静水压强土木工程学院中心东南大学Word下载.docx

1、 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

2、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，

3、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 11 四、实验步骤1、熟悉仪器，测记有关常数

4、。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

5、。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

6、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。

7、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。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。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

8、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。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

9、、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 31对于急变流，由于流线的曲率较大，因

10、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 31（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 31（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32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

11、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

12、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42。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

13、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、

14、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1.752.00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