水力学实验指导 (2)

水力学课程教学实验指导书实验要求：1.所有封面务必采用统一格式（见第二页）。2 .实验正文统一使用学校实验报告纸书写（在学校文印室购买），内容要求如下：实 验 报 告一、实验名称：二、实验日期：三、实验目的：四、实验设备：五、实验方法及步骤：1.2.3.六、实验结论：（注：实验报告内容至少包含以上五项。）学院实验报告 实 验 课 程： 专 业 班 级： 姓 名： 学 号： 指 导 教 师 ： 年 月 日 实验一：雷 诺 实 验一、实验目的和要求1、观察圆管恒定流动的层流和紊流两种流态及其转换现象； 2、测定圆管恒定流动在层流和紊流两种流态下的雷诺数，并测定临界雷诺数。二、实验设备采用流体力学综合实验台，如下图所示，自循环恒定管道流，设有颜色水注入装置，以便显示流态和圆管断面流速分布。管中流速可用尾阀来调节，设置专用量水箱进行流量的量测。三、实验前准备工作检查回水箱的水位是否达到水箱高度的2/3以上，否则，应先关闭回水箱下部的放水阀，再向回水箱加水。四、实验步骤1、缓慢打开上水阀门，关闭其余的阀门，合上电源开关，开启水泵，向高位水箱充水，使水箱保持溢流状态；2、微微开启泄水阀，待液流稳定后，打开墨盒旋塞，使有色液体流入管中。调节排水阀，使管中的有色液体呈一条直线，此时水流即为层流。此时用体积法测定管中过流量，方法如下：（1）关闭排水阀，用水尺和秒表测量流量。测量时，将雷诺实验管上控制阀门后的弯管旋转至量水箱，同时用秒表计时，结束后记录下此时的水深和充水时间；（2）用刻度尺量出量水箱的长度和宽度计算充水体积并记入表。3、慢慢加大排水阀开度，观察有色液体的变化，在某一开度时，有色液体由直线变成波状形。再用体积法测定管中过流量。4、继续逐渐开大排水阀开度，使有色液体由波状形变成微小涡体扩散到整个管内，此时管中即为紊流。并用体积法测定管中过流量。5、以相反程序，即排水阀开度从大逐渐关小，再观察管中流态的变化现象。并用体积法测定管中过流量。6、关闭电源，打开放水阀，用胶管排出回水箱中的水，检查实验设备，整理数据，搞好卫生。五、实验数据记录仪器编号： 有关常数：管径 ，量水箱长 ，宽 ，断面积 水温 ，运动粘滞系数 项目序号雷诺数测量（流速由大小）水箱初水位（cm）水箱末水位(cm)时间T（s）流量Q(cm3/s)流速v(cm/s)雷诺数流态12345 项目序号雷诺数测量（流速由小大）水箱初水位（cm）水箱末水位(cm)时间T（s）流量Q(cm3/s)流速v(cm/s)雷诺数12345六、实验结果分析总结主要分析雷诺数与流动形态之间的关系。实验二：能量方程实验一、实验目的和要求1、观察恒定流条件下，通过管道水流的位置势能、压强势能和动能的沿程转化规律，加深理解能量方程的物理意义和几何意义； 2、学习使用测压管和总压管（迎着来流方向放置在管轴处）量测水头的实验技能及绘制水头线的方法；3、掌握用毕托管测流速的原理和方法。二、实验设备采用流体力学综合实验台，如下图所示，在自循环恒定管道流上串联变截面圆管和弯管。在D、C、B、A四个断面管壁上的不同位置各接出四个测压管和四个毕托管，其中测压管接在管壁上，毕托管（总压管）迎着来流方向放置在管轴处。管中流速可用尾阀来调节，设置专用量水箱进行流量的量测。能量方程实验装置简图三、实验前准备工作1、检查回水箱的水位是否达到水箱高度的2/3以上，否则，应先关闭回水箱下部的放水阀，再向回水箱加水。2、合上电源开关，启动水泵，给水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。3、检查下游阀门全关时，各个测压管和总压管的液面是否处于同一水平面上。如不平，则需排气调平。4、核对设备编号，记录有关常数。四、实验步骤1、调节控制阀门至一定开度，待水流稳定后，依次量测D、C、B、A四个断面上的四组测压管和毕托管的液面高度，并记录到数据记入表中相应位置。2、关闭量水箱下方的排水阀门，用秒表和量水箱测量流量，并记入表中。3、改变控制阀门的开度，待水流稳定后，重复上述步骤，并按序记录数据。本实验要求做4次。五、实验数据记录仪器编号： 有关常数：管径1 ，2 量水箱长 ，宽 ，断面积 测压管和毕托管读数记录表 测次测压管和毕托管读数（cm）D断面C断面B断面A断面H1H2H1H2H1H2HH1H21234量水箱读数记录表断面毕托管测流速（cm/s）流量测量管径（cm）断面平均流速（cm/s）初水位（cm）末水位 (cm)时间(S)流量（cm3/s）1234六、实验结果分析总结1、根据量测数据按比例绘出测压管水头线和总水头线。