进而换算出管道中的流量;求出文丘里流量计的流量系数， 2、验证理解文丘里流量计的水力特性。 二、实验设备 图6 文丘里实验设备图 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、溢流板;6、稳水孔板;7、文丘里实验管段;8、测针调气阀;9、测压计;10、滑尺;11、4管压差计;12、流量调节阀 三、实验原理 根据能量方程式和连续性方程式，可得在不计阻力作用时的文丘里管过水能力关系式 16 ,2d14 Q',2g[(Z，p/,),(Z,p/,)],K,h1122d41(),1d2 式中: ,24 K,d2g/(d/d),11124 pp12 ，为两过水断面测压管水头差。 ()(),h,Z，,Z,12,, 实际上由于阻力的存在，通过的实际流量恒小于。 QQ' 今引入一无量纲系数，称为流量系数，对计算所得的流量值进行修正。 ,,,Q/Q' 即 Q,,Q',,K,h四、 注意事项 第一和第四;第二和第三测压管在没有流量时应是平齐的。 五、实验方法与步骤 1、记下有关常数，并检查实验流量调节阀全关时，测压管液面读数是否为0，h,h，h,h1234 不为0时，需查出原因并予以排除。 2、调节阀门，观察测压管4，等到测压管4中液面到达最低时(测压管4中液面在刻度尺上可 读出)，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数h、h、h、h，并用秒表(时间大于15秒)、量1234筒或重量法测定流量。 3逐次关小调节阀，改变流量，注意调节阀门应缓慢。 4、 把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。 5、如测压管内液面波动时，应测取时均值。 6、实验结束，需按步骤,校核比压计是否回零。 六、成果要求 1、有关常数及实验数据 (1)实验台号: 。 17 (2) ， ， d,cmd,cm12 :2水温, , cm/sC,t ,,水箱液面标尺 ，管轴线高程值 。 ,,cmcm0 表1 实验数据量测记录表格 测压管读数 电子量测值 水量 测量时间 次数 h hhh33124,h (cm) (s)(cm) (cm)(cm)(cm)(cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 2.5Kcm/s表2 计算表格 , ' Q ,h,(h,h，h,h)QQ,K,h次1234 ,,R e33数 (cm)Q' (cm/s) (cm/s) 1 2 3 4 5 6 7 8 R~,2、绘制Q~,h与曲线图; e 3、写出成果分析小结。 18 七、思考题 1、本实验中，影响文丘里管流量系数大小的因素有哪些,那个因素最敏感, '2、为什么与不相等, QQ 3、文丘里管喉颈处容易产生真空，允许最大真空度为6,7m HO。中应用文丘里管时，应2 检验其最大真空度是否在允许范围内。根据你的实验成果，分析本实验流量计喉颈最大真空值为多少, 19 实验六 局部水头损失实验 实验类型 实验时间 成绩 同组人数 一、实验目的 1、掌握利用三点法、四点法测量局部水头损失与局部阻力系数的技能; 2、通过对圆管突然扩大部位的局部阻力系数的测定和突然缩小部位的局部阻力系数测定，并与经验公式的结果进行对比与分析，找出它们之间的差别。 二、实验设备 图7 局部阻力系数测定试验设备图 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、溢流板;6、稳水孔板;7、突然扩大实验管段;8、测压计;9、滑动测量尺10、测压管;11、突然收缩试验管段;12、流量调节阀;13、排气阀。 