水力學(xué)實驗報告

水力學(xué)實驗扳告院:級:名:號:第三組同學(xué):姓名:學(xué)號:姓名:學(xué)號:姓名:學(xué)號:2015、12、251平面靜水總壓力實驗1x1實驗?zāi)康?、掌握解析法及壓力圖法，測定矩形平而上得靜水總壓力.2、驗證平而靜水壓力理論。1x2實驗原理作用在任意形狀平面上得靜水總壓力P等于該平而形心處得壓強處與平而而積A得乘積：方向垂宜指向受壓而0對于上、下邊與水而平行得矩形平面上得靜水總壓力及其作用點得位置，可采用壓力圖法：靜水總壓力P得大小等于壓強分布圖得面積與以寬度h所構(gòu)成得壓強分布體得體積。若壓強分布圖為三角形分布、如圖3—2,則式中"一為三角形壓強分布圖得形心距底部得距離。若壓強分布圖為梯形分布，如圖3-3,則式中：0-為梯形壓強分布圖得形心距梯形底邊得距離圖Mfff式中：0-為梯形壓強分布圖得形心距梯形底邊得距離圖Mfff水壓強分布圖（三角圖1-2靜水壓強分布圖｛梯本實驗設(shè)備原理如圖3-4.由力矩平衡原理。VHi圖1=秤水總壓力實驗設(shè)備圖VHi圖1=秤水總壓力實驗設(shè)備圖1英中：求出平面靜水總壓力1x3實驗設(shè)備在自循環(huán)水箱上部安裝一敞開得矩形容器，容器通過進水開關(guān)Kh放水開關(guān)&與水箱連接。容器上部放置一與扇形體相連得平衡桿，如圖3-5所示。IIIHIIIIU「I循壞水箱W1 4祁水總JE力儀IIIHIIIIU「I循壞水箱W1 4祁水總JE力儀Cm2、實驗數(shù)據(jù)記錄Cm2、實驗數(shù)據(jù)記錄1、4實驗步驟U熟悉儀器，測記有關(guān)常數(shù)。2、用底腳螺絲調(diào)平，使水準泡居中。3、調(diào)整平衡錘使平衡桿處于水平狀態(tài)。4、打開進水閥門IC,待水流上升到一定高度后關(guān)閉.5、 在天平盤上放置適量舷碼。若平衡桿仍無法達到水平狀態(tài)，可通過進水開關(guān)進水或放水開關(guān)放水來調(diào)節(jié)進放水量直至平衡。6、 測記舷碼質(zhì)量及水位得刻度數(shù)。7、重復(fù)步驟4",水位讀數(shù)在loomm以下做3次，以上做3次.8、打開放水閥門K2?將水排凈，并將舷碼放入盒中，實驗結(jié)朿。1、5實驗數(shù)據(jù)記錄及處理1、 有關(guān)常數(shù)記錄：天平臂距離“cm,扇形體垂直距離（扇形半徑）￡=_cm?扇形體寬h= Cm,矩形端面高5=3、實驗結(jié)果1x6注意事項1、在調(diào)整平衡桿時,進水或放水速度要慢。2、測讀數(shù)據(jù)時，一世要等平衡桿穩(wěn)定后再讀1、實驗中，扇形體得其她側(cè)而所受到得壓力就是否對實驗精度產(chǎn)生影響？為什么？2、 注水深度在100mm以上時，作用在平而上得壓強分布圖就是什么形狀？3、 影響本實驗精度得原因就是什么?2能量方程實驗2、1實驗?zāi)康?、 觀察恒廠流得情況下，與管道斷而發(fā)生改變時水流得位置勢能、壓強勢能、動能得沿程轉(zhuǎn)化規(guī)律，加深對能量方程得物理意義及幾何意義得理解.2、 觀察均勻流、漸變流斷面及其水流特征。3、 掌握急變流斷面壓強分布規(guī)律。4、 測定管道得測壓管水頭及總水頭值，并繪制管道得測壓管水頭線及總水頭線.2、2實驗原理實際液體在有壓笛道中作恒世流動時，貝能量方程如下它表明：液體在流動得過程中，液體得各種機械能（單位位能、單位壓能與單位動能就是可以相互轉(zhuǎn)化得。但由于實際液體存在粘性,液體運動時為克服阻力而要消耗一圧得能量，也就就是一部分機械能要轉(zhuǎn)化為熱能而散逸，即水頭損失0因而機械能應(yīng)沿程減小。對于均勻流與漸變流斷而,壓強分布符合靜水壓強分布規(guī)律：下凹曲面邊界上得急變流斷而如圖2-1下凹曲面邊界上得急變流斷而如圖2-1(b),離心力與重力方向柑向，所以Q但不同斷而得C值不同."77”7八齊二圖2-1急變流斷面動水用強分布圖對于急變流，由于流線得曲率較大，因此慣性力亦將影響過水?dāng)喽系脡簭姺植家?guī)律：上凸曲面邊界上得急變流斷而如圖3-7(a)，離心力與重力方向相反，所以.2、3實驗設(shè)備實驗設(shè)備及各部分夕I稱如圖2—2所示“II)7冬$F仁尸f匚尸F(xiàn)?