水力學(xué)工程流體力學(xué)

1、.PAGE ：.；PAGE 21水力學(xué)工程流膂力學(xué)實驗指點書及實驗報告專業(yè) 農(nóng)田水利 班級 學(xué)號 姓名 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建立學(xué)院水力學(xué)教研室目 錄 TOC o 1-1 h z u HYPERLINK l _Toc196442324 一不可緊縮流體恒定流能量方程伯諾里方程實驗 PAGEREF _Toc196442324 h 1 HYPERLINK l _Toc196442325 二不可緊縮流體恒定流動量定律實驗 PAGEREF _Toc196442325 h 4 HYPERLINK l _Toc196442326 三雷諾實驗 PAGEREF _Toc196442326 h 8 HYPERLINK

2、 l _Toc196442327 四文丘里實驗 PAGEREF _Toc196442327 h 10 HYPERLINK l _Toc196442328 五部分水頭損失實驗 PAGEREF _Toc196442328 h 14 HYPERLINK l _Toc196442329 六孔口與管嘴出流實驗 PAGEREF _Toc196442329 h 17一不可緊縮流體恒定流能量方程伯諾里方程實驗一實驗?zāi)康囊螅?.掌握流速、流量、壓強(qiáng)等動水力學(xué)水力要素的實驗兩側(cè)技術(shù)；2.驗證恒定總流的能量方程；3.經(jīng)過對動水力學(xué)諸多水力景象的實驗分析研討，進(jìn)一步掌握有壓管流中動水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性。二實驗安裝：

3、本實驗的安裝如圖1.1所示，圖中：1.自循環(huán)供水器；2.實驗臺；3.可控硅無級調(diào)速器；4.溢流板；5.穩(wěn)水孔板；6.恒壓水箱；7.測壓計；8.滑動丈量尺；9.測壓管；10.實驗管道；11.測壓點；12.畢托管；13.實驗流量調(diào)理閥。三實驗原理：在實驗管路中沿管內(nèi)水流方向取個過水?dāng)嗝?，可以列出進(jìn)口斷面1至斷面的能量方程式取，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出值，測出經(jīng)過管路的流量，即可計算出斷面平均流速及，從而即可得到各斷面測管水頭和總水頭。四實驗方法與步驟：1.熟習(xí)實驗設(shè)備，分清各測壓管與各測壓點，畢托管測點的對應(yīng)關(guān)系。2.翻開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流后，檢查泄水閥封鎖時一切測

4、壓管水面能否齊平，假設(shè)不平那么進(jìn)展排氣調(diào)平開關(guān)幾次。3翻開閥13，察看測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢及位置水頭、壓強(qiáng)水頭之間的相互關(guān)系，察看當(dāng)流量添加或減少時測管水頭的變化情況。4.調(diào)理閥13開度，待流量穩(wěn)定后，側(cè)記各測壓管液面讀數(shù)，同時測記實驗流量與畢托管相連通的是演示用，不用測記讀數(shù)。5.再調(diào)理閥13開度12次，其中一次使閥門開度最大以液面降到標(biāo)尺最低點為限，按第4步反復(fù)丈量。五實驗成果及要求：實驗臺號 1.把有關(guān)常數(shù)記入表1.1表1.1 有關(guān)常數(shù)記錄表 水箱液面高程 cm,上管道軸線高程 cm。測點編號12345678910111213141516171819管徑cm兩點間距cm446

5、6413.5610291616注：1打“者為畢托管測點測點編號見圖1.222、3為直管均勻流段同一斷面上的二個測壓點，10、11為彎管非均勻流段同一斷面上的二個測點。2.量測并記入表1.2。表1.2 測記數(shù)值表 基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點上測點編號Q(cm3/s)實驗次數(shù)123表1.3 計算數(shù)值表 1流速水頭管徑d(cm)Q= (cm3/s)Q= (cm3/s)Q= (cm3/s)A(cm2)V(cm/s)(cm)A(cm2)V(cm/s) (cm)A(cm2)V(cm/s) (cm)2總水頭測點編號Qcm3/s實驗次數(shù)1233.計算流速水頭和總水頭。4.繪制上述成果中最大流量下的總水頭線和測壓管水