三、实验原理 由沿水流方向的局部阻力断面的前后能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得: h由h1、 突然扩大，采用三点法计算，下式中按流长比例换算得出: f1,2f2,3 20 22pvpv,,1122实测值: h,[(Z，)，],[(Z，)，，h]j12f1,22g2g,, 2,v1 ,h/,j2g A21理论值: ,',(1,)A2 2v,'2 h',,j2g ,、突然缩小，采用四点法计算，下式中,点为突然缩小点，换算得出，h由hh由hf4,Bf3,4fB,5f5,6换算得出。 22pvpv,,5544实测值: h,[(Z，)，,h],[(Z，)，，h]j4f4,B5fB,52g2g,, 2,v5 ,h/,j2g A25理论值:,'',0.5(1,) A3 2v,''''5 h,,j2g 四、注意事项 1、弄清楚并掌握测量方法:三点法，四点法和两点法。1-3点用作三点法的测点，用 于突然扩大时的情况;3-6点用作四点法的测点，用于突然缩小时的情况。其中3点为公共 点。三点法不能用作突然收缩的情况。这主要是因为突然收缩出现了两个旋涡区，这里的损 失出现一定的偏差。 2、排出气泡。通过流量调节阀的开关，可利用大气泡将小气泡带走(流量由小到大)。 3、流量调节阀的最大开度，是指能在刻度尺上读出测压管中液面的最小值时的开度。 五、实验方法与步骤 1、记录实验有关常数。 2、打开可控硅无级调速器开关，使恒压水箱充水，排出实验管道中的滞留气体。待水箱溢流后，检查流量调节阀全关时，各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。 21 3、打开流量调节阀使测压管中液面在刻度尺上能读出最小值时，待流量稳定后，测记测压管读 数，并用秒表(时间大于15秒)、量筒或重量法测定流量。 4、改变流量调节阀的开度(可根据自己的需要确定)3,4次，分别测记测压管读数及流量。 5、实验完成后关闭流量调节阀，检查测压管液面齐平后再关闭电源。 六、成果要求 1、有关实验常数 (1)实验台号 。 (2) d,d,d,D,________cm,d,D,________cm,234211 d,d,D,______cm,l,24cm,l,12cm,5632,31,2 l,12cm,l,6cm,l,6cm,l,6cm,3,4B,55,64,B AA251 ,',(1,),___________,,'',0.5(1,),__________。AA32 2、实验数据 表1 量测记录表格 3 测压管读数(cm)流量 Q(cm/s)次数 体积 流量时间 1 2 3 4 5 6 33 (s) (cm)(cm/s) 2、计算管道断面突然扩大处的局部损失系数; 2、计算管道断面突然缩小处的局部损失系数; 4、写出成果分析小结。 22 表2 计算表格 阻 后断面E 前断面E12 22次力 流量 Q v,,vv' vhh , EEjj3数 形 2g2gcm/s cm/s cmcmcm/s 式 cmcm 1 2 突 然 3 扩 4 大 5 1 突 2 然 3 缩 4 小 5 七、思考题 1、结合实验成果，分析比较突然扩大与突然缩小在相应条件下的局部水头损失大小关系, 2、怎样减小局部水头损失,现备有一段长度及连接方式与调节阀相同，内径与实验管道相同的直管段，如何用两点法测量阀门的局部阻力系数, 3、不同的雷诺数时，局部水头损失系数是否相同, 23 实验七 沿程水头损失综合性实验 实验类型 实验时间 成绩 同组人数 一、实验目的 1、掌握管道沿程阻力系数的测量方法和应用压差计及电子量测仪测量压差的方法; 2、加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速的变化规律; 3、将测得曲线与莫迪图对比，分析其合理性，提高实验成果分析能力。 ,~Re 4、测量不锈钢管道的当量粗糙度。 ks 二、实验设备 图8 沿程阻力系数测定试验设备图 1、自循环高压恒定全自动供水器;2、试验台;3、回水管;4、水压差计;5、测压计;6、实验管道;7、电子量测仪;8、滑动测量尺;9、测压点;10、流量调节阀;11、供水管及供水阀;12、分流管与分流阀;13、调压筒。 