水力学实验报告册

υ c = f ( v,d )
根据量纲分析法有
υ c = k c vα1 d α2
其中 kc 是量纲为一的数。写成量纲关系为
[ LT −1 ] = [ L2T −1 ]α1 [ L]α2
由量纲和谐原理，得 α 1 = 1, α 2 = −1 。 即
υc = kc
v d
雷诺实验完成了管流的流态从紊流过渡到层流时的临界值 kc 值的测定，以
V Q ，相应的断面平均流速 υ = 。 A t 3.用温度计量测当日的水温，由此可查得运动粘滞系数 v，从而计算雷诺数
Re =
υd 。 v 4.相反，将调节阀门由小逐步开打，管内流速慢慢加大，重复上述步骤。
五．数据处理与分析 1．记录有关信息及实验常数 实验设备名称： 实验者： 管嘴 d ___________×10−2 m =
南 昌 工 程 学 院
《水力学》 课程实验指导书
主撰人： 王 寅
主审人： 张小兵
2010 年 7 月
学院： 姓名：
专业： 学号：
一．静水力学实验
一．实验目的 1.掌握用侧雅观测量流体静压强的技能； 2.验证不可压缩流体静力学基本方程； 3.通过对诸多流体静力学现象的实验观察分析，加深对流体静力学基本概念的 理解，提高解决静力学实际问题的能力。 二．实验原理 在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程
表 1.1 次 序 水箱液面 测压管液面
流体静压强测量记录及计算表 压强水头 测压管水头
实验条件
∇0
∇H
PA = ∇ H − ∇0 ρg
PB = ∇H − ∇B ρg
PC = ∇ H − ∇C ρg
PD = ∇H − ∇D ρg
zC +
PC ρg
zD +
PD ρg
P0 = 0 P0 > 0
P0 < 0
计算数值表（总水头 Hi）
pi αυi2 单位 cm，i 为测点编号） + ρ g 2g
H13 H15 H17 H19
实验次数 1 2
H2
H4
H5
H7
H9
qv /(cm3 / s )
六．实验注意事项 计量后的水必须倒回原实验装置的水斗内，以保持自循环供水。 七．思考题 1.测压管水头线和总水头线变化趋势的不同。 2.阀门的变化，会使得测压管水头线如何变化。
四．雷诺实验
一．实验目的 1. 观察层流、紊流的流态及其转换过程。 2. 测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别方法。 3. 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，确定非圆管流的流态判别准 数。 二．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，管中的水流的全部质点以平行而不互相混杂的方式分层流动，这 种形态的液体叫层流。当流速较大时，管中水流各质点发生相互混杂的运动，这 种形态的液体叫做紊流。同时，在紊流转变为层流时，存在一个临界流速 υc ，υc 与流体的粘性 v、圆管的直径 d 有关。若要判别流态，就要确定各种情况下的 υc 值，需要对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实验研究，工作量 巨大。雷诺实验运用量纲分析的原理，得出了量纲为一的判据—雷诺数 Re，使 问题得以简化。量纲分析如下。 因
要求测压管垂直、螺栓对准十字中心，使活塞转动松快。然后旋转螺栓固定好。 恒压水箱，管嘴的作用水头改变。调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后， 即可进行试验。 3. 活塞形心处水深 hc 测量。标尺的零点以固定在活塞圆心的高程上。当测 验管内液面稳定后，记下测压管内液面的标尺读书，即为作用在活塞形心处的水 深 hc 值。 4. 管嘴作用水头测量。管嘴作用水头是值水箱液面至管嘴中心的垂直深 度。在水箱的侧面上刻有管嘴中心线，用支持测度水箱液面及中心线的值，其差 值即为管嘴作用水头值。 5. 测量流量。用称重法测量，为保证实验精度，每次测流量时间要求大于 15s，且需重复三次再取平均值。
三．动量定律综合性实验
一．实验目的 1. 通过定性分析实验，加深动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素 的相关关系的了解。 2. 通过定量测量实验，进一步掌握流体动力学的动量守恒定理，验证不可 压缩流体恒定总流的动量方程，测定管嘴射流的动量修正系数。 3. 了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，启发创新思维。 二．实验原理 恒定总流动量方程为
= F
ρqv(β 2υ 2 − β1υ1 ) π
4
F = − pc A = − ρ ghc
联立上面两式：
D2
qv β1υ1 − ghc
三．主要仪器及耗材 自循环动量定律实验仪。 耗材：无 四．实验内容和步骤 1. 2.