6、頭線軸向尺寸參見圖1.2，總水頭線和測壓管水頭線可以繪在圖1.2上。六成果分析與討論:1.測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢有何不同？為什么？2.流量添加，測壓管水頭線有何變化？為什么？3.測點2、3和測點10、11的測壓管讀數(shù)分別闡明了什么問題？4.試問防止喉管測點7處構(gòu)成真空有哪幾種技術(shù)措施？分析改動作用水頭如抬高或降低水箱的水位對喉管壓強(qiáng)的影響情況。5.由畢托管丈量顯示的總水頭線與實測繪制的總水頭線普通都有差別，試分析其緣由。二不可緊縮流體恒定流動量定律實驗一實驗?zāi)康囊螅?.驗證不可緊縮流體恒定流的動量方程；2.經(jīng)過對動量與流速、流量、出射角度、動量矩等要素間相關(guān)性的分析研討，進(jìn)一步掌握

7、流體動力學(xué)的動量守恒特性；3.了解活塞式動量定律實驗儀原理、構(gòu)造，進(jìn)一步啟發(fā)與培育發(fā)明性思想的才干。二實驗安裝：本實驗的安裝如圖2.1所示，圖中：1.自循環(huán)供水器；2.實驗臺；3.可控硅無級調(diào)速器；4.水位調(diào)理閥；5.恒壓水箱；6.管嘴；7.集水箱；8帶活塞的測壓管；9.帶活塞和翼片的抗沖平板；10.上回水管。三實驗原理：1儀器任務(wù)原理自循環(huán)供水安裝1由離心式水泵和蓄水箱組合而成。水本的開啟、流量大小的調(diào)理由帶開關(guān)的流量調(diào)理器3控制。水流經(jīng)供水管供應(yīng)恒壓水箱5，溢流水經(jīng)回水管流回蓄水箱。任務(wù)水流經(jīng)管嘴6構(gòu)成射流，射流沖擊到帶活塞和翼片的抗沖平板9上，并以與入射角成90的方向分開沖擊平板。帶活塞

8、的抗沖平板在射流沖力和測壓管8中的水壓力作用下處于平衡形狀。活塞形心水深可由測壓管8測出，由此可求得射流的沖力，即動量為。沖擊后的棄水經(jīng)集水箱7聚集后，再經(jīng)上水水管10流出，出口處用體積法或分量法測定流量。水流最后經(jīng)漏斗和下回水管流回蓄水箱。為了自動調(diào)理測壓管內(nèi)的水位，以使帶活塞的平板受力平衡以及減小摩擦阻力對活塞的作用，本實驗安裝運用了自動控制的反響原理和動摩擦減阻技術(shù)，具有如下的構(gòu)造：帶活塞和翼片的抗沖平板9和帶活塞套的測壓管8如圖2.2所示，該圖是活塞退出活塞套時的分部件表示圖?；钊行脑O(shè)有一細(xì)導(dǎo)水管，進(jìn)口端位于平板中心 ，出口端伸出活塞頭部，出口方向與軸向垂直。在平板上設(shè)有翼片，在活塞

9、套上設(shè)有窄槽。 任務(wù)時，在射流沖擊力作用下，水流經(jīng)導(dǎo)水管向測壓管內(nèi)加水。當(dāng)射流沖擊力大于測壓管內(nèi)水柱對活塞的壓力時，活塞內(nèi)移，窄槽關(guān)小，水流外溢減少，使測壓管內(nèi)水位升高，水壓力增大。反之，活塞外移，窄槽開大，水流外溢增多，測管內(nèi)水位降低，水壓力減小。在恒定射流沖擊下，經(jīng)短時段的自動調(diào)整，即可到達(dá)射流沖擊力和水壓力的平衡形狀、這時活塞處在半進(jìn)半出、窄槽部分開啟的位置上，過流進(jìn)測壓管的水量和過外溢的水量相等。由于平板上設(shè)有翼片，在水流沖擊下，平板帶動活塞旋轉(zhuǎn)，因此客服了活塞在沿軸向滑移時的靜摩擦力。為驗證本安裝的靈敏度，只需在實驗中的恒定流受力平衡形狀下，以為地增減測壓管中液位高度，可發(fā)現(xiàn)即使該變