三、实验原理 D,W由公式 24 2lv, h,,fd2g 得 2dghhff ,,,K22lvQ 25其中: K,,gd/8l ,Re在测定及值后，利用下列公式可求解当量粗糙度。 ksa.考尔布鲁克公式 k12.51,,s 2lg,,,，,,,3.7d,Re,,,莫迪图既是本式的图解。 S,Jb. 公式 1.325, ,20.9,,，，lnk/3.7d，5.74/Res Barrc. 公式 k15.1286,,s2lg ,,，,,0.893.7dRe,,, ,~ReC公式精度最高。在反求kd时，b公式开方应取负号。也可直接由关系在莫迪图上查s 得kd，进而得出当量粗糙度k。 ss 四、注意事项 1、实验时要把分流阀打开到一定开度，以保证电机的正常工作。 2、测压管和传感器的作用是一样的，只是它们测量的范围和精度不同。测压管的压差在3,4 厘米时，流态可以说是层流。此外，这还与水体温度有关。电子量测仪用于紊流时的压差量测，但 此时要用夹子把与测压管相连的软管夹住。 3、测层流流态时，实测的沿程损失系数与理论值(和雷诺数成反比的)进行比较，偏差应为 0.15;测紊流流态时，可以查莫迪图进行比较。 4、每次实验时，每一步最多只动一个阀门。 5、雷诺数与沿程损失系数，一般有以下的比较值: 25 雷诺数 38000 47000 58000 75000 损失系数 0.022 0.021 0.02 0.019 四、实验方法与步骤 1、搞清实验设备组成部件的名称、作用及工作原理。检查蓄水箱水位并记录有关实验常数。 2、供水装置有自动启闭功能，接上电源以后，打开阀门，水泵能自动开机供水，关掉阀门，水泵会随之断电停机。若水泵连续运转，则供水压力恒定，但在供水流量很小时(如层流试验)，水泵会时转时停，供水压力波动很大。分流阀门12的作用是为了在小流量时来增加水泵的出水量，以避免水泵时停时转造成的压力波动。 3、排气，按下列步骤进行 ,)接通电源，把阀门12调到使电机连续运转状态，然后全开给水阀门11，再反复开关调节 阀10，以排出实验管道中滞留的气泡，当看到透明塑料管内无气泡后再全关调节阀10。 ,)打开旋转活塞排出测压管中的气体，排完气体后再关闭。 FF11 开启调节阀10，然后再把旋转活塞打开。当看到比压计中水位 ,)全关给水阀门11，微微F1 降到最低位置(在刻度尺上能读出数据)即可;关闭活塞。注意实验过程中，活塞不可打开，FF11全关调节阀10，再全开给水阀门11，此时，如果不相等要重新排气，将电测仪调到零值。 h,h12 4、调节调节阀10，在比压计的压差在4cm范围内，流量由小到大测量5组数据。注意每次 调节流量后，稳定2,3分钟，然后用滑尺测量各测压管读数，并用桶和秒表测量流量，每次测量流量的时间必须大于30秒。并同时读记温度。 5、 测量紊流流态时，先将水比压计上的止水夹夹紧。用电子量测仪进行大流量实验时，一旦 “,”形测压管内有气泡流入，必须重新排气，方可继续实验。 6、 全开调节阀10，再改变给水阀门11和分流阀门12(此时这两个阀门可以联动)的开度， 用电子量测仪测量7组数据，每次调节流量后，必须稳定3,5分钟，然后读记电子量测仪上的读数。再用桶和秒表(时间读数大于15秒即可)测量流量并记录温度。 t 7、实验结束，先关闭调节阀10，检查比压计是否回零，然后关闭给水阀门11，并切断电源。 五、成果要求 1、有关常数 (1)实验台号: 。 26 d(2)圆管直径, ，量测段长度,___。 Lcmcm 用水比压计测量时， h,h,hf12 用电测仪测量时， 等于电测仪读数。 hf 2、实验数据表 表1 实验数据量测记录表 流量 体积 水温 粘度 时间 流速 3测次 Q(cm/s)3,2 V(cm/s)T(s) V(cm)T(C),(cm/s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2、计算沿程损失系数 h~vlgh3、绘制关系曲线，并确定指数关系值m的大小。