【水力學(xué)】-水力學(xué)實驗指導(dǎo)書

PAGEPAGE14實驗1 靜水壓強(qiáng)實驗一、實驗內(nèi)容1、測量密閉容器內(nèi)任一點(diǎn)A的壓強(qiáng)p。2、測量液體的容重（如酒精，高錳酸鉀溶液等。二、實驗原理由連通器原理在容器上安裝幾根U形管形管一端與容器連通，一端開口與大氣相通（見裝置圖，將要測量之溶液注入U形管內(nèi)，若其中之一的容重r 為已知，當(dāng)容器內(nèi)上部空氣的壓強(qiáng)大于或小于大氣壓強(qiáng)Uhpp+rho a可計算出容器內(nèi)的表面壓強(qiáng)和容器的容重。三、實驗裝置圖四、操作程序12、按緊密閉塞，將活動盛水桶上升或下降，檢查裝置是否有漏氣現(xiàn)象，若有漏氣則各U形管之液面將不斷變化，此時應(yīng)找出漏氣部位堵住漏氣。3、上述兩步完成后即可進(jìn)行實驗。實驗分兩種情形進(jìn)行觀測。o>p（用活動盛水桶調(diào)節(jié)；pp（用活動盛水桶調(diào)節(jié)。o a4、觀測p對每種 情形測讀各U形管內(nèi)液面之讀數(shù)，并記入記錄表格。測讀po時應(yīng)盡量減少誤差。五、記錄表格情況情況次數(shù)測壓管讀數(shù)(cm)▽1▽2▽3▽4▽5▽6po>p第一次a第二次po<p第一次a第二次六、實驗成果（按上表列表計算）七、思考題1、調(diào)壓玻璃筒的液面與開口測壓管1的液面在任何情況下都在同一高度上嗎？三者的液面有什么關(guān)系？2、提高或降低調(diào)壓有機(jī)玻璃筒，為什么能改變密閉容器的液面壓力po？實驗2 管道水頭損失系數(shù)測定實驗一、實驗?zāi)康?、掌握測定管道局部水頭損失系數(shù)ξ的方法。2、將管道局部水頭損失系數(shù)的實測值與理論值進(jìn)行比較。3、觀察管徑突然擴(kuò)大時旋渦區(qū)測壓管水頭線的變化情況，以及其他各種邊界突變情況下的測壓管水頭線的變化情況。二、實驗裝置實驗裝置及部分名稱如圖所示。三、實驗原理由于邊界形狀的急劇改變，主流就會與邊界分離出現(xiàn)漩渦以及水流流速分布的改組，從而消耗一部分機(jī)械能。單位重量液體的能量損失就是局部水頭損失。邊界形狀的改變有水流斷面的突然擴(kuò)大或突然縮小、彎道及管路上安裝閥門等。局部水頭損失常用流速水頭與一系數(shù)的乘積表示：h=ξv2j 2gξ—ξ是流動形態(tài)與ξ=f(Re)Re數(shù)足夠大時，可ξRe數(shù)而變化，而看作一常數(shù)。管道局部水頭損失目前僅有擴(kuò)大可采用理論分析，并可得到足夠精確的結(jié)果。其他情況則需要用實驗方法測定ξ 值。突然擴(kuò)大的局部水頭損失可應(yīng)用動量方程與能量方程及連續(xù)方程聯(lián)合求解得到如下公式：h=ξ v2j 22g

，ξ=（2

11）2AAA2h=ξ v2j 12g

，ξ=（1A 21）1A1）12式中和v 分別為突然擴(kuò)大上游管段的斷面面積和平均流速和v1 1 2 2分別為突然擴(kuò)大下游管段的斷面面積和平均流速。通過量測的測管液面高程讀數(shù)，計算出測壓管水頭，繪制在實驗報告上，然后根據(jù)管路中不同管段的流速計算出流速水頭，與測壓管水頭相加得到總水頭線。四、公式及表格1、有關(guān)常數(shù)：突然擴(kuò)大前管徑d= cm； 斷面面積A= cm21 1突然擴(kuò)大后管徑d= cm； 斷面面積A= cm22 2突然縮小管管徑d= cm； 斷面面積A= cm23 32、公式：1管道突然擴(kuò)大：ξ=（1A）21A2A