「F「尸?'/■』AFFgFFgh了2了％; 務(wù);-兀為％0勞勞$力乃;■?/?>2、4實驗步驟1、 分辨測壓管與畢托管并檢査橡皮皆接頭就是否接緊。2、 啟動抽水機,打開進水閥門，使水箱充水并保持溢流，使水位恒世03、關(guān)閉尾閥K.檢査測壓管與畢托管得液面就是否齊平.若不平，則需檢查管路就是否存在氣泡并排出。4、 打開尾閥K.量測測壓管及畢托管水頭05、 觀察急變流斷而A及B處得壓強分布規(guī)律。6、本實驗共做三次，流量變化由大變小。2、5實驗數(shù)據(jù)記錄與處理

1、有關(guān)常數(shù)記錄ch= cnbd,=cm。（ds即d，山即D）2?實驗數(shù)據(jù)記錄與計算（測壓管髙度單位為cm）3、實驗結(jié)果(1)繪制測壓管水頭線與總水頭線(任選一組)O水(1)繪制測壓管水頭線與總水頭線(任選一組)O水8.ciC234567,10水轎認豹加加"；%%滋滋％渤％;%；泌％；%%(2川?算斷而5與斷而2得平均流速與畢托管測點流速。2、6注意事項1、 尾閥K開啟一；八要緩慢?井注意測壓管中水位得變化，不要使測壓管水而下降太多，以免空氣倒吸入管路系統(tǒng)，影響實驗進行.2、 流速較大時，測壓管水而有脈動現(xiàn)象，讀數(shù)時要讀取時均值。2\7思考題1、 實驗中哪個測壓管水面下降最大?為什么？2、 甲托管中得水面高度能否低于測壓管中得水而高度？3、 在逐漸擴大得皆路中，測壓皆水頭線就是怎樣變化得?3動*方程實驗3、1實驗?zāi)康?、 測世管嘴噴射水流對平板或曲面板所施加得沖擊力.2、 將測出得沖擊力打用動量方程計算出得沖擊力進行叱較，加深對動量方程得理解。3、2實驗原理対流對平而板與曲而板得作用力.LiLi力矩平衡方程：式中：F-射流作用力;L-作用力力臂；Gi-磁碼重:a；Li—舷碼力臂。恒廠總流得動圖3l動fi原理實驗簡圖量方程為若令，且只考慮苴中水平方向作用力,則可求得射流對平而板與曲面板得作用力公式為式中：0管嘴得流量卩一管嘴流速；-射流射向平而或曲面板后得偏轉(zhuǎn)角度。:水流對平而板得沖擊力3、3實驗設(shè)備實驗設(shè)備及齊部分名稱見圖3-2,實驗中配有得平而板與及得曲而板，另備大小量筒及秒表各一只。3、4實驗步驟1、 測記有關(guān)常數(shù)。2、 安裝平而板，調(diào)節(jié)平衡錘位置，使杠桿處于水平狀態(tài)。3、 啟動抽水機，使水箱充水并保持溢流。此時，水流從管嘴対出，沖擊平板中心?標(biāo)尺傾斜。加法碼并調(diào)節(jié)舷碼位置，使杠桿處于水平狀態(tài)，達到力矩平衡。記錄舷碼質(zhì)量與力臂Lw4、 用質(zhì)量法測量流SQ用以i卜算Fw。5、 改變溢流板高度，使水頭與流量變化，重復(fù)上述步驟。6、 將平而板更換為曲而板（及），又可實測與訃算不同流量得作用力.7、 關(guān)閉抽水機，將水箱中水排空，舷碼從杠桿中取下，實驗結(jié)朿。V76以hi罔V76以hi罔3、5實驗數(shù)據(jù)記錄Cm?管徑d=Cm?管徑d=水御質(zhì)S(g)時間(S)流a(L/S)流 速(ni/s)碼質(zhì)fi(g)力臂Li(cm)Fw(N)Fw(N謀差(％)相關(guān)常數(shù)：L=3、6注意事項1、量測流量后.量筒內(nèi)水必須倒進接水器，以保證水箱循環(huán)水充足。2、測流量時，計時與量簡接水一左要同步進行，以減小流量得量測誤差3、測流量一般測兩次取平均值，以消除誤差.1、 F賞與F畀有差異，除實驗誤差外還有什么原因？2、 流量很大與很小時各■對實驗精度有什么影響？3、 實驗中，平衡錘產(chǎn)生得力矩沒有加以考慮，為什么?雷諾實驗4、1實驗?zāi)康?