水力学实验报告Word下载.docx
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四、实验步骤
1.记录有关常数：
小、d„.d„Hd|V.各管道轴线高程、水箱液面高程；
2.水箱充水；
3.接好电源，启动水泵，系统充水赶气，过程中维持溢流板稍许溢流；
4.检查各处是否有漏水；
5.关闭流量调节阀观察并记录各动静压管上的液面高度，自由液面的高度；
6.全开流量调节阀，测读并记录各测管的液面高程，体积流量；
7.关小流量调节阀，测读并记录各测管的液面高程，体积流量；
&
重复步骤7—次；
9.试验完毕，停泵，断开电源，清洗现场。
五、试验数据记录与整理
1.记录有关读数实验装置编号No
di=1..4cm,d2=2.6cm,d3=1.4cm,dp1.4cm
2.测读记录Z+—值表
表1z+£
（单位：
cm）值表基准线选在
/
序号
点编号
流量
（cm3/s）
I
II
III
IV
2
3*
4
5*
6
r
8
1
3
表中帶…的仁3、5、7测点为毕托管测点，测量相应位置的总水头：
而2、4、6、8测点测量相应位置的测压管水头。
3.速度水头值计算表
表2速度水头计算表
管径cm
Q=cm3^
Q=cm3/s
A
cm2
Vcni/s
3/（2g）
an
6*
VcnVs
A品
W（2g）
di
1.4
1.54
ch
2.6
5.31
cb
4•总水头z+上+孚一值计算表
Y2g
表3总水头z+?
+竺1值计算表
/2g
编号
六、思考题
仁流屋增大，测压管水头线有何变化？
为什么？
2•毕托管所测试的总水头线与实测（体积法测流）的总水头线，一般略有差异，试分析其原因。
3•测压管水头线和总水头线的沿程变化有何不同？
实验
（二）动■定律实验
1.验证恒定流动量方程；
乙加深流体动力学的动量守恒定律的理解。
1.射流对水箱的反作用力
以水箱水面I—I,出口断面II-II及箱壁为控制面，计算模型见图1
图1水平对空射流模型
（一）水箱实验
1.根据动量方程计算Rx:
对X轴列动量方程：
工$=Rx=PQd'
Sx一0"
x）
式中：
Rx—水箱对水流的反作用力；
P—实验温度、压力下水的密度；
Q—水箱出水流量;
02，01一动量修正系数，取仁
V1X—水箱水面的行近流速在X轴上的投影，取0；
v2X—岀口断面的平均流速在X轴上的投影；
乙根据力矩平衡计算R.x:
（1）Rx对转轴取力矩M
M=RxL
L—出口中心至转轴的距离;
G—平衡袪码重量；
A5—A5=S・S小
S。
一未出流平衡磋码至转轴的距离；
S—出流时动态平衡时祛码至转轴的距离。
由于此时M=M°
可由力矩平衡计算得/?
-
（二）射流对平板的作用力
取喷嘴出口断面I—I,平板出流的截面II—II为控制断面，对X轴列动量方程（考参计算模型图2）
0I-1——I-
LL?
码
图2对平板射流计算模型
1.根据动量方程计算心：
工代=Rx=观（02勺X-AV1X）
Rx—平板对水流的反作用力；
vlx—喷嘴出口平均流速在X轴的投影，即流速；
v2X一II一I【断面平均流速在X轴的投影，取0；
乙根据力矩平衡计算Rx:
对0点取矩，则有:
M=RxLi
厶一水流冲击点至0点的距离；
动平衡时得到实测力矩M。
：
M（,=GL2
此时M=M°
可由力矩平衡计算得Rx。
三、实验装■
1.动量实验装置1台，结构示意见图3；
2•量水桶1只;
4•秒表1块。
图3：
实验装置结构示意图
3•电子称1台；
仁实验水箱；
2•控制阀门；
3•高位水孔；
4•低位水孔；
5•袪码；
6•转动轴承；
7•挡板；
固
定插销；
9•水平仪；
10.喷嘴；
门・水泵；
12.水箱；
13.挡水板；
14.实验台支架
四、实验步骤
1.储水箱充水；
2•接电源，启动泵，向实验水箱充水，关小进水阀2,实验过程中使溢流板稍许溢流;
3•拔出插销，调整平衡（移动秩码，使水平仪气泡居中），测读并记录S；
4•拔出低孔塞，出流稳定后，硅码调位，使水平仪气泡居中，测读S,计量水体枳V、量水时间t；
5•重复步骤4一次；
6.停止水泵，待实验水箱水位教低时塞住底孔;
7•步重复骤2、3；
拔去高孔塞，出流稳定后，袪码调位，使水平仪气泡居中，测读S,测量水体积.计量时间;
9•重复步骤8—次；
W.实验完毕，实验水箱插上定位插销。
（二）平板实验
1•同步骤（_）1、2；
乙在拉链端加50克袪码，开启并调节射流阀门，使平板保持垂直位置;
3•稳定后，测读并记录袪码重量，计量水体积V,量水时间t；
4.改变袪码重量，调节射流阀门，使平板保持垂直位置；
5.重复步骤3；
6.实验完毕，停止水泵，断开电源。
五、实验数据记录与整理
1.记录水箱实验数据并计算
dwi昨讦cm,d|眈阿=cm,厶岛=cm,厶低=cm
表1水箱实验数据记录及计算用表实验装置编号NO
孔口位置
So
（ni）
s
（m）
AS=S-So
G
（N）
M0=GAS
（N*M）
m=RxL
Rx
V
（n?