10、量缺乏總液柱高度的5%，約0.51mm，活塞在旋轉(zhuǎn)下亦能有效的客服動摩擦力而作軸向位移，開打或減小窄槽，使過高的水位降低或過低的水位提高，恢復(fù)到原來的平衡形狀。這闡明該安裝的靈敏度高達(dá)0.5%，亦即活塞軸向動摩擦力缺乏動量力的5。2.實驗根本原理恒定總流動量方程為取零落體如圖2.3所示，因滑動摩擦阻力程度分力，可忽略不計，在方向上的動量方程為： 即：式中：作用在活塞圓心處的水深；活塞的直徑；射流流量；射流的速度；動量修正系數(shù)。實驗中，在 平衡形狀下，只需丈量流量、測管液柱值，由給定的管嘴直徑和活塞直徑，便可驗證動量方程并率定射流的動量修正系數(shù)值。其中，測壓管的標(biāo)尺零點已固定在活塞的圓心處，標(biāo)尺

11、的液面讀數(shù)，即為作用在活塞圓心處的水深。四實驗方法與步驟：1.預(yù)備：熟習(xí)實驗安裝各部分稱號、構(gòu)造特征、作用性能，記錄有關(guān)常數(shù)。2.開啟水泵：翻開調(diào)速器開關(guān)，水泵啟動23分鐘后，短暫封鎖23秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣。3.調(diào)整測壓管位置：待恒壓水箱滿頂溢流后，松開測壓管固定螺絲，調(diào)整方位，要求測壓管垂直、螺絲對準(zhǔn)十字絲中心，使活塞轉(zhuǎn)動松快。然后旋轉(zhuǎn)螺絲固定好。4.測讀水位：標(biāo)尺的零點已固定在活塞圓心的高程上。當(dāng)測壓管他液面穩(wěn)定后，記下測壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即值、5.丈量流量：利用體積時間法，在上回水管的出口處丈量射流的流量。流量時間要求在1520秒以上?？捎盟芰贤暗热萜鳎?jīng)過活

12、動漏斗接水，再用量筒丈量其體積亦可用分量法丈量。6.改動水頭反復(fù)實驗：逐次翻開不同高度上的溢水孔蓋，改動管嘴的作用水頭。調(diào)理調(diào)速器，使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后，按35步驟反復(fù)進(jìn)展實驗。7.驗證時的影響：取下平板活塞，使水流沖擊到活塞套內(nèi)，調(diào)整好位置，使反射水流的回射角一致，記錄回射角度的目測值、測壓管作用水深和管嘴作用水頭。五實驗成果及要求：實驗臺號 1.記錄有關(guān)常數(shù)管嘴內(nèi)徑 ,活塞直徑 、2.編制實驗參數(shù)記錄、計算表格并填入實驗參數(shù)。3.取某一流量，匯出脫離體圖，闡明分析計算的過程。六成果分析與討論:1.帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對分析射流沖擊無翼片的平板沿方向的動量方程有無影響？

