水力学实验报告.docx

1、水力学实验报告水力学实验报告水力学实验报告 学 院：班级：姓名：学号：第三组同学：姓名：学号：姓名：学号：姓名：学号：2015、 12、 251平面静水总压力实验1、1实验目的1、掌握解析法 及压力图法，测定矩形平面上的静水总压力。2、验证平面静水压力理论。1、2实验原理作用在任意形状平面上的静水总压力P等于该平面形心 处的压强p c与平面面积A的乘积：A p Pc ,方向垂直 指向受压面。对于上、下边与水面平行的矩形平面上的静水总压力 及其作用点的位置，可采用压力图法：静水总压力P的大小 等于压强分布图的面积 与以宽度b所构成的压强分布 体的体积。b P若压强分布图为三角形分布、如图3-2,

2、则H eb gH P31212 式中：e为三角形压强分布图的形心距底部的距离。若压强分布图为梯形分布，如图3-3,则2 12 12 12321H HH H aeab H H g P+ + ）+ （ 式中：e 为梯形压强分布图的形心距梯形底边的距离。图1-1静水压强分布图（三角形）图1-2静水压强分布图（梯形）本实验设备原理如图 3-4,由力矩平衡原理。图1-3静水总压力实验设备图1 OL P L G其中：e L L 1求出平面静水总压力10LGLP1、3实验设备在自循环水箱上部安装一敞开的矩形容器，容器通过进 水开关K 1 ,放水开关K 2与水箱连接。容器上部放置一 与扇形体相连的平衡杆，如图

3、3-5所示。203010405060708090100110120130140150160L 0 3-5K 1图1-4静水总压力仪1、4实验步骤1、熟悉仪器，测记有关常数。2、 用底脚螺丝调平，使水准泡居中。3、 调整平衡锤使平衡杆处于水平状态。4、 打开进水阀门K1 ,待水流上升到一定高度后关闭。5、 在天平盘上放置适量袪码。若平衡杆仍无法达到水 平状态，可通过进水开关进水或放水开关放水来调节进放水 量直至平衡。6、 测记袪码质量及水位的刻度数。7、 重复步骤46,水位读数在100mm以下做3次, 以上做3次。8、打开放水阀门K 2，将水排净，并将袪码放入盒中, 实验结束。1、5实验数据记录

4、及处理1、 有关常数记录：天平臂距离L 0 =cm,扇形体垂直距离(扇形半径)L =cm,扇形体宽b =cm,矩形端面高a 0 =cm,3 3/ 10 0 . 1 cm kg =2、 实验数据记录压强分布形式测次水位读数H(cm)水位读数0 000a H a Ha Hh(cm)祛码质量m(g)三角形分布1234梯形分布1233、实验结果压强分布形式测次作用点距底部距 离(cm) H hH h h H 23作用力距支点垂直距离e L L l(cm)实测力矩(N cm) 0 OmgL M 实测静水总压力(N) 10LMP =实理论静水总压力(N)误差()三角形分布1234梯形分布123100%-

5、理论值实验值理论值注：误差1、6注意事项1、在调整平衡杆时，进水或放水速度要慢。2、 测读数据时，一定要等平衡杆稳定后再读。1、7思考题1、 实验中，扇形体的其她侧面所受到的压力就是否对实 验精度产生影响？为什么？ 2、注水深度在lOOmni以上时, 作用在平面上的压强分布图就是什么形状？3、 影响本实验精度的原因就是什么？ 2能量方程实验2、 1实验目的1、 观察恒定流的情况下，与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及总

6、水头值，并绘制管道的测 压管水头线及总水头线。2、 2实验原理实际液体在有压管道中作恒定流动时,其能量方程如下whgv pZgv pZ 2 222 22221 1 11 它表明：液体在流动的过程中，液体的各种机械能（单位位能、单位压能与单位动能）就是可以相互转 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，也就就是一部分机械能要转化为热能而 散逸，即水头损失。因而机械能应沿程减小。对于均匀流与渐变流断面，压强分布符合静水压强分布 规律：Cpz 但不同断面的C值不同。图2-1急变流断面动水压强分布图对于急变流，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

7、布规律；上凸曲面边界上的急变流断面如图3-7(a),离心力与 重力方向相反，所以静动p p o下凹曲面边界上的急变流断面如图21 (b)，离心力与 重力方向相向，所以静动p p O2、3实验设备实验设备及各部分名称如图2-2所示。123456 789CAB10 3-8图22能量方程实验仪2、4实验步骤1、 分辨测压管与毕托管并检查橡皮管接头就是否接紧。2、 启动抽水机,打开进水阀门，使水箱充水并保持溢流， 使水位恒定。3、 关闭尾阀K,检查测压管与毕托管的液面就是否齐平。 若不平，则需检查管路就是否存在气泡并排出。4、 打开尾阀K,量测测压管及毕托管水头。5、 观察急变流断面A及B处的压强分布

8、规律。6、 本实验共做三次，流量变化由大变小。2、5实验数据记录与处理水力学实验报告1、有关常数记录d 5 =cm, d 1 =cmo （d 5即d,d 1即D） 2.实验数据记录与计算（测 压管高度单位为cm）测次1 4 5 6 8 9 A量筒内水的质量 （g）测量时间（s）流量（m3 /s）测压管液面高总压管液面 高测压管液面高总压管液面高测压管液面高总压管液 面高测压管液面髙总压管液面高测压管液面高总压管 液面高 测压管液面高 总侧测压管高 外侧测压管高 中间 测压管高内侧测压管高12345678910水力学实验报告3、实验结果（1）绘制测压管水头线与总水头线（任选一组）。123456