2、计算四个断面处的平均流速和毕托管测点流速，并进行比较。3、分析得结论。实验三：文丘里流量计及孔板流量计率定实验一、实验目的和要求掌握文丘里流量计和孔板流量计的原理：能量方程和连续性方程 式中，为测压管水头差。 式中，1.0，称为流量计的流量系数。2、利用量测到的收缩前后两断面1和2的测压管水头差，根据理论公式计算管道流量，并与实测流量进行比较，从而对理论流量作出修正，得到流量计的流量系数，即对流量计作出率定。二、实验设备采用流体力学综合实验台，在自循环恒定管道流上串联文丘里流量计和孔板流量计。分别在文丘里流量计的收缩断进口断面和喉道断面以及孔板流量计的上游断面和下游断面上设测压管，量测断面测管水头差。管中流速可用尾阀来调节，设置专用量水箱进行流量的量测。实验装置简图三、实验前准备工作1、检查回水箱的水位是否达到水箱高度的2/3以上，否则，应先关闭回水箱下部的放水阀，再向回水箱加水。2、检查下游阀门全关时，各个测压管液面是否处于同一水平面上。如不平，则需排气调平。3、核对设备编号，量测水温，记录断面管径等数据。四、实验步骤1、实验要求改变几次流量，为便于调节，可先从大流量开始做。先开启下游阀门，待水流恒定后，再进行量测，并将数据记录到表中相应位置。2、关闭量水箱下方的排水阀门，用秒表和量水箱测量流量，并记入表中。3、依次减小流量，待水流恒定后，重复上述步骤8次以上，并按序记录数据。五、实验数据记录仪器编号： 有关常数：水温T ， 1文 ，2文 ，1孔 ， 2孔 ，量水箱长 ，宽 ，断面积 测次文丘里管孔板流量测量H1H2H1H2初水位（cm）末水位(cm)时间(S)流量（cm3/s）12345678六、实验结果分析总结整理实验结果，得出流量计在不同流量下的、Q理、Q实、Re和，并分析讨论流量系数的可能影响因素。实验四：沿程水头损失量测实验一、实验目的和要求1、学会测定管道沿程水头损失系数的方法；3、分析圆管恒定流动的水头损失规律，验证在各种情况下沿程水头损失与平均流速的关系以及随雷诺数的变化规律。二、实验设备采用流体力学综合实验台，如下图。在自循环恒定管道流的上游断面和下游断面上设测压管，量测断面测管水头差。管中流速可用尾阀来调节，设置专用量水箱进行流量的量测。实验装置简图三、实验前准备工作1、检查回水箱的水位是否达到水箱高度的2/3以上，否则，应先关闭回水箱下部的放水阀，再向回水箱加水。2、开启上下游阀门排气，检查下游阀门全关时，各个测压管液面是否处于同一水平面上。如不平，则需排气调平。3、核对设备编号，量测水温，记录断面管径、量测段长度等数据。四、实验步骤1、开启下游阀门，流量应先放到最大，待水流恒定后，观察测压管水头的变化（即相应的水头损失），记录到数据表格上。水流的紊动使测压管水面有波动，应记录水面的时均值。2、关闭量水箱下方的排水阀门，用秒表和量水箱测量流量，并记入表中。3、减小阀门开度，等待12分钟，待水流恒定后，重复上述步骤（为提高实验精度，便于分析整理，实验点尽可能多一些，要求改变流量不少于10次）并按序记录数据。五、实验数据记录仪器编号： 有关常数： ， ，量水箱长 ，宽 ， 断面积 ，水温T ，运动粘滞系数 测次测压管读数（cm）流量测量计算H1H2初水位（cm）末水位(cm)时间(S)流量（cm3/s）流速v(cm/s)雷诺数Re12345678910六、实验结果分析总结1、绘制的关系曲线，并确定在不同流动区域中指数关系的m值。在双对数纸上以v为横坐标，以hf为纵坐标，点绘所测的关系曲线，根据具体情况连成一段或几段线。由于，所以对数纸上直线斜率，就是指数关系的m值。将从图上求得的m值与已知各流区的m值进行比较验证。2、绘制的关系曲线，并分析的变化规律。在双对数纸上以Re为横坐标，以为纵坐标，点绘所测的关系曲线。实验五：局部水头损失量测实验一、实验目的和要求1、观察突扩管等边界突变情况下的测压管水头变化情况，加深对局部水头损失的感性认识。2、掌握测定管道局部水头损失系数的方法，并将突扩管和突缩管的实测值与理论值比较。3、学习用测压管量测压强和用体积法测流量的实验技能。二、实验设备采用流体力学综合实验台，如下图。在自循环恒定管道流串联突扩管、突缩管和阀门，沿程接上测压管。管中流速可用尾阀来调节，设置专用量水箱进行流量的量测。实验装置简图三、实验前准备工作1、检查回水箱的水位是否达到水箱高度的2/3以上，否则，应先关闭回水箱下部的放水阀，再向回水箱加水。