13、為什么？2.經(jīng)過細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與一樣。試問對以上受力分析有無影響？3.滑動摩擦力可以忽略不計？試用實驗來分析驗證的大小，記錄察看結(jié)果。提示：平衡時，向測壓管內(nèi)參與或取出1左右深的水量，察看活塞及液位的變化。4.假設(shè)不為零，會對實驗結(jié)果帶來什么影響？試結(jié)合實驗步驟7的結(jié)果予以闡明。三雷諾實驗一實驗?zāi)康囊螅?.經(jīng)過層流、紊流的流態(tài)觀測和臨界雷諾數(shù)的丈量分析，掌握圓管流態(tài)轉(zhuǎn)化的規(guī)律；2.進(jìn)一步掌握層流、紊流兩種流態(tài)的運動學(xué)特性與動力學(xué)特性；3.學(xué)習(xí)古典流膂力學(xué)中運用無量綱參數(shù)進(jìn)展實驗研討的方法，并了解其實意圖義。二實驗安裝：本實驗的安裝如圖3.1所示，圖中：1.自循環(huán)供水器；2.實驗臺

14、；3.可控硅無級調(diào)速器；4.恒壓水箱；5.有色指示水供應(yīng)箱；6.穩(wěn)水孔板；7溢流板；8.實驗管道；9.實驗流量調(diào)理閥。三實驗原理： ；四實驗方法與步驟：1.測記本實驗的有關(guān)常數(shù)。2察看兩種流態(tài)。翻開開關(guān)3使水箱充水至溢流水位，經(jīng)穩(wěn)定后，悄然開啟調(diào)理閥9，并注入顏色水于實驗管內(nèi)，使顏色水流成不斷線。經(jīng)過顏色水質(zhì)點的運動察看管內(nèi)水流的層流流態(tài)，然后逐漸開大調(diào)理閥，經(jīng)過顏色水直線的變化察看層流轉(zhuǎn)變到紊流的水力特征，待管中出現(xiàn)完全紊流后，再逐漸關(guān)小調(diào)理閥，察看由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯乃μ卣鳌?.測定下臨界雷諾數(shù)。1將調(diào)理閥翻開，使管中呈完全紊流，再逐漸關(guān)小調(diào)理閥使流量減小，當(dāng)流量調(diào)理到使顏色水在全管剛剛拉

15、直成不斷線形狀時，即為下臨界形狀。每調(diào)理閥門一次，均需等待穩(wěn)定幾分鐘。2待管中出現(xiàn)臨界形狀時，用體積法測定流量。3根據(jù)所測流量計算下臨界雷諾數(shù)。4重新翻開調(diào)理閥，使其構(gòu)成完全紊流，按照上述步驟反復(fù)丈量不少于三次。5同時由水箱中的溫度計測記水溫，從而查得水的運動粘度。留意：流量不可開的過大，以免引起水箱中的水體紊動，假設(shè)因水箱中水體紊動而干擾進(jìn)口水流時，須封鎖閥門，靜止35分鐘，再按步驟1反復(fù)進(jìn)展。4測定上臨界雷諾數(shù)逐漸開啟調(diào)理閥，使管中水流由層流過渡到紊流，當(dāng)有色水線剛開場散開時，即為上臨界形狀，測定上臨界雷諾數(shù)12次。五實驗成果及要求：實驗臺號 1.記錄計算有關(guān)常數(shù)：管徑 ，水溫 。運動粘度

16、計算常數(shù) 2記錄計算表格表3.1實驗次序顏色水線形狀水體積V(cm3)時間T(s)流量Q(cm3/s)雷諾數(shù)Re閥門開度增或減備注注：顏色水形狀指：穩(wěn)定直線，穩(wěn)定略彎曲，旋轉(zhuǎn)，斷續(xù)，直線抖動，完全散開等。六實驗分析與討論:1.流態(tài)判別為什么采用無量綱參數(shù)，而不采用臨界流速？2.為何以為上臨界雷諾數(shù)無實踐意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與紊流的判據(jù)？實測下臨界雷諾數(shù)為多少？3.雷諾實驗得出的圓管流動下臨界雷諾數(shù)為2320，而目前普通教科書中引見采用的下臨界雷諾數(shù)是2000，緣由何在？4.試結(jié)合紊流機(jī)理實驗的察看，分析由層流過渡到紊流的機(jī)理何在？5.分析層流和紊流在運動學(xué)特性和動力學(xué)特性方面各有何

