水力学实验

(一)水静力学实验

一、实验目的要求

1.通过测定密闭容器内静止液体中任意点(A、B)点的静水压强，进一步加深理解水静力学基本方程的物理意义和几何意义；

2.测定某种液体的容重γ。

二、实验装置

本实验的装置如图1-1所示。

图1-1水静力学实验装置图

1、蓄水筒；

2、密封水箱；

3、通气孔；

4、某种液体

▽1、▽2、▽3、▽4、▽5为测压管

三、实验原理

对于重力作用下，处于静止状态的不可压缩的连续均质液体(如水、汽油、酒精、甘油

等)，其基本方程为：

式中：Z—单位位能，即位置水头；

—单位压能，即压强水头；

—液体容重；

—液体内部任一点的静水压强；

—液体表面压强；

h—液体内部任一点的液体深度。

工程上，一般用相对压强进行计算。

相对压强是以当地大气压为零(即作为基准面)开始计量的压强。

相对压强+

当=时，P相＝γh或h＝

当相＜0时，＝｜相｜

式中：—当地大气压强。一般计算用工程大气压，工程大气压为98千牛/米2(即98千帕)。

四、实验方法与步骤

实验分两种情况进行。实验用液体为水。

(一)液体表面压强大于大气压强(即＞)的实验

1.打开通气孔，使水箱内的表面压强为大气压强。这时水箱内蓄水筒内和测压管内的水面应在同一水平面上。如果不在同一水平面上，必须检查各连接部位是否有漏水，堵塞现象，及时处理好。

2.关闭通气孔，将蓄水筒向上移动，筒内水流入箱内，使箱内空气被压缩，这时箱内液体表面压强＞。在测压管中看出压差的存在。

3.待水箱的蓄水筒内液面稳定后，测读测压管内的液面读数▽1至▽5，并填入表(一)内。

4.将蓄水筒再向上移动，箱内液体表面压强＞，重复步骤3。

5.重复步骤4，要求共测三次。

(二) 液体表面压强小于大气压强(即＜)的实验

1.打开通气孔，使水箱内的液体表面压强为大气压强。

2.关闭通气孔，或将通气孔胶管接于水箱顶部存水盒的测压管上。将蓄水筒向下移动，使箱内水流入筒内，这时箱内空气膨胀，液体表面压强＜。在测压管中看出压差的存

在。

3.待水箱的蓄水筒内液面稳定后，测读测压管内的液面读数▽1至▽5，填入表(一)内，并观察存水盒的测压管内液面升高现象。

4.将蓄水筒再向下移动，箱内液体表面压强仍然是＜，重复步骤3。

5.重复步骤4，要求共测三次。

注意事项：

1.上下移动蓄水筒时不能太快，以免压差太大，使液体从测压管内流出。

2.仪器是由有机玻璃管构成，必须细心操作，以免损坏。

(二) 能量方程实验

一、实验目的要求

1.验证不可压缩液体恒定总流的能量方程；

2.通过对水动力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中水动力学的能量转换特性；

3.掌握流速、流量、压强等水动力学水力要素的实验量测技能。

二、实验装置

本实验的装置如图2－1所示。

图2-1自循环能量方程实验装置图

1.自循环供水器；

2.实验台；

3.可控硅无级调速器；

4.溢流板；

5.稳水孔板；

6.恒压水箱；

7.测压计；8.滑动测量尺；9.测压管；10.实验管道；11.测压点；12.毕托管；13.实验流量调节阀。

说明：

本仪器测压管有两种：

1.毕托管测压管(表2-1中标*的测压管)，用以测读毕托管探头对准点的总水头

，须注意一般情况下H′与断面总水头不同(因一般u≠v)，它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；

2.普通测压管(表2-1未标*者)，用以定量量测测压管水头。

实验流量用阀13调节，流量由体积时间法(量筒、秒表另备)、重量时间法(电子称另备)或电测法测量(以下实验类同)。

三、实验原理

在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式(i＝2，3，……，n)

取...=1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出Z+值，测

出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v及，从而即可得到各断面测管水头和总水头。

四、实验方法与步骤

1、熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。

2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因(例连通管受阻、漏气或夹气泡等)并加以排除，直至调平。

3、打开阀13，观察思考1)测压管水头线和总水头线的变化趋势；2)位置水头、压强水头之间的相互关系；3)测点(2)、(3)测管水头同否?为什么?4)测点(12)、(13)测管水头是否不同?为什么?5)当流量增加或减少时测管水头如何变化?

4、调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(毕托管供演示用，不必测记读数)。

5、改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。

(三) 局部水头损失实验

一、实验目的要求

1、掌握三点法、四点法量测局部水头损失系数的技能；

2、加深对局部水头损失机理的理解。

二、实验装置

本实验装置如图7-1所示。

图7-1局部水头损失实验装置图

1自循环供水器；2实验台；3可控硅无级调速器；4恒压水箱；5溢流板；6稳水孔板；

7突然扩大实验管段；8测压计；9滑动测量尺；10测压管；11突然收缩实验管段；12实验流量调节阀。

实验管道由小→大→小三种已知管径的管道组成，共设有六个测压孔，测孔1—3和3—6分别测量突扩和突缩的局部水头损失系数。其中测孔1位于突扩界面处，用以测量小管出口端压强值。

三、实验原理

写出局部水头损失前后两断面的能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得：

1、突然扩大

采用三点法计算，下式中h f1-2由h f2-3按流长比例换算得出。

实测 h je=[(Z+)]-[(Z+)++]