水力学实验

水力学实验

实验一流线演示实验

一、演示目的

1、通过演示进一步了解流线的基本特征。

2、观察液体流经不同固体边界时的流动现象。

二、演示原理

流场中液体质点的运动状态，可以用迹线或流线来描述，迹线是一个液体质点在流动空间所走过的轨迹。流线是流场内反映瞬时流速方向的曲线，在同一时刻，处在流线上所有各点的液体质点的流速方向与该点的切线方向相重合，在恒定流中，流线和迹线互相重合。在流线仪中，用显示液（自来水、红墨水），通过狭缝式流道组成流场，来显示液体质点的运动状态。整个流场内的“流线谱”可形象地描绘液流的流动趋势，当这些有色线经过各种形状的固体边界时，可以清晰地反映出流线的特征及性质。

三、演示设备

演示设备如图所示，它们分别显示二种特定边界条件下的流动图象。

（a）可显示机翼绕流流场中流体的流动形态。

（b）可显示实用堰溢流的流动形态。

演示仪均由有机片制成狭缝式流道，其间夹有不同形状的固体边界。在演示仪的左上方有两个盛水盒，一个装自来水，一个装红色水，两盒的内壁各自交错开有等间距的小孔通往狭缝流道，流道尾部装有调节阀。

流线仪简图

1、盛水盒

2、机翼

3、弯道

4、机翼角度调节开关

5、狭缝流道

6、泄水调节阀

7、实用堰

四、演示方法

1、首先打开演示仪的排气夹和尾部的调节夹进行排气，待气排净后拧紧调节夹，并将上方的两个盛水盒装满自来水；

2、将装有自来水的两个盛水盒其中的任一个滴少许红墨水搅拌均匀；

3、调节尾部控制夹，可使显示液达到最佳的显示效果；

4、待整个流场的有色线（即流线）显示后，观察分析其流动情况及特征；

5、演示结束后，倒掉演示液，并将仪器冲洗干净待用。

五、思考题

1、流线的形状与边界有否关系？

2、流线的曲、直和疏、密各反映了什么？

实验二静水压强量测实验

一、目的要求

1、量测静水中任一点的压强；

2、测定另一种液体的密度；

3、要求掌握U形管和连通管的测压原理以及运用等压面概念分析问题的能力。

二、实验设备

图１－1

1与2测压管注入油，3与4注入水，二者的液体不能混

三、实验步骤及原理

1、打开通气孔，使密封水箱与大气相通，则密封箱中表面压强p0等于大气压强p a。那么开口筒水面、密封箱水面及连通管水面均应齐平。

2、关闭通气孔，将开口筒向上提升到一定高度。水由开口筒流向密封箱，并影响其它测压管。因此，密封箱中空气的体积减小而压强增大。待稳定后，

开口筒与密封箱两液面的高差即为压强差gh p p a ρ=-0，这个水柱高度h 也等于5756∇-∇∇-∇及，而U 形管两液面的压差也应等于a p p -0。

3、如果将开口筒向下降到一定高度，使其水面低于密封箱中的水面，则密封箱中的水流向开口筒。因此，密封箱中的空气的体积增大而压强减小，此时p 0

75650

∇-∇=∇-∇=-g

p p a ρ 4、设h i 表示各测压管及密封水箱内A ，B 点标高读数，根据在重力作用下不可压缩液体的静力压强基本方程

gh p p C g

p

ρρ-==+

Z 0或 可以求得相应各点处的静压强。

A 点的绝对压强A p 、相对压强'

A p 为

)(A 7h h g p p a A -+=水ρ )(A 7'

h h g p A -=水ρ

同理，B 点的绝对压强B p 、相对压强'

B p 为

)(B 6B h h g p p a -+=水ρ )(B 6'

B h h g p -=水ρ

从测压管液面h 6与h 5的高差可求得密封容器液面上绝对压强0p 、相对压强'

p 为

)(560h h g p p a -+=水ρ )(56'

0h h g p -=水ρ

由于连通管和U 形管反映着相同的压差，故有：

)()()(4321'560∇-∇=∇-∇=∇-∇=-g g g p p a 水水ρρρ

由此可以求得另一种液体的密度'ρ：

2

14

32156'∇-∇∇-∇=∇-∇∇-∇=水水

ρρρ。

四、注意事项

1、首先检查密封箱是否漏气（检查方法自己考虑）。

2、开口筒向上提升时不宜过高，在升降开口筒后，一定要用手拧紧左边的固定螺丝，以免开口筒向下滑动。

五、量测与计算

实验台编号： 。

1、有关常数： A 点高程∇A = cm ；B 点高程∇B = cm ；

大气压强=a p N/cm 2；水密度水ρ= kg/ cm 3；

2、量测记录表格：

3、计算：

六、回答问题

1、第5、6、7号管和

2、4号管，可否取等压面？为什么？

2、第2、4、7号管和6、7号管中的液面，是不是等压面？为什么？

实验三 动量方程实验

一、实验目的

1、测定管嘴喷射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。

二、实验原理

由天平测得射流对实验板施加的作用力用E F 表示。动量方程的计算式为：

)cos 1(0βρ-=Qu F T (1)

当不考虑能量损失及其它影响因素，只考虑重力减速作用时，射流冲击到实验板上的速度u 小于喷嘴出口流速0u ，故方程(1)为

)cos 1(22

0βρ--=gz u Q F T

(2)