17、差別？四文丘里實驗一實驗?zāi)康囊螅?.經(jīng)過測定流量系數(shù)，掌握運用文丘里流量計量測管道流量的技術(shù)和運用氣水多管壓差計量測中壓差的技術(shù)；2.經(jīng)過實驗與量綱分析，了解運用量綱分析與實驗結(jié)合研討水力學(xué)問題的途徑，并了解文丘里流量計水流特性。二實驗安裝：本實驗的安裝如圖4.1所示，圖中：1.自循環(huán)供水器；2.實驗臺；3.可控硅無級調(diào)速器；4.恒壓水箱；5.溢流板；6.穩(wěn)水孔板；7.文丘里實驗管段；8.測壓計氣閥；9.測壓計；10.滑尺；11.4管壓差計；12.實驗流量調(diào)理閥。三實驗原理：根據(jù)能量方程式和延續(xù)性方程式，可得不計阻力作用時的文氏管過水才干關(guān)系式式中：，為兩段面測壓管水頭差。實踐上由于阻力的存

18、在，經(jīng)過的實踐流量。今引入一無量綱系數(shù)稱為流量系數(shù)，對計算所得的流量值進(jìn)展修正。即 四實驗方法與步驟：1.測記各有關(guān)常數(shù)，并檢查在水閥全關(guān)時，測管液面讀數(shù)能否為0，不為0時，需查處緣由并予以排除。2.調(diào)整測管液面高度,使在調(diào)理閥全開時各測管液面處在滑尺讀數(shù)范圍內(nèi)。3.全開調(diào)理閥門,待水流穩(wěn)定后,讀取各測壓管的讀數(shù)、,并用秒表、量筒測定流量。4.逐次關(guān)小調(diào)理閥，改動流量，量測710次，留意調(diào)理閥門應(yīng)緩慢。5.把丈量值記錄在實驗表格內(nèi)，并進(jìn)展有關(guān)計算。6.如測管內(nèi)液面動搖時，應(yīng)測取時均值。、7.實驗終了，需按步驟1校核比壓計能否回零。五實驗成果及要求：1.記錄計算有關(guān)常數(shù)。實驗臺號 ， ，水溫 ，

19、 水箱液面標(biāo)尺值 ，管軸線標(biāo)尺值 。2.記錄計算表格表4.1記錄表次數(shù)測壓管讀數(shù)cm水量cm3丈量時間sh1 (cm)h2 (cm)H3 (cm)H4(cm)表4.2 計算表 K= cm2.5/s次數(shù)Qcm3/sh=(h1-h2+h3-h4)(cm)Re1234567893.繪制與曲線圖。六實驗分析與討論:1.本實驗中，影響文丘里管流量系數(shù)大小的要素有哪些？哪個要素最敏感？對本實驗的管道而言，假設(shè)因加工粗度影響，誤將值取代上述值時，本實驗在最大流量下的值將變?yōu)槎嗌伲?.為什么不相等？3.驗證氣水多管壓差計圖4.1有以下關(guān)系：4.試運用量綱分析法，闡明文丘里流量計的水流特性。5.文氏管喉頸處容易

20、產(chǎn)生真空，允許最大真空度為。工程中運用文氏管時，應(yīng)檢驗其最大真空度能否在允許范圍內(nèi)。據(jù)他的實驗成果，分析本實驗流量計喉頸最大真空值為多少？五部分水頭損失實驗一實驗?zāi)康囊螅?.訓(xùn)練掌握三點法、四點法丈量部分阻力損失與部分阻力系數(shù)的技藝；2.經(jīng)過對圓管突擴(kuò)部分阻力系數(shù)的包達(dá)公式和突縮部分阻力系數(shù)的閱歷公式的實驗驗證與分析，熟習(xí)用實際分析法和閱歷法建立函數(shù)式的途徑；3.加深對部分阻力損失機(jī)理的了解。二實驗安裝：本實驗的安裝如圖5.1所示，圖中：1.自循環(huán)供水器；2.實驗臺；3.可控硅無級調(diào)速器；4.恒壓水箱；5.溢流板；6.穩(wěn)水孔板；7.忽然擴(kuò)展實驗管段；8.測壓計；9. 滑動丈量尺；10. 測壓