2、开启上下游阀门排气，检查下游阀门全关时，各个测压管液面是否处于同一水平面上。如不平，则需排气调平。3、核对设备编号，确认数据记录表上列出的断面管径等数据。四、实验步骤1、开启下游阀门，待水流恒定后，观察测压管水头的变化，正确选择突变断面，再进行量测，并将数据记录到表中相应位置。2、关闭量水箱下方的排水阀门，用秒表和量水箱测量流量，并记入表中。3、依次减小流量，待水流恒定后，重复上述步骤5次以上，并按序记录数据。五、实验数据记录仪器编号： 有关常数：突扩管：1 ，2 ，突缩管：1 ，2 ， 阀 门： 量水箱长 ，宽 ，断面积 测次H1H2H3H4H5H6初水位（cm）末水位(cm)时间(S)流量（cm3/s）12345六、实验结果分析总结计算整理实验结果，得出各突变断面局部水头损失系数实测值，并同时列出突扩管和突缩管局部水头损失系数的经验值。对实验结果进行分析讨论。实验六：串并联管路实验一、实验目的和要求1、理解串联和并联管路的原理和特性，学会测定串联管路的水头损失和并联管路的流量。2、练习测定沿程水头损失、用孔板流量计测量流量、用毕托管测量流速等。二、实验设备采用串并联管路实验台，如下图。在自循环恒定管道流中并联三根管道，分别由阀门控制，沿程接上很多测压管。管中流速可用尾阀来调节，设置专用量水箱进行流量的量测。实验装置简图三、实验前准备工作1、检查回水箱的水位是否达到水箱高度的2/3以上，否则，应先关闭回水箱下部的放水阀，再向回水箱加水。2、缓慢打开阀门（16）、球阀、排水阀，注意阀门13开度不要过大。合上电源开关，开启水泵。3、核对设备编号，确认数据记录表上列出的断面管径等数据。四、实验步骤1、并联管路实验（1）排除各测压管内的空气，依次测量AB、CD、EF各管段的测压管液面高度，并记入相应表中；（2）用秒表和量水箱测量流量，记入相应表中；（3）改变流量大小，待水流恒定后，重复上述操作3次以上，反复进行测量和记录。2、串联管路实验（1）先关闭阀门1和阀门3，测量和记录CD管段中C、C1、D1、D各点测压管液面高度，记入表1；（2）用秒表和量水箱测量流量。（3）改变流量大小，待水流恒定后，重复上述操作3次以上，反复进行测量和记录。五、实验数据记录仪器编号： 有关常数：AB管：1 ，2 ， CD管：1 ，2 ， CD管：1 ，2 ， 量水箱长 ，宽 ，断面积 测次12345678910初水位（cm）末水位(cm)时间(S)流量（cm3/s）123六、实验结果分析总结计算整理实验结果，并对实验结果进行分析讨论。实验七：明槽水跃实验一、实验目的和要求1、观察水跃现象，了解水跃的结构与基本特征。2、测定矩形平底明槽中自由水跃的共轭水深与水跃长度，并验证水跃的基本方程。3、观察不同弗汝德数Fr1时的水跃类型。二、实验设备实验装置如下图示，在矩形玻璃水槽中进行，槽中设置实用剖面堰。由进水管供给实验水流，形成堰顶溢流后的平底水跃，槽尾设活动尾门控制水深。流量用薄壁堰测定，上下游水位用活动测针量测。附：直角形薄壁堰流量公式其中，H的单位为m，Q单位为m3/s。水跃实验玻璃水槽图三、实验步骤1、熟悉有关设备及仪器，记录有关常数。2、开启进水阀门引水入槽，调节下游尾门，使水槽内分别产生远驱式水跃、临界水跃及淹没水跃。观察不同水跃现象，并分析研究水跃的结构与特征。3、待水流稳定后，量测临界水跃的共轭水深h1和h2及水跃长度Lj，并用水槽进口处的薄壁堰测量水槽中的流量。4、改变流量45次，重复进行试验。通过改变流量，观察不同弗汝德数Fr1的水跃类型。5、实验完毕，关闭进水阀门，关泵停水，整理好仪器设备。四、实验数据记录仪器编号： 有关常数：水槽长： cm， 宽 b cm，高h cm，堰高h cm测次共轭水深（cm）共轭水深（cm）水跃长度Lj（cm）堰上水头H（cm）流量Q（m3/s）12345五、实验结果1、根据实验的共轭水深，计算水跃长度，并与实测水跃长度数值进行比较。2、思考问题：如何更好地判断跃前和跃后水深的位置？水跃长度如何测定？六、注意事项1、因为临界水跃现象很不稳定，特别是跃后水面波动较大，测量时应同时确定水跃的跃前、跃后断面的位置，并迅速量测。2、同一断面上水深会有不同，实测时一般取数点测量水深，取其平均值。3、量测水跃长度时，常采用一截用带颜色的毛线绑在立杆上来判断跃后断面（跃尾）的位置。将立杆在跃尾附近前后移动，一旦杆上的毛线全部指向下游是，即为跃后断面，也可以用其他方法判定。