在双对数纸上以为横坐标，以lgvff h~v为纵坐标，绘出所测关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。求出对数纸上直线的斜f lgh,lgh21ffm,mm率 ，将从图上求得的值与已知各流区的值进行比较。 lgv,lgv21 k4、求出管道的当量粗糙度。 s 27 5、写出成果分析小结。 6、计算表格 表2 用测压管测量时沿程损失计算表 比压计读数Re<2230 管道的当量沿程损失 雷诺数沿程损失 (cm)测次 64 ,粗糙度 h(cm),kRe 系数 ,fsRe hh12 1 2 3 4 5 6 7 表3 用传感器测量时沿程损失计算表 电测值(cm) Re<2320 沿程损失 管道的当量沿程损失64测次 雷诺数Re ,, h(cm)粗糙度 k,系数 fsRe,h 8 9 10 11 12 13 14 六、思考题 ,Rek1、随着管道使用年限的增加，与关系曲线将有什么变化,当量粗糙度是否变化，它又s与那些因素有关, m2、据实测值判别本实验的流区, 3、水温变化对沿程阻力系数有什么样的影响, 28 实验八 毕托管测流速 实验类型 实验时间 成绩 同组人数 一、实验目的 1、通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技术; 2、了解毕托管构造和基本原理; 3、根据测量数据绘制流速分布图。 二、实验设备 图9 毕托管实验设备图 1、自循环供水器;2、实验台;3、可控硅无级调速器;4、水位调节阀;5、恒压水箱; 6、管嘴;7、 毕托管;8、尾水箱与导轨;9、测压管;10、测压计;11、滑动测量尺(滑尺);12、上回水管。 三、实验原理 v,c2g,h v式中: —毕托管测点处的点速度; c—毕托管的校正系数; 29 ,h—毕托管静压、全压孔的测压管水柱高差。 ` u,,2g,H 式中: —测点处的流速; u ` —测点流速系数; , —管嘴的作用水头。 ,H `联解上两式可得 ,,c,h/,H 四、注意事项 1、在测量点流速时毕托管探头应正对水流方向; 2、实验过程中，毕托管头部不能露出水面以免进气。 五、实验方法与步骤 1、准备:(a)熟悉实验装置各部分名称、作用性能、分解毕托管;搞清结构特征，实验原理。(b)用塑料管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。(c)将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约2—3cm，上紧固定螺丝。 2、开启水泵:顺时针打开调速器开关3，将流量调节到最大。 3、排气:待上、下游溢流后，用吸气球放在测压管口部抽吸，排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否平齐，液面不平齐可能是空气没有排尽，必须重新排气。直到测压计液面平齐为止。 4、记录各有关常数和实验参数，填入实验表格。 5、改变流速:操作调节阀4并相应调节调速器3，使溢流量适中，可获得三个不同恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量。 6、完成下述实验项目 (1)分别沿垂向和纵向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布。 (2)在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6—10倍以内时，误差在5—2%以上，不宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。 7、实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否平齐。 