9、789CAB10 3-8(2)计算断面5与断面2的平均流速与毕托管测点 流速。2、6注意事项1、 尾阀K开启一定要缓慢，并注意测压管中水位的变 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。2、 流速较大时，测压管水面有脉动现象，读数时要读取 时均值。2、 7思考题1、实验中哪个测压管水面下降最大？为什么？ 2、毕 托管中的水面高度能否低于测压管中的水面髙度？ 3、在逐 渐扩大的管路中，测压管水头线就是怎样变化的？ 3动量 方程实验3、1实验目的1、测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。2、将测出的冲击力与用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

10、。3、 2实验原理应用力矩平衡原理如图3-1,求射流对平面板与曲面板的作用力。力矩平衡方程：1GL FL ,LGLF1式中：F射流作用力；L作用力力臂；G 1 袪码重量；L 1 祛码力臂。恒定总流的动量方程为 ）仃1 2 2v v Q F若令11 2 ，且只考虑其中水平方向作用力,则可求得射流对平面板与曲面板的作用力公式为）cos 1 （ Qv F式中：Q 管嘴的流量；v 管嘴流速； 一射流射向平面或曲面板后的偏转角度。90 Qv 平时，F平F ：水流对平面板的冲击力135仃cosl35 ） 1.7071. 707 Qv Qv F 平时，F180 （1 cosl80 ） 2 2 Qv Qv F

11、平时，F3、3实验设备实验设备及各部分名称见图32,实验 中配有090 的平面板与0180 及0135的曲面板，另备大小量筒及秒表各一只。3、4实验步骤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。加法码并调节袪码位置, 使杠杆处于水平状态，达到力矩平衡。记录磋码质量与力臂L 1 o4、 用质量法测量流量Q用以计算F理。图3-1动量原理实验简图5、 改变溢流板髙度，使水头与流量变化，重复上述步骤。6、 将平面板更换为曲面板(0135 及0180)，又可实测与计算不同流量的作用力。7、 关

12、闭抽水机，将水箱中水排空，磋码从杠杆中取下，实 验结束。水箱水箱图3-2动量原理实验仪开关杠杆袪码水准气泡平衡锤支点LL 1 3、5实验数据记录相关常数:L =cm,管径d =cm水的质量(g)时间(s)流量(L/s)流速(m/s)磋 码质量(g)力臂L 1 (cm) F理(N) F 实(N)误差() 0903、6注意事项1、 量测流量后，量筒内水必须倒进接水器，以保证水箱 循环水充足。2、 测流量时，计时与量简接水一定要同步进行，以减小 流量的量测误差。3、 测流量一般测两次取平均值，以消除误差。3、 7思考题1、F实与F理有差异，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

13、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？4雷诺实验4、1实验目的1、 观察层流与紊流的流动特征及其转变情况，以加深 对层流、紊流形态的感性认识。2、 测定层流与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h f与断面平均流速的对数关系曲 线，即v h f lg lg曲线，并计算图中的斜率m与临界雷 诺数Re k o4、 2实验原理同一种液体在同一管道中流动，当流速不同时，液体可 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，这种形态的液体流动叫 层流。当流速较大时，管中水流各质点间发生互相混杂的运 动，这种

14、形态的液体流动叫做紊流。层流与紊流的沿程水头损失规律也不同。层流的沿程 水头损失大小与断面平均流速的1次方成正比，即0 . lv h f 。紊流的沿程水头损失与断面平均流速的1、752、0次 方成正比，即0 .2 75 . lv h f o视水流情况，可表示为mfkv h ，式中m为指数，或 表示为 v m k h f lg lg lg o每套实验设备的管径d固定，当水箱水位保持不变时, 管内即产生恒定流动。沿程水头损失fh与断面平均流速v 的关系可由能量方程导出：fhgv pZgv pZ2 222 2 2221 1 11 当管径不变，2 lv v ,取 0 . 12 1所以 hpZpZ h

15、f ) ( ) (2211h 值可以由压差计读出。在圆管流动中采用雷诺数来判别流态：vd Re式中：v圆管水流的断面平均流速；d圆管直径； 水流的运动粘滞系数。当ReRe k (上临界雷诺数)时为紊流状态，Re k 在 400012000 之间。4、3实验设备实验设备及各部分名称见图41所示。（一） 观察流动形态将进水管打开使水箱充满水，并保持溢流状态；然后用 尾部阀门调节流量，将阀门微微打开，待水流稳定后，注入颜 色水。当颜色水在试验管中呈现一条稳定而明显的流线时, 管内即为层流流态，如图1所示。随后渐渐开大尾部阀门，增大流量，这时颜色水开始颤 动、弯曲，并逐渐扩散，当扩散至全管，水流紊乱到已瞧不清 着色流线时，这便就是紊流流态。（二） 测定v h f 的关系及临界雷诺数1、 熟悉仪器，测记有关常数。2、 检查尾阀全关时，压差计液面就是否齐平、若不平,