、觀察層流與素流得流動特征及尖轉(zhuǎn)變情況，以加深對層流、紊流形態(tài)得感性認識。2、測世層流與紊流兩種流態(tài)得水頭損失打斷而平均流速之間得關(guān)系.3、繪制水頭損失與斷面平均流速得對數(shù)關(guān)系曲線，即曲線，并讓算圖中得斜率m與臨界雷諾數(shù)Rck。4、2實驗原理同一種液體在同一?道中流動，當(dāng)流速不同時，液體可有兩種不同得流態(tài)?當(dāng)流速較小時，管中水流得全部質(zhì)點以平行而不互相混雜得方式分層流動，這種形態(tài)得液體流動叫層流。當(dāng)流速較大時，管中水流各質(zhì)點間發(fā)生互柑混雜得運動?這種形態(tài)得液體流動叫做紊流.層流與紊流得沿程水頭損失規(guī)律也不同。層流得沿程水頭損失大小與斷而平均流速得1次方成正比，即?紊流得沿程水頭損失與斷而平均流速得1、752、0次方成正比，即。視水流情況，可表示為，式中也為指數(shù)，或表示為。毎套實驗設(shè)備得管徑d固立，當(dāng)水箱水位保持不變時，管內(nèi)即產(chǎn)生恒宦流動。沿程水頭損失與斷而平均流速卩得關(guān)系可由能量方程導(dǎo)出：當(dāng)管徑不變"取所以值可以由壓差計讀出。在圓管流動中采用需諾數(shù)來判別流態(tài)：式中：V-圓管水流得斷而平均流速；d-圓管直徑：一水流得運動粘滯系數(shù)。當(dāng)Rc〈Rs（下臨界雷諾數(shù)）時為層流狀態(tài)，Rck=2320:Re>Rcr（上臨界雷諾數(shù)）時為素流狀態(tài)，Rcl在4000-12000之間。4、3實驗設(shè)備實驗設(shè)備及各部分名稱見圖4-1所示。*1圖4一1雷諾實驗儀4、4實驗步驟（一）觀察流動形態(tài)將進水管打開使水箱充滿水，并保持溢流狀態(tài);然后用尾部閥門調(diào)節(jié)流S,將閥門微微打開，待水流穩(wěn)：4八后，注入顏色水。當(dāng)顏色水在試驗管中呈現(xiàn)一條穩(wěn)宦而明顯得流線時，管內(nèi)即為層流流態(tài)，如圖1所示。隨后漸漸開大尾部閥門,增大流量,這時顏色水開始顫動、彎曲，并逐漸擴散,當(dāng)擴散至全管，水流紊亂到已瞧不淸著色流線時，這便就是素流流態(tài)。（二）測是得關(guān)系及臨界雷諾數(shù)1、熟悉儀器，測記有關(guān)常數(shù)。2、檢査尾閥全關(guān)時，壓差計液而就是否齊平、若不平，則需排氣調(diào)平。3、將尾部閥門開至最大，然后逐步關(guān)小閥門，使管內(nèi)流量逐步減少；毎改變一次流量、均待水流平穩(wěn)后，測楚毎次得流量、水溫與試驗段得水頭損失（即壓差）。流量Q用質(zhì)量法測量?用天平量測水得質(zhì)Mm,根據(jù)水得密度訃算出體積匕用秒表訃時間T。流量。柑應(yīng)得斷而平均流速。4、流量用尾閥調(diào)節(jié)，共做10次。當(dāng)Rc〈2500時，為精確起見，毎次壓差減小值只能為3~5mm。5、 用溫度計量測當(dāng)日得水溫?由此可査得運動粘滯系數(shù)，從而訃算雷諾數(shù)。6、 相反，將調(diào)節(jié)閥由小逐步開大,@內(nèi)流速慢慢加大，重復(fù)上述步驟.4、5實驗數(shù)據(jù)記錄

1、有關(guān)常數(shù)°Co管徑厶 cnvK溫廠臨界需諾數(shù)Rek。（用方格紙或?qū)?shù)紙）lghf~lgv曲線4、6注意事項均待水頭穩(wěn)宦后再量測流量與水頭損失。2、在流動形態(tài)轉(zhuǎn)變點附近，流量變化得間隔要小些，使測點多些以便準確測定臨界雷諾數(shù).3、在層流流態(tài)時，由于流速I,較小，所以水頭損失/f值也較小，應(yīng)耐心、細致地多測幾次?同時注意不要碰撞設(shè)備并保持實驗環(huán)境得安靜，以減少擾動。4、7思考問題1、 要使注入得顏色水能確切反映水流狀態(tài).應(yīng)注意什么問題?2、 如果壓差計用傾斜管安裝，壓差計得讀數(shù)差就是不就是沿程水頭損失值?