ξ=（A1A12

1）2管道突然縮小0.5（1）2A23、量測記錄表格：測管液面高程讀數(shù)測管液面高程讀數(shù)量水體積時間h1cmh2cmh3cmh4cmh5cmh6cmh7cmh8cmVTcm3s1234、計算表格：平實測均流速平均流速流量流水頭流速水頭速測壓管水測壓管水頭流速水頭差局部水頭損失Q=VT1V212gcmV2VV22△hV22 V2-1hξ實ξ理1cm3/s cm/scm/s2gcmcm2g 2gcmcm1231、熟悉儀器，記錄有關(guān)常數(shù)。2、檢查各測壓管的橡皮管接頭是否接緊。3、啟動抽水機(jī)，打開進(jìn)水閥門，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。4、檢查尾閥K全開時，測壓管的液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。56、調(diào)節(jié)尾閥改變流量，重復(fù)測量三次。7、選取一組數(shù)據(jù)較好的試驗，繪制總水頭線及測壓管水頭線。六、注意事項1、實驗必須在水流穩(wěn)定后方可進(jìn)行。2、計算局部水頭損失系數(shù)時，應(yīng)注意選擇相應(yīng)的流速水頭：所選量測斷面應(yīng)選在漸變流斷面上，尤其下游斷面應(yīng)選在旋渦區(qū)的末端，即主流恢復(fù)并充滿全管的斷面上。七、思考題1、試分析實測hj與理論計算hj有什仫不同？原因何在？2hjξ值比實際的偏大還是偏小？在工程中使用次值是否安全？3、在相同管徑變化條件下，相應(yīng)于同一流量，其突然擴(kuò)大的ξ值是否一定大于突然縮小的ξ值？實驗3 水躍與底流消能實驗一、實驗?zāi)康?、觀察觀察水躍結(jié)構(gòu)與消力池內(nèi)水流流態(tài)。2、量測水躍的共軛水深并于理論公式計算值比較。3、測定消力池內(nèi)水躍長度，并于無消力池時的水躍長度進(jìn)行比較。4、確定消力池長度和深度(消能坎坎高)，并與理論公式計算值進(jìn)行比較。二、實驗原理1、矩形平底坡渠中共軛水深按下式計算：h h2(

或 h h(

18Fr2118Fr218Fr212、消力池長度按下式計算：L (0.7~0.8)Lk jLj

為平底渠道中的自由水躍長度，由實驗直接量測。3、消力池深度按下式計算：d hhj c tc為渠道下游水深。4、消能坎坎高按下式計算：

為水躍的淹沒系數(shù)，一般取1.05；hj tc

hHj c 1H

為消能坎坎頂水頭，可用堰流公式計算：1m 2gH m 2g1

)32

q22g(

h)2s 1 j cm1

為消能坎的流量系數(shù)，取m1

0.42；

為消能坎的淹沒系數(shù)，st f(ht

c h)f( s )

。當(dāng)h/H

0.45

時，消能坎為非淹沒堰，

1；當(dāng)s H H10 10

s 10 shs/H100.45時為淹沒堰，s1，可查表。三、實驗方法與步驟本實驗在玻璃水槽中進(jìn)行。1、首先在槽中形成自由水躍。即在槽中裝設(shè)建筑物(堰、閘、跌坎)以形成急流。然后調(diào)節(jié)水槽尾部閥門，使下游槽中水深增加而呈緩流，即產(chǎn)生自由水躍。2、觀察水躍結(jié)構(gòu)，量測水躍長度Lj，確定消力池長度Lk。3、放入消能坎，觀察消力池內(nèi)水流流態(tài)。4、若池內(nèi)形成稍有淹沒的水躍，并且水躍沒有翻出消力池，則坎高合適；若池內(nèi)形成自由水躍，或淹沒度較大的水躍，并且水躍沒有翻出消力池，則改變流量，重復(fù)1、2、3步驟，直至坎高合適為止。5、將消力池池長和池深(或坎高)與理論公式計算值比較。四、記錄及計算表格基本數(shù)據(jù)：水槽編號：NO.水槽寬度：B= 厘米量水堰堰口高程（測針讀數(shù)）▽= 厘米計算表格：序 量水堰序 量水堰讀數(shù)(cm)量水堰水頭(cm)流量(l/s)號收縮水深(cm)共軛水深(cm)坎頂水頭(cm)消能坎淹沒系數(shù)S下游水深(cm)坎高實測(cm)計算(cm)六、思考題1、在一定流量下，調(diào)節(jié)尾門，使水躍推前或后移，試分析這種變動對躍高、躍長有什么影響？2、尾門位置一定，只改變流量，則躍長與共軛水深有何改變，為什么？3、試分析遠(yuǎn)驅(qū)式水躍、臨界水躍及淹沒水躍，那種能量損失小，沖刷距離長？那種能量損失大，沖刷距離短？實驗4 堰流實驗一、實驗?zāi)康?、觀察實用堰水流流態(tài)。2、掌握測定實用堰流流量系數(shù)的方法，并將實測值與經(jīng)驗公式計算值進(jìn)行比較。二、實驗原理及計算公式通過溢流壩的流量可用量水堰測得，求得過堰的流量后，即可通過堰流公式反求流量系數(shù)：Q =Q =mb堰 壩

