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'第一节静水压强实验一、实验目的与要求1.观察在重力作用下，液体中任意两点A、B的位置高度（水头）z、测压管高度（或真空度）£和测压管水头H（H=z+S，验证静水压强公式。加深理解水静力学7/基木方程式的物理意义和儿何意义，理解位置水头、压强水头及测压管水头等基木概念;2.学习使用液体压力计测压强，测蜃当p.=pa（pa为人气压强）、p.>pa、几Pa,等水而稳定后，记录各测压管读数，改变Po,重复3次。3.降低调压筒,使PoO.llbf,孔口出流的侧收缩率较—<0.1时有何不同？HH3.为什么同样直径与同样水头条件下，管嘴的流量系数“值比孔口的大？能做出定最分析吗？实验装置台号NO.D孔口二cmA孔口二cm
D管咀二cmA管咀二cm2表3孔口、管嘴出流实验记录计算表项目测次H(cm)T(s)V(cm3)de(cm)eQ理二A』2gH°(cm3/s)vQ测二上t(cm3/s)u匸Q测Q理孔口1234管嘴1//2//3//4//
第四节毕托管测速实验一、实验目的与要求1.通过对管嘴淹没出流点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；2.了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体力学量测仪器的现实作用。二、实验装置木实验装置如图4所示。图4毕托管测速实验装這图1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.水位调节阀；5•恒压水箱；6.管嘴；7.毕托管;8.尾水箱与导轨；9.测压管；10.测压计；11.滑动测量尺（滑尺）；12.±回水管。说明:经淹没管嘴6,将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值。测压计10的测压管1、2用以测量高、低水箱位置水头，测压管3、4用以测量毕托管的全压水头和静压水头，水位调节阀4用以改变测点的流速大小。三、实验原理
式中，U—毕托管测点处的点流速；C—毕托管的校正系数；△h—毕托管全压水头与静水压头差。u=(p*2gAH联解上两式可得，式中，u—测点处流速，由毕托管测定；0—测点流速系数；AH—管嘴的作用水头。四、实验方法与步骤1.准备(1)熟悉实验装置各部分名称、作用性能，搞清构造特征、实验原理；(2)用医塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计屮的测管1、2相联通；(3)将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约2〜3cm,上紧固定螺丝。2.开启水泵顺吋针打开调速器开关3,将流量调节到最大。3.排气待上、下游溢流后，用吸气球(如医用洗耳球)放在测压管口部抽吸，排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平，液面不齐平可能是空气没冇排尽，必须重新排气。4.测记各有关常数和实验参数，填入记录表格。5.改变流速操作调节阀4并相应调节调速器3,使溢流量适小，共可获得三个不同恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量3次。6.完成下述实验项冃：(1)分別沿垂向和沿流向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布；(2)在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6〜10倍以内时，谋差在2〜5%以上，不宜使用。试将毕托管头部深入到管嘴中，予以验证。7.实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。
五、实验成果及要求实验装置台号NO.校正系数：c=1.000k=44.27cmQ5/s表4毕托管测速实验记录计算表单位:cm,cm/s实验测次上、下游水位计毕托管测压计测点流速u=kfXh测点流速系数备注%h2AWA/i0=4%123六、实验分析与讨论1.利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排尽与否？2.毕托管的动压头和管嘴上、下游水位差AH之间的大小关系怎样？为什么？3.所测的流速系数0说明了什么？4.据激光测速仪检测，距孔口2〜3c协轴心处，其点流速系数0为0.996,试问木实验的毕托管精度如何？如何率定毕托管的修正系数c?5.普朗特毕托管的测速范I羽为（）・2〜2m/s,轴向安装偏差要求不应人于1（）度，试说明原因。（低流速可用倾斜压差计）6.为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的流体测速仪器？