π
4
D2 = 0
测验管定位。待恒压水箱满顶溢流后，松开测验管固定螺栓，调整方位， 恒压水位调节。旋转水位调节阀，可打开不同高度上的溢水孔盖，调节
= qv1 V = 1 / t1 管径 d /(10 −2 m)
A /(cm 2 )
= = qv 2 V 2 / t2 /(cm3 / s )
/(cm / s )
3
υ
/(cm / s )
υ 2 / 2g
/(cm)
A /(cm 2 )
υ
/(cm / s )
υ 2 / 2g
/(cm)
表 2.4 （其中， H i = zi +
V
/(cm )
3
t/s
水头 hc
qv /(cm / s )
3
υ
/(cm / s )
/(cm)
F /(10 −5 N )
β
1 2 3 六．注意事项 若活塞转动不灵活，会影响实验精度，需在活塞与活塞套的接触面上涂抹 4B 铅笔芯。 七．思考题 实测 β 与公认值（ β =1.02 ~ 1.05）是否相符？如不符合，试分析原因。
表 2.1 测点编号 管径 d / cm 两点间距 4 4 6 6 4 13.5 6 10 29.5 16 16 ⑴* ⑵ ⑶ ⑷ 管径记录表（*号代表毕托管） ⑸ ⑹* ⑺ ⑻* ⑼ ⑽ ⑾ ⑿* ⒀ ⒁* ⒂ ⒃* ⒄ ⒅* ⒆
实验台号： 实验日期：
均匀段 d1 = ___________ cm 、喉管段 d 2 = ___________ cm 、
5.非恒定流操作。调速器开、关过程中，水箱无溢流情况下，实验管道出 流为非恒定流； 6.流量测量。实验流量用阀调节，流量用称重法测量。 五．数据处理与分析 1．记录有关信息及实验常数 实验设备名称： 实验者： 扩管段 d3 = ___________ cm 水箱液面高程 ∇ 0 = ___________ cm （基准面选在标尺的零点上） 2．实验数据记录及计算结果（表 2.1 ~ 表 2.4）
二．伯努利方程综合性实验
一．实验目的 1. 通过定性分析实验，提高对动水力学诸多水力现象的实验分析能力。 2. 通过定量测量实验，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性，验 证流体恒定总流的伯努利方程， 掌握测压管水头的实验测量技能与绘制方 法。 3. 通过设计性实验，训练理论分析与实验研究相结合的科研能力。 二．实验原理 1.伯努利方程 在实验管路中沿管内水流方向取 n 个过水断面， 在恒定流动时， 可以列出进 口断面（1）至另一断面（i）的伯努利方程式（i=2，3，…，n）
l / cm
表 2.2 （其中， h= zi + i
测压管水头 hi 测流量体积 V 和时间 t 的测记录
pi ，单位 c m，i 为测点编号，流量体积按重量换算） ρg
实验次数 1 2
h2
h3
h4
h5
h7
h9
h10
h11
h13
h15
h17
h19
V
/(cm3 )
t/s
表 2.3
计算数值表(流速水头)
各测点高程为： ∇ B = ___________ cm 、 ∇C = ___________ cm 、 ∇D = ___________ cm
基准面取在______________________ Z C = ___________ cm 、 Z D = ___________ cm 2．实验数据记录及计算结果 参见表 1.1 六．实验注意事项 1．用打气球加压、减压需缓慢，以防液体溢出及油柱吸附在管壁上。 2．打起后无比关闭打气球下端阀门，以防漏气。 3．在实验内容和步骤中，装置的气密性要求保持良好。 七．思考题 1．通过实验可测得相对压强、绝对压强与真空度里的哪几项。 2．测压管太细，会对测压管液面读书造成什么影响。 3．判别各管的液面及水箱液面的等压面问题。
流断面上 z +