六、实验成果及要求 1、有关实验常数 30 (1) 实验台号: 。 k,(2) 校正系数 = ， 。 c 2、记录实验数据及分析(计算测点流速及测点流速系数); 表1 量测记录表格 上下游水位计 毕托管测压计 实验次数 h(cm)h(cm)h(cm)h(cm) 3124 表2 实验数据计算表格 上下游水位计差毕托管测压计差测点流速 `序号 测点流速系数, (cm)(cm)v,k,h(cm/s) 3、绘制量测断面上的流速的水平分布及纵向分布; 4、写出成果分析小结。 七、思考题 1、毕托管测的是测点的什么流速, 2、使用毕托管时为什么要排气, 3、所测的流速系数说明了什么, 31 实验九 孔口与管嘴出流实验 实验类型 实验时间 成绩 同组人数 一、实验目的 1、掌握孔口与管嘴出流的流速系数、流量系数、侧收缩系数、局部阻力系数的量测方法; 2、通过对管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解孔口及管嘴进口形状对出流的影响。 二、实验设备 图10 孔口与管嘴实验设备图 1、自循环供水器;2、实验台;3、可控硅无级调速器;4、恒压水箱;5、溢流板;6、稳水孔板;7、孔口管嘴，其图内小标号1*为嗽叭进口管嘴，2*为直角进口管嘴，3*为锥形管嘴，4*为孔口;8、防溅旋板;9、测量孔口射流收缩直径的移动触头;10、上回水槽;11、标尺;12、测压管。 三、实验原理 Q,,,A2gH,,A2gH由流量公式 可知 00 32 Q流量系数 ,, A2gH0 2Adcc收缩系数 ,,,2Ad v,1c流速系数 ,,,,2gH1，,0 1,阻力系数 ,,12, 四、注意事项 1、测定流量时，要求重复测量三次，时间尽量长些，在15秒以上。 2、实验顺序先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板将进口盖住，以免水花四溅。 五、实验方法与步骤 1、记录实验常数，实验前将各孔口管嘴用橡皮塞塞紧。 2、打开调速器开关，使恒压水箱充水，至溢流后，再打开1#圆角管嘴，待水面稳定后，测记水箱水面高程标尺读数，用重量法测定流量，测量完毕，先旋转水箱内的旋板8，将1#管嘴HQ1 进口盖好，再塞紧橡皮塞。 3、依照上法，打开2#管嘴，测记水箱水面高程标尺读数，及流量，观察和量测直角管嘴HQ1 出流的真空情况。 4、依次打开3#圆锥形管嘴，测定，及流量。 HQ1 5、打开4#孔口，观察孔口出流现象，测定，及流量，并按下述6的方法测记孔口收缩断HQ1 面直径随水头变化的情况。 6、量测收缩断面直径可用孔口两边的移动触头，首先松动螺丝，先移动一边触头将其与水股切向接触，并旋紧螺丝，再移动另一边触头，使之与水股切向接触，并旋紧螺丝，之后将旋板开关顺时针方向关上孔口，用卡尺测量触头间距，即为射流直径。实验时将旋板置于不工作的孔口上，尽量减小旋板对工作孔口、管嘴的干扰。 7、关闭开关3，清理实验桌面及场地。 六、成果要求 1、有关常数 (1)实验台号 。 d,cmd,cm(2)圆管管嘴 ;直角管嘴 ; 12 33 圆锥管嘴 ;孔口 ; d,cmdcm34 出口高程读数 ; 出口高程读数 ; Z,Z,Z,Z,cmcm3412 2、测量有关实验数据并计算不同管嘴、孔口的相关系数; 表1 量测记录表格 分类 圆角管嘴 直角管嘴 圆锥管嘴 孔口 项目 水面读数 H(cm)1 体积 3 (cm) 时间 (s) 流量 3 (cm/s) 平均流量 3 (cm/s) 表2 量测计算表格 分类 圆角管嘴 直角管嘴 圆锥管嘴 孔口 项目 作用水头 (cm) 过水面积 3 A(cm) ,流量系数 测管读数 H(cm)2 负压水柱 H(cm) 3 收缩直径 d(cm) c 收缩断面 2 A(cm)c ,收缩系数 流速系数, ,阻力系数 流股形态 34 3、绘出Q=f(H)的关系曲线; 4、写出成果分析小结。 