H 3/22g2gb 2gH可以得到 b 2gH壩觀測記錄表格：量水堰頂測針讀數(shù)=序 重讀 量水堰水位量水堰水頭壩頂測針讀數(shù)=溢流壩水位 溢流壩水頭號 次數(shù) (cm)(cm)(cm) (cm)1mm實測計算23實驗設(shè)備如圖所示。斷面模型應(yīng)在玻璃水槽內(nèi)進(jìn)行，對安裝好的模型應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)檢查，然后通過試水，才可正式進(jìn)行試驗。本次試驗是在試水合格后進(jìn)行的正式試驗，關(guān)于玻璃水槽內(nèi)進(jìn)行試驗的程序同前次試驗。本次試驗應(yīng)注意下列各點(diǎn)：1、下游尾水閘門全部打開不使有淹沒出流。2、先調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門。使壩上游水頭達(dá)到設(shè)計水頭（設(shè)計水頭根據(jù)模H

=H /壩m 壩p

，本實驗的設(shè)計水頭Hl d

=10c然后逐漸關(guān)小和開大閥門作出小于和大于設(shè)計水頭時的流量系數(shù)與H/Hd之關(guān)系曲線。3、注意每次讀數(shù)必須在水流穩(wěn)定后進(jìn)行。四、思考題1、量測堰上水頭及閘前水頭時應(yīng)在何處安置測針？2、在什么情況下實用堰為淹沒出流？此時對泄流能力有何影響？試驗5 水電比擬實驗一、實驗?zāi)康挠盟姳葦M方法解滲流平面問題（空間三元流亦可）在工程實踐中有廣泛的運(yùn)用，通過本次實驗應(yīng)了解和掌握一般有關(guān)導(dǎo)電液模型的裝置、量測儀器和實驗方法、操作程序等。二、實驗設(shè)備1。注：透水邊界

=1,1

=0，用紫銅板或其他導(dǎo)電材料做成。m不透水邊界

=0，1

=q用塑料板、玻璃板等絕緣材料做成。自由邊界用nK=const，溶液濃度隨便選定，對分層介質(zhì)各層溶液的濃度應(yīng)按比例配制。本次實驗制作均勻介質(zhì)的。2、儀器a、音頻振蕩器（信號發(fā)生器。b、零指示器（可用電眼、示波器、晶體管毫伏擊計、微安計、耳機(jī)等。c、分壓器（用兩只比例電阻箱串接。d、測計（用紫銅棒制成。3、必備的用具，電阻箱，萬用電表，酒精，蒸餾水，硫酸銅或食鹽溶液，鑷子，小刀、燒杯，吸水球，脫指棉，細(xì)砂紙，各色導(dǎo)線。三、電源和量測裝置接線圖（見下頁）四、實驗步驟1、將模型調(diào)整水平。2、用脫脂棉蘸酒精輕輕擦凈模型，然后注入蒸餾水或硫酸銅溶液使液層厚為0.5~1.0厘米。3、接好模型和分壓器的導(dǎo)線，用萬用電表測量他們的并聯(lián)總阻（量測時應(yīng)將導(dǎo)線自音頻振蕩器上取下，總阻應(yīng)等于振蕩器的輸出阻抗，否則調(diào)整串聯(lián)的電阻箱，或者改變電解液濃度（當(dāng)總阻偏大時）使之相等。4、接好線路，接通振蕩器電源，約一分鐘后，調(diào)節(jié)升壓旋扭。使輸出電壓達(dá)到予定值，一般為10伏左右，可視需要增高或降低。5、接通零指示器電源，本試驗采用毫伏計，使用方法如下：指零時表頭讀數(shù)為零或最小，為了提高精度和保護(hù)儀器，應(yīng)從高檔開始讀數(shù)，然后將轉(zhuǎn)換開關(guān)逐漸撥向低抵檔，并注意測針不得從溶液中取出。6、調(diào)節(jié)分壓器：使其兩臂的阻值取不同的比值，但其和不變，為便利計，當(dāng)模型上v1