21、管；11.忽然收縮實驗管段；12.實驗流量調(diào)理閥。三實驗原理：寫沿水流方向的部分阻力前后兩斷面的能量方程，根據(jù)推導(dǎo)條件，扣除沿程水體損失可得：1.忽然擴(kuò)展，采用三點法計算，下式中由按流長比例換算得出：實測值：實際值：2.忽然減少，采用四點法計算，下式中B點為突縮點，由換算得出, 由換算得出。實測值：實際值：四實驗方法與步驟：1.測記實驗有關(guān)常數(shù)。2.翻開電子調(diào)速器開關(guān)，使恒壓水箱充水，排除實驗管道中的滯留氣體。待水箱溢流后，檢查泄水閥全關(guān)時，各測壓管液面能否齊平，假設(shè)不平，那么需排氣調(diào)平。3.翻開泄水閥至最大開度，待流量穩(wěn)定后，測記測壓管讀數(shù)，同時用體積法測記流量。4.改動泄水閥開度34次，分

22、別測記測壓管讀數(shù)及流量。5.實驗完成后封鎖泄水閥，檢查測壓管液面齊平后再封鎖進(jìn)水閥。五實驗成果及要求：1.記錄計算有關(guān)常數(shù)：實驗臺號 ， ， ， , , ,2.記錄計算表格表5.1 記錄表次數(shù)流量cm3/s測壓管讀數(shù)cm體積時間流量表5.2 計算表次數(shù)阻力方式流量cm3/s前段面后段面(cm)(cm)(cm)E(cm)(cm)E(cm)突然擴(kuò)大突然縮小六成果分析與討論:1.結(jié)合實驗成果，分析比較突擴(kuò)與突縮在相應(yīng)條件下的部分損失大小關(guān)系。2.結(jié)合流動儀演示的水力景象，分析部分阻力損失機(jī)理何在？產(chǎn)生突擴(kuò)與突縮部分阻力損失的主要部位在哪里？怎樣減小部分阻力損失？3.現(xiàn)備有一段長度及聯(lián)接方式與調(diào)理閥圖

23、5.1一樣，內(nèi)徑與實驗管道一樣的至管段，如何用亮點法丈量閥門的部分阻力系數(shù)？4.實驗測得突縮管在不同管徑比時的部分阻力系數(shù)如下：序號12345d2/d10.20.40.60.81.00.480.420.320.180試用最小二乘法建立部分阻力系數(shù)的閱歷公式。5.試闡明實際分析法和閱歷法建立相關(guān)物理量間函數(shù)關(guān)系式的途徑。六孔口與管嘴出流實驗一實驗?zāi)康囊螅?.掌握孔口與管嘴出流的流速關(guān)系、流量系數(shù)、部分阻力系數(shù)的丈量技術(shù)；2.經(jīng)過對不同管嘴與孔口的流量系數(shù)丈量分析，了解進(jìn)口外形對出流才干的影響及相關(guān)水力要素對孔口出流才干的影響。二實驗安裝：本實驗安裝如圖6.1所示，圖中：1.自循環(huán)供水器；2.實驗臺；3.可控硅無級調(diào)速器；4.恒壓水箱；5.溢流板；6.穩(wěn)水孔板；7.孔口管嘴，其圖內(nèi)小字標(biāo)號1為喇叭進(jìn)口管嘴，2為直角進(jìn)口管嘴，3為錐形管嘴，4為孔口；8.防濺旋板；9. 丈量孔口射流收縮直徑的挪動觸頭；10. 上回水槽；11.標(biāo)尺；12.測壓管。三實驗原理：流量系數(shù)收縮系數(shù)流速系數(shù)阻力系數(shù)四實驗方法與步驟：1.記錄實驗常數(shù)，各孔口管嘴用橡皮塞塞緊。2.翻開調(diào)速器