）
t
⑸
Q
（m3/s）
（m/s
Rx=pQv
高
二
低孔
2•记录平板实验数据并计算
仪器常数（实测）：
d=cm,Li=m,L2=m
表2平板实验数据记录及计算用表
测次
Mo=Gl_2
M=RxLi
Rx
（m3）
（m/s）
Rx=pQv
分析理论计算Rx与测定Rx产生偏差的原因。
实验（三）文丘里实验
1.通过测定流量系数，掌握文丘里流量计测量管道流量的技术。
乙验证能量方程的正确性。
如果能求得任一断面的流速v,然后乘以面积A,即可求出理论流量Q'
。
计算模型如图1所示:
图1文丘里流屋计流量计算模型
根据能量方程和连续性方程，可得不计阻力作用的文氏管过水能力关系式
K=
y+卄+今）,为断面测压管水头差
由于阻力的存在，
实际通过流量Q恒小于理论流量Q\故引入无量纲流屋修正系数uo
“呼咳妬或
三、实验装置
1.文丘里流量计实验装置1台，结构示意图（见图2）；
乙秒表1只；
3•温度计「支。
]:
n
12
图2、实验装置结构示意图
3.溢流管；
4.电源开关；
7.接头；
实验管段;
9.文丘里管；
10.调节阀；
笛.接水箱；
12.计量水箱；
13.回水管；
14.实验桌。
仁水箱充水；
2•接好电源，启动水泵；
3•调节进水阀，全开出水阀，过程中溢流板保持稍许溢流；
4.稳定后，测读并记录测压管水头hl.h2、时间间隔t、水量AV；
5.分6-8档，关小出水阀，测读并记录九、lx、t、AV；
6实验完毕，停止水泵，断开电源，清扫场地。
五、实验数据记录与计算
1记录计算有关数据d!
=1.4cm,d2=0.8cm实验装置编号No
水箱液面标尺值=cm,管轴线高程表尺值H=emo
2试验数据记录与整理见表1表1试验数据记录及计算表
测压管度
数（cm）
压差（cm）
水量（cm3）
时间
（S）
测定流量
理论流量（cm3/s）
系数
hi
h2
△h=hi・h2
AV
Q，
六.思考题
本试验中，影响文丘里管流量系数大小的因素有那些？
哪些因素最为敏感？
可从
对一个具体的文丘里管最大作用水头可为多大？
可从文丘里管喉颈处容易产生真空，允许最大真空值为6-7mH2O着手分析。
实验（四）孔口与管嘴出流实验
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、局部阻力系数的测量技术;
2.通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口形状对出流能力的影响。
对于薄壁孔口和管嘴出流有：
0=网石=“AJ5武
当已知A,测知Q、Ho后，可计算：
流量系数//=一4=
当测得收缩半径de,或由经验数据取定de后，可计算：
A〃2
收缩系数£
=二=予
A/
流速系数（p=/I「=—=（
阻力系数点=丄一1
1.孔口与管孔出流仪1台，基本结构如图1所示;
2.1000ml＜筒1只，秒表1块，卡尺「支。
11:
?