三．主要仪器及耗材 自循环伯努力实验仪。 耗材：无 四．实验内容和步骤 1.分辨测压管与毕托管并检查接头是否紧密； 2.打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，全开调节阀，将实验管道中 气体完全排尽，再检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平责需查明 故障原因，并加以排除，直至调平； 3.观察沿流程测压管的变化规律； 4.恒定流操作。全开调速器，此时水箱保持溢流，阀门开度不变情况下， 实验管道出流为恒定流；
z +
P P P 0 + ρgh C 或= = ρg
z1 +
三．主要仪器及耗材 静水力学实验仪。 耗材：无 四．实验内容及步骤
P1 P =z 2 + 2 ρρ g g
1.设置压强 P 0 = 0 条件。打开通气阀，此时实验装置内压强为 0。 2.设置压强 P 0 > 0 条件。 关闭通气阀、 放水阀， 通过加压打气球对装置打气， 可对装置内部加压，形成正压。 3.设置压强 P 0 < 0 条件。关闭通气阀、加压打气球底部阀门，开启放水阀放 水，可对装置内部减压，形成真空。 4.水箱液位测量。在 P 0 = 0 条件下读取测压管的液位值，即为水箱液位值。 五．数据处理与分析 1．记录有关信息及实验常数 实验设备名称： 实验者： 实验台号： 实验日期：
υd 便成了适 v 合于任何管径， 任何牛顿流体的流态由紊流转变为层流的判据。 由于雷诺的贡献， υd 定名为雷诺数 Re。于是有 v υd 4q Re = = = Kq v π vd
及是否为常数的验证，结果表明 kc 值为常数。于是，量纲为一的数 三．主要仪器及耗材
自循环雷诺实验仪。 耗材：雷诺药水 四．实验内容和步骤 （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。 随后渐渐开大尾部阀门，增大流量，这是颜色水开始颤动、弯曲，并逐渐 扩散，当扩散至全冠，水流紊乱到已看不清着色流线时，这便是紊流流态。 （二）测量雷诺数的具体操作 1.熟悉仪器，打开调速器，使水箱溢流。 2.将尾部阀门开至最大，然后逐步关小阀门，使管内流量逐步减少。用量筒 量测水的体积 V，用秒表计时间 t。流量 Q =
五．数据处理与分析 1．记录有关信息及实验常数 实验设备名称： 实验者： 管嘴内径 d = ___________ cm
表 3.1 测 次 体积 活塞作用 时间
实验台号： 实验日期： 活塞直径 D = ___________ cm 、
测量记录及计算表 流量 流速 动量力 动量修 正因数
2．实验数据记录及计算结果（表 3.1）
运动粘度 v =
实验台号： 实验日期： 水温 T = ___________ 0 C
0.01775 ×10−4 ___________ m 2 / s 2 1 + 0.0337T + 0.000221T
3
计算常数 K = __Fra Baidu bibliotek________ s / m
2．实验数据记录及计算结果 参见表 4.1 六．实验注意事项 1.为使实验内容和步骤中始终保持恒压水箱内水流处于微溢流状态， 应在调 节流量调节阀后，相应调节可控硅调节器，改变水泵的供水流量。 2.实验中不要推、压实验台，以防水体收到扰动。 七．思考题 1.分析采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判别依据。
z1 +
P1 α 1υ12 P α υ2 + = z2 + 2 + 2 2 + hw1−i ρ g 2g ρ g 2g
取 α1=α2=…=αn=1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出 z+P/ρg 值， 测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速 υ 及 αυ2/2g，从而得到各断面侧 管水头和总水头。 2.过流断面性质 均匀流或渐变断面流体动压强符合静压强的分布规律，即在同一断面上 z+ P P P C ，但在不同过流断面上的测压管水头不同， z1 + 1 ≠ z2 + 2 ；急变 = ρg ρg ρg P ≠C。 ρg