管內(nèi)用什么性質(zhì)得液體比較好？其讀數(shù)怎樣進行換算為實際壓強差值？3、 為什么上、下臨界雷諾數(shù)值會有差別？4、 為什么不用臨界流速來判別層流與紊流？管道局部水頭損失實驗5、1實驗?zāi)康?、 掌握測定管道局部水頭損失系數(shù)得方法?2、 將皆道局部水頭損失系數(shù)得實測值與理論值進行比較。3、 觀察管徑突然擴大時旋渦區(qū)測壓管水頭線得變化情況,以及其她各種邊界突變情況下得測壓管水頭線得變化情況5、2實驗原理由于邊界形狀得急劇改變，主流就會與邊界分離出現(xiàn)旋渦以及水流流速分布得改組，從而消耗一部分機械能?單位重量液體得能量損失就就是局部水頭損失.邊界形狀得改變有水流斷面得突然擴大或突然縮小、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)得乘積表示:式中：-局部水頭損失系數(shù)，也叫局部阻力系數(shù)。系數(shù)就是流動形態(tài)與邊界形狀得函數(shù)，即。一般水流Rc數(shù)足夠大時，可認為系數(shù)不再隨Rc數(shù)而變化，而瞧作一常數(shù)。管道局部水頭損失目前僅有突然擴大可采用理論分析.并可得出足夠精確得結(jié)果?貝她情況可以用實驗方法測過值，也可以通過査找經(jīng)驗公式來確定值。突然擴大得局部水頭損失可應(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:式中，Ai與刃分別為突然擴大上游管段得斷而而積與平均流速：A2與V2分別為突然擴大下游管段得斷面而積與平均流速。5x3實驗設(shè)備實驗設(shè)備及各部分需稱如圖5?1所示.水箱5、4實驗步驟1、熟悉儀器，記錄有關(guān)常數(shù).2、 檢查各測壓管得橡皮管接頭就是否接緊。3、 啟動抽水機，打開進水閥門，使水箱無水，井保持溢流，使水位恒定。4、 檢査尾閥K全關(guān)時，測壓皆得液面就是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平.5、 慢慢打開尾閥K,使流量在測壓管量程范圍內(nèi)最大，待流動穩(wěn)世后，記錄測壓管液而標(biāo)高，用體積法測量管逍流量。6、 調(diào)節(jié)尾閥改變流量，重復(fù)測量三次05、5實驗數(shù)據(jù)記錄1、有關(guān)常數(shù)記錄cm,d=cm?水溫要求測量90°彎管得曲率半徑R一cm2?實驗數(shù)據(jù)記錄測次水御質(zhì)Sm(g)時間Ms)1點測壓管商(cm)3點測壓管島(Cm>4上點測FR管商(cm)13側(cè)點測壓管島(cm)14點測用管高(Cm)16點測壓管商(cm)17點測樂管島(cm)18點測樂管為’(cm)123456783、實驗結(jié)果1、實驗必須在水流穩(wěn)定后方可進行。2、計算局部水頭損失系數(shù)時，應(yīng)注意選擇相應(yīng)得流速水頭;所選量測斷面應(yīng)選在漸變流斷而上，尤其下游斷而應(yīng)選在旋渦區(qū)得末端，即主流恢復(fù)并充滿全管得斷而上。5\7思考題1、試分析實測力廠與理論計算如有什么不同？原因何在？2、如不忽略管段得沿程損失力戶所測出得值比實際得偏大還就是偏小?在工程中使用此值就是否安全？3、在相同管徑變化條件下，相應(yīng)于同一流量,其突然擴大得值就是否一定大于突然縮小得值？4、不同得Re數(shù)時,局部水頭損失系數(shù)值就是否相同?通常值就是否為一常數(shù)？文德里流*計及孔板流*計實驗6、1實驗?zāi)康?、 了解文徳里與孔板流量計測流量得原理及｝t簡單構(gòu)造。2、 繪出壓差與流量得關(guān)系，確定文徳里流量計與孔板流量計得系數(shù).6、2實驗原理文徳里流量計就是在管道中常用得流量計。它包括收縮段、喉管、擴散段三部分，由于喉管過水?dāng)嗝娴檬湛s，該斷面水流動能加大，勢能減小，造成收縮段前后斷