=1(對應(yīng)于

=1)v1

=0, (對應(yīng)于m

=0)，令分壓器讀m數(shù)在指零時也為100（或1000）和零。用電阻箱時，可以規(guī)定以某個電阻箱讀數(shù)為準(zhǔn)，如果剛好相反，就應(yīng)當(dāng)將振蕩器輸出端上的接線交換一下位置，這樣，在測量時，分壓器讀數(shù)就是場中各點(diǎn)在橋路平衡（指零）時的化引電勢V （也就是流場中的化引流速勢或化引水頭。70.1測一根等勢線，記錄在按比例畫好的圖紙上，隨即聯(lián)成曲線。記錄者應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)誤差特大的個別數(shù)據(jù)，向測量者提出要求補(bǔ)測或重測，測點(diǎn)的多少，以能連成光滑曲線為準(zhǔn)。8、為了使?jié)B出坡度的大小確定的更準(zhǔn)確一些，可以加測1%、2%、5%等等勢線。9、測完后應(yīng)先將音頻振蕩器調(diào)壓旋鈕反旋，使輸出壓降為零，然后才切斷所有電源，將導(dǎo)電溶液吸出盛入燒杯中，并將模型擦凈。五、實驗報告利用實驗成果繪出流網(wǎng)，實測的等勢線作為原始資料加以保護(hù)不得在記錄紙上任意涂改，整理記錄時，可用透明紙蒙在底圖上，補(bǔ)繪出流線（按正交和曲邊方格的要求，如果發(fā)現(xiàn)等勢線量測有誤差，不能完全按要求繪出流網(wǎng)也可將等勢線位置稍作調(diào)整，但應(yīng)特別慎重不要隨便亂改，流網(wǎng)繪出后計算滲流流量，下游透水邊界的滲出坡降曲線，底板上的浮托力。六、預(yù)習(xí)要求（預(yù)習(xí)要求不符合不得參加本實驗）1、弄清原理與線路，自己能獨(dú)立畫出接線圖。2、到實驗室看一下裝置，弄清實驗操作的各個步驟。3、每組預(yù)先畫好一份底圖（用坐標(biāo)紙）并準(zhǔn)備好透明紙以便紀(jì)錄。七、思考題1、如果在實驗中直接測定流線，應(yīng)如何模擬邊界條件，實驗應(yīng)如何布置？2、為什么要將實驗盤放置水平？實驗盤的大小對實驗結(jié)果有無影響？第五章有壓管道中的恒定流5.2已知：預(yù)制混凝土引水管 查表（P118）n=0.01~0.013D=1m,l=40m, =0.4 D =70m,D =60.5m,D =62.0m Q上 下 管底c解：自由出流流量公式Q=μ A 2g H n取0.013co作用水頭H=70-62.5=7.5m(管道形心點(diǎn)與上有水面的距離)oA=4D2= 4 ㎡π πcμ = 1c21 d2

假設(shè)在阻力平方區(qū) =8g c2C=Rn

6= 110.0131

11×( )614

=61.05(m 1/s)故 =8gc2

=0.021 μ =c

11 d

=0.668Q=0.668×4×2g . 7.5=6.36（m3/s)πV=Q6.36=8.10m/s>1.2m/s 原假設(shè)成立A π45.4Z

=4.5m,l=20m,d=150mm,l

=12m,d

=150mm,=0.03sξ =2.0，ξ自網(wǎng)

=9.0，ξ水泵閥

1=0.3，h900

16m（）Qv 泵（2)Z122（1）解：水泵安裝高度為：1Z≤h-（α+γl1

+）v2 故 =(h-Z)2g/(α+l1v21

+)s v d1

2g max v s d1=(6-4.5)×19.6/(1+0.03×0.15=2.15

+9.0+0.3)故v =1.52（m/s) Q =v

.A=1.52×πd

2=0.0269(m

/s)max

max

max

41 32gz(2)對于自流管：Q=μ 2gzc

作用水頭Z=2/

2A22gcd4

2=0.018μ = 1 = 1 =0.378c d

0.03

200.15

21故Z= 0.02692

=0.83（m)0.372

0.012 19.65.6已知：d=0.4m,H=4m,Z=1.8m,l1

=8m,l2

=4m,l3

=12m求（1）Q（2）p 的斷面位置及hmin vmax解1）淹沒出流QμcA 2gzμ = 1

(n的取值及ξ的取值都要明確)c d

1 (0.4)1n0.013，c=1

R1= ×

6=52.41(m

1/s)6n 0.013 4 263PAGEPAGE6=8gc2

=0.029c故μ= 1 =0.414c0.029 8412 2.520.31.00.4π2Aπd = ×2=0.1256㎡)π24 4Q=0.414×0.1256×

2g2g43

/s)(2)最小壓強(qiáng)發(fā)生在第二轉(zhuǎn)折處（距出口最遠(yuǎn)且管道最高）n=0.012 1-1,2-2為上游水面p0+ a

+0=(Z－d

P +)+2 2+)+

v +(

l＋) 22v2 2 2g d 2g2v2V=Q=2 A

0.473=3.766(m/s)0.1256h= P P =Z－d+( l

)+v2v a 2

1 22 d 2g21=(1.8-0.2)+(1+0.024×l 21

l + +

)×762=4.871(m)5.9P14551C=130h采用哈威廉森S=1.1319× 1

d=137421.72

網(wǎng) 彎 19.6d4.871S=1.38