图1实验台简图
1•实验台支架2•供水调节阀3•孔口4•直角管嘴5•标尺6•测压管7•水杯&
溢流管9•自循环供水
泵
10.溢流箱门.溢流板12.稳压孔板13.稳水箱14.供水管15.水槽16.防溅板
1.记录有关实验常数；
2.接通电源启动水泵，使恒压水箱充水，至溢流后，调节阀门使溢流板上保持少量溢流；
3.待水面稳定后，测记水箱水面高程标尺读数Hi,用体积法（或重量法）测记孔口出流量Q（要求重复测量三次，时间尽量长些，在15秒以上，以求准确），测量完毕。
4.依照上法，测记管嘴水箱水面高程及标尺读数川及流呈Q,观察和量测直角管嘴出流的真空情况。
5.实验完毕，停止水泵，断开电源，关闭阀门3,清理实验桌面及场地。
6.注意事项：
（1）用卡尺侧记收缩断面直径和收缩断面位置于孔口的距离；
（2）以上实验时，注意观察各出流的流股形态。
五、实验数据记录与整理
1.有关常数：
设备编号
孔口d=0.8cm出口高程Zi=cm
直角管嘴d=0.8cm出口高程Z2=cm
2.数据记录与整理
孔口
直角管嘴
水箱液面读数Hi（cm）
体积（cm3）
时间（S）
流<
平均流量（cm3/s）
作用水头H（cm）
面积A（cm2）
流量系数P
测管读数H2（cm）
—
负压水柱H3（cm）收缩直径dr（cm）
—
收缩断面Ac（cm2）
流速系数°
阻力系数E
1.结合观测不同类型管嘴与孔口出流的流股特征，分析流量系数不同的原因及增大过流能力的途径。
2•观察—>
0.1时，孔口出流的侧收缩率较—<
0.1时有何不同？
HH
实验（五）雷诺实验
1.观察液体在不同流动状态时流体质点的运动规律；
乙观察流体由层流变紊流及由紊流变层流的过度过程；
3.测定液体在圆管中流动时的下临界及上临界雷诺数Re。
流体在管道中流动，具有两种不同的流动状态。
大量试验表明，流体处于不同流态时，其阻力特性也不同。
雷诺数的物理意义，可表征为惯性力与粘滞力之比。
其实用意义在于：
综合管材（质）、管径、内表面情况等，进行流动阻力计算。
在实验过程中，保持水箱中的水位恒定（即作用水头H不变）。
如果管路中出口阀门开度较小，在管路中就有稳定的平均速度v,红色水与自来水同步在管路中沿轴线向前流动，红颜色水呈一条红色直线，其流体质点没有垂直于主流方向的横向运动，红色直线没有与周围的液体混杂，层次分明地在管路中流动，为层流运动。
如果将岀口阀门逐渐开大，管路中的红色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的流动呈临界状态。
如果将出口阀门继续开大，岀现流体质点的横向脉动，使红色线完全扩散与自来水混合，此时流体的流动状态微紊流运动。
继续开大尾部阀门，红色水一出管尖，立即消失得无影无踪，此为完全紊流运动。
三、实验装置
雷诺仪1台，结构示意图（见图1）
秒表1只
温度计1支
管流量Q用体积法测出：
Q=—
t——量水时间，s
△V——t时段内计量水箱中水的体积增量，cm\
v=e
管流平均流速用下式计算：
人
A—管道的横截面积，cm2；
雷诺数（v,
d—管路直径，2.6cm；
V—流速，cm/s；
v—实验水温下水的运动粘滞系数（cm2/s）o
0.01775
"
1+0.0377/+0.000221/'
11
图1雷诺仪结构示意图
4.电源；
5.整流柵；
7.墨盒；
墨针;
9.实验管；
11.调节阀；
12.接水箱及计量水箱；
14实验桌。
1.贮水箱充水；
乙接好电源，启动水泵；
3.关闭出水调节阀11,使水箱稍许溢流（实验过程中均需保持作用水头H不变）；
4.缓慢开出水调节阀们，使玻璃管中水稳定流动，并开启红色阀门9,使红色水以微小流速在玻璃管内流动，观察层流流动状态；
5.开大出水调节阀11,观察与判断临界层流流动状态；
6.继续开大出水调节阀11,观察紊流流动状态；
7.逐渐关小出水调节阀11（不允许反向调节），使达到下临界流动状态；
稳定后，测读并记录量水时间t,计量水箱体积增tAV；
9.重复步骤6、7、8三次；
10.实验完毕，停止水泵，断开电源，清理场地。
五、实验数据记录与计算
d=2.6cm水温=°
C
次数
T（s）
/s）
Vc
Rec
下临界状态
一£
界状态
1.判断流态采用临界雷诺数，为什么不采用临界流速？
乙分析实测实验装置的临界雷诺数与公认值（2320〉产生偏离的原因。
实验（六）沿程水头损失实验
-V实验目的
1.通过实验了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制Ighf〜-lg"
曲线;
2.掌握管流沿程阻力系数的量测技术和应用压差计的方法；
3.将测得的Re-入关系值与莫迪图对比，提高实验成果分析能力。
二、实验原理
对于圆管稳定流动，达西公式给出：
对于给定管径、管长的圆管稳定流，由达西公式可得:
对水平安装的等直径圆管，由能量方程可得:
对于指示液，被测液体均为水的u形管压差计，有：
hf=（Pi—P2）/?
