静水压强土木工程学院中心东南大学Word下载.docx

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第四条实验时，要严肃认真，正确操作，仔细观察，真实记录实验数据的结果。

不许喧闹谈笑，不做与实验无关的事，不动与实验无关的设备，不进入与实验无关的场所。

第五条实验中要注意安全，遵守《实验室安全规则》及有关的操作规程。

第六条仪器设备发生不正常现象时，应及时报告指导教师。

发生人身安全事故时，应立即切断相应的电源、气源等，并听从指导教师的指导，要沉着冷静，不要惊慌失措。

第七条实验中，如发现仪器设备损坏，应及时报告，查明原因。

凡属违反操作规程导致设备损坏的，要追究责任，照章赔偿。

第八条实验结束时，实验数据要指导教师审阅、签字，并整理好实验现场后，方可离去。

第九条学生要进入开放实验室做自行设计的实验时，应事先和有关实验室联系，报告自己的实验目的、内容和所需实验仪器，经同意后，在实验室安排的时间内进行。

第十条学生因某项实验不合格需重做者，或未按规定时间做实验而要补做者，必须交纳实验仪器设备折旧费、实验器材和水电消耗费。

第十一条本守则学校授权教务处实验室与设备管理科负责解释。

[校办通知（1999）6号]

壹、静水压强实验

一、实验目的

1、加深对水静力学基本方程物理意义的理解，验证静止液体中，不同点对于同一基准面的测压管水头为常数（即）。

2、学习利用U形管测量液体密度。

3、建立液体表面压强，的概念，并观察真空现象。

4、测定在静止液体内部A、B两点的压强值。

二、实验原理

在重力作用下，水静力学基本方程为：

它表明：

当质量力仅为重力时，静止液体内部任意点对同一基准面的与两项之和为常数。

重力作用下，液体中任何一点静止水压强

，

为液体表面压强。

为正压；

为负压，负压可用真空压强或真空高度表示：

重力作用下，静止均质液体中的等压面是水平面。

利用互相连通的同一种液体的等到压面原理，可求出待求液体的密度。

三、实验设备

在一全透明密封有机玻璃箱内注入适量的水，并由一乳胶管将水箱与一可升降的调压筒相连。

水箱顶部装有排气孔，可与大气相通，用以控制容器内液体表面压强。

若在U形管压差计所装液体为油，，通过升降调压筒可调节水箱内液体的表面压强，如图1-1所示。

图1—1

四、实验步骤

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，使之与水箱内的液面与大气相通，此时液面压强。

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。

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，使之与大气相通，待液面稳定后再关闭（此时不要移动调压筒）。

6、将调压筒降至某一高度。

此时。

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，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、液面标高与相等吗？

为什么？

3、调压筒的升降为什么能改变容器的液面压强？

4、实验时，密封容器内的水面能不能低于A点，为什么？

贰、流线演示实验

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。

二、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。

Ⅱ型：

显示桥墩、机翼绕流的流线。

该桥墩为圆头方尾的绕流体。

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。

Ⅲ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。

Ⅳ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？

叁、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。

实际液体在有压管道中作恒定流动时，其能量方程如下：

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：

或

但不同断面的C值不同。

图3—1

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。

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。

实验设备及各部分名称如图3—2所示。

1、分辩测压管与皮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，检查测压管和皮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，在液面稳定后，量测测压管及皮托管水头，同时测量该级的流量。

5、观察急变流断面A和B处的压强分布规律。

6、本实验其做四次。

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、流速水头及总水头H值。

3、尾阀开启一定要缓慢，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。

1、实验中哪个测压管水面下降最大？

2、皮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？

肆、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：

，

式中：

—射流作用力；

—作用力力臂；

图4-1

—砝码重量；

—砝码力臂。

恒定总流的动量方程为，若令==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：

—管嘴的流量；

—管嘴的流速；

—射流射向平面或曲面板后的偏转角度。

时，—水流对平面板的冲击力；

时，

实验设备及各部分名称见图4—2。

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、用体积法测量流量用以计算；

5、改变溢流板高度，使水头和流量变化，重复上述步骤；

6、将平面板更换为曲面板（及）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、与有差异，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？

伍、雷诺实验

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、绘制水头损失和断面平均流速的对数关系曲线，并计算图中的斜率和临界雷诺数。

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；

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。

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，沿程水头损失与断面平均流速的关系可由能量方