七、思考题 1、结合观测不同管嘴与孔口出流的特性，分析流量系数不同的原因, 2、观察小孔口和大孔口的侧收缩系数有什么不同, 3、相同直径的孔口和管嘴，哪个流量系数大,为什么,作用水头相同，哪个流速大，为什么, 35 实验十 堰流、水跃、消能综合性实验 实验类型 实验时间 成绩 同组人数 一、 实验目的 1、 观察水跃现象，测定共轭水深，水跃长度，了解水跃消能效果。 2、 观察实用堰的水流现象，测定流量系数。 3、 对泄水建筑物的泄流与消能有一个全面的认识，对水力学模型实验有一个初步了解。 二、 实验设备 图11 堰流综合消能实验设备图 1、有机玻璃实验水槽;2、稳水孔板;3、测针;4、实验堰;5、三角堰量水槽; 6、三角堰水位测量筒;7、多孔尾门;8、尾门升降轮;9、支架;10、旁通管微调阀门;11、旁通管;12、供水管;13、供水流量调节阀门;14、水泵;15、储水箱。 三、 基本公式: B31、 三角堰流量公式 (H以厘米为单位计算，得出流量单位() Q,AHcms 1.52、 堰流计算公式 Q,,mb2gH s 222T,h，q，，2g,h3、 收缩水深计算公式 Occ 36 "2,,，，h,h2，，，1，8Fr,14、 水跃共轭水深公式 ccc "5、 水跃长度计算公式 ，，L,6.9h,hjcc1 26、 断面总水头计算公式 E,h，v2g 7、 水跃消能率计算公式 3，，222,,，，，，，，，，，，K,1，8Fr,381，8Fr,1，2，Fr jccc1,,，， 四、注意事项 1、因为临界水跃不稳定，特别是跃后水面波动较大，量测时应同时确定水跃的跃前、跃后断面的位置，并迅速测量; 2、同一断面水深会有不同深度，测量水深时，一般沿水槽中心线测量数次取其平均值; 3、量测实用堰上游水位的断面，一般应在距离堰顶前约(3-5)H 处，这样可避免溢流水面自由降落的影响。 五、实验方法与步骤 1、记录实验常数。 2、打开进水阀、并适当开启闸板，待上游水位稳定后，调节尾门7，分别使闸下发生临 界式、远离式和淹没式水跃。 3、调节控制进水阀门的开度，使下游发生临界水跃，用测针测出第一、第二共轭水深 和水跃长度，记录实用堰上、下游水位和三角堰测针读数。 4、改变进水阀开度，重复测量2—4个不同流量下的各种参数。 六、实验成果及要求 1、有关常数 (1)实验台号: 。 (2)堰高 P= 堰宽b= cmcm上游水位测针零点读数: ;下游水位测针零点读数: ; cmcm三角堰零点读数: ; 溢流堰水头 : 10 。 2、测量记录有关实验数据 37 表1 实验数据记录(单位cm ) 实验三角堰水面测三角堰堰上流量 实用堰上游测水跃跃前水面下游尾水面测次数 针读数 水头 针读数 测针读数 针读数 HQ(L/s)1 2、计算水跃的共轭水深、消能系数、堰流的流量系数; 表2 堰流计算表 单宽流量 堰上水头行进流速堰上总水头测量流量计算流量流速系数 m/m122 系数 系数 v(cm/s)H(cm)mmH(cm),q(cm/s)0012 表3 水跃计算表(单位) cm 测量跃前测量跃后试算跃前测量 计算 试算跃后测量水跃长 计算水跃长度 “`` “水深h 水深h 水深h FF水深h L(cm) L(cm) CCC11 1C1jj1 P/Hm2、绘制—关系曲线。 "3、绘制—关系曲线。 hhcc 38 表3 水跃消能计算 跃前断面跃前 下游断面下游断面计算消能能量损失流速 K/ K 能量流速能量消能率Kj jj1率KΔE(cm) j1 V(cm/s) E(cm) V(cm/s) E(cm/s) cc22 4、绘制K—Fr系曲线。 j 6、写出成果分析小结。 七、思考题 1、测量堰上水头时，堰上游水面的测针读数在何处测读,为什么, 2、在流量一定下，调节尾水位高度，水跃的跃长和高度怎样变化, 3、怎样量测水跃的长度, 4、堰流流量系数的实验值与经验公式计算值比较是大还是小,有哪些因素影响流量系数的实验 值, 39