=h2—hi
式中hf——测定管段L的沿程水头损失，cmHzO
7——实验水温和大气压力下的水容重
三、实验装養
1•沿程水头损失实验装置1套，结构示意如图1所示
2.秒表1块
3.温度计1支
4•第一根管径di=1.4cm,第二根管径dz=1.9cm,第三根管径d3=2.6cmo
图1沿程水头损失实验装置示意图
1.水箱（内置潜水泵）2.供水管3.电器插座4.溢流回水管5.整流栅板6.溢流板7.水箱&
测压嘴9.实验管道10.差压计11.调节阀门12.调整及计量水箱13.量桶14.回水管15.实验桌本装置有下水箱、自循环水泵、供水阀、稳压水箱、实验管道、流量调节阀，计量水箱、
回水管、压差计等组成。
实验时应将管道、胶管及压差计内的空气排出，接通电源水泵启动，全开供水阀，逐次开大流量调节阀，每次调节流量时，均需稳定2-3分钟，流量愈小，稳定时间愈长；
测流量时间不小于8-10秒；
测流量的同时，需测记压差计、温度计［自备］应挂在水箱中读数。
1.记录有关常数；
乙检查储水箱水位（不够高时冲水），旁通阀是否已关闭；
3.接好电源，启动水泵，打开流量调节阀"
，系统充水赶气；
4.加大流量调节后至全开，保持溢流板有稍许溢流；
5.稳定后，测读并记录数据表中所要求的参数；
6.逐档调节流量阀开度（不少于5次），重复步骤5；
7.实验结束，停止水泵，断开电源，清理现场。
五、数据记录与整理
1.记录与计算见表1;
2.绘制Ighf〜Igv曲线,以Igv为横坐标，以Ighf为纵坐标；
3.绘制lg100X〜IgRe对数曲线，IgRe为横坐标，以lg100X为纵坐标。
表1记录及计算表格
常数：
L=80cmk=^2gd'
/Sl（cm5/s2）v=（cm2/s）
1+0.0377/+0.000221/'
管
径
cm
测
次
体积cm
时间
S
Qcm2
/S
流速
Vcm2
水温°
运动粘度
雷诺数
Re
测压管
读数
沿程水头损失
hf
沿程损失系数
Re<
2320
2=64/R
e
d.
5
7
9
10
13
14
15
1•如何从lgv〜lg切曲线得到的m=（lghf2-lghfl）/（v2-v,）值,判定流区（m=1,m=2,
1.75<
m<
2,m>
2）?
乙本次实验结果是否与莫迪图吻合？
试分析其原因。
实验（七）局部阻力损失实验
1.掌握三点法，四点法量测局部阻力系数的技能；
2.通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突然缩小局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径。
cl
0I3
-U
LL
%
2345
图1突扩突缩的局部水头损失测压管段
阻力计算模式见图K
1.突然扩大
本实验采用三点法计算，3测点2、3、4之间的间距L2.3=15cm,L3.4=20cm,建立2—2、22
3—3断面能量方程，得到：
饥二［（乙+△）+空匚］一［（$+△■）+竺匚+心―］
■/2g/2g一
其中：
按流程长度换算,
突然扩大局部阻力系数的实测值：
<
=亠竺2g
突然扩大局部阻力系数的理论公式（包达公式）：
<
=（1一
2a2
则突然扩大局部阻力可由公式：
——
2gA2g
2.突然缩小
本实验采用四点法布阵计算，式中B点为突缩点。
四测点3、4、5、6之间的间距L3.4=5cm,L5.6=20cmt由4-4,5-5断面的能量方程,
22
可实测得：
hjs=［（乙4+厶iJ）_〃/4-訂_［（乙5+厶）+/伽-5】
y2g•Y2g
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