第五节文丘里流量系数测定实验一、实验目的要求1.通过测定流量系数，学握文丘里流量计测竹道流屋的技术和应用气一水多悸压差计量测压差的技术；2.通过实验与量纲分析，了解应用量纲分析与实验结合研究水力学问题的途径，进而掌握文丘里流量计的水力特性。二、实验装置木实验装置如图5所示。图5文丘里流量计实验装潼图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.文丘里实验管段；8.测压计气阀:9.测压计:10.滑尺；11.多管压差计：12.实验流量调节阀。在文丘里流量计的两个测量断而上，分别有4个测压孔与相应的均压环连通，经均压环均压后的断面压强由气一水多悸压差计9测量（亦可用电测仪量测）。三、实验原理根据能量方程和连续性方程，可得不计阻力作用时的文丘里流虽计过水能力关系式,
-d[Q"=I?j2g[0+p〃）-（Z2+"2〃）l=K阪=18.14cm2,5/y鬥・4）K=^d^/^dJd2）4-=从=（乙+邑）_（乙+邑）/「Y式中，△】］—两断面测压管水头差。由于阻力的存在，实际通过的流量Q恒小于0"。今引入一无量纲系数“二寻（“称为流量系数），对计算所得流量值进行修正，Q=pQjK阪另，由水静力学基木方程可得气一水多管压差计的Ah为，A/l—h—/?2+方3—力4四、实验方法与步骤1.测记各有关常数。1.打开电源开关，全关阀12,检核测管液面读数-力2+力3-打是否为0,不为0时，需查出原因并予以排除。2.全开调节阀12检查各测管液面是否都处在滑尺读数范围内？否则，按下列步序调节：拧开气阀8将清水注入测管2、3,待h2=h3«24cm,打开电源开关充水，待连通管无气泡,渐关阀12,并调开关3至力严他=2&5加，即速拧紧气阀8。3.全开调节阀门，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数h|、h?、h3、h4,并用秒表、量筒测定流量。4.逐次关小调节阀，改变流量7〜9次，重复步骤4,注意调节阀门应缓慢。5.把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。6.如测管内液而波动吋，应取时均值。&实验结束，须按步骤2校核压差计是否回零。
五.实验成果及要求（一）有关常数di=cm,ch=cm,水温t=实验装置台号NO.°C,v=cm2/s,水箱液而标尺值V°=cm,管轴线高程标尺值▽=emoK=18.14”25/s（二）记录计算表格表5.1文丘里流量计实验记录表单位：cm,cm；s测次测压管读数水彊测量时间%h2h412345678
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表5.2文丘里流量计实验计算表单位:cm3/s,cm,测次Q=/?!-/?2+力3_力4Qr=(Ky/Xh)123456789(三)绘制Q〜Zh与&〜U111|线图。六、实验分析与讨论1.本实验中，影响文丘里流量计流量系数大小的因素有哪些？哪个因索最敏感？对"本实验的管道而言,若因加工精度影响,误将(d2・0.01)cm值取代上述ch值时,本实验在最大流量下的口值将变为多少？2.为什么计算流量0与实际流量Q不相等？3.试证气一水多管压差计有下列关系：(Z]+—)—(Z2+厶~)=h}—h-,+h3—h4Y~Y_4.试应用量纲分析法，阐明文丘里流量计的水力特性。5.文丘里流量计喉颈处容易产生真空，允许最大真空度为6〜7m水柱。工程中应用文丘里流量计时，应检验其最大真空度是否在允许范围内。据你的实验成果，分析木实验流量计喉颈最大真空值为多少？
第六节动量定律实验一、实验目的与要求1.实测射流对平板或躺面板施加的作用力，并与用理论公式计算的作用力相比较，以验证恒定总流的动量方程式；2.通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因索间相关性的分析研究，进-步掌握水动力学的动量定理；3.了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。二、实验装置木实验装置如图6-1所示。1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.水位调节阀；5.恒压水箱；6.管嘴；7集水箱；1.带活塞的测压管；9.带活塞和翼片的抗冲平板；10.上回水管。自循环供水装置1山离心式水泵和蓄水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节均由调速器3控制。水流经供水管供给恒压水箱5,溢流水经回水管流回蓄水箱。流经管嘴6的水流形成射流，冲击带活塞和翼片的抗冲平板9,并以与入射角成90°的方向离开抗冲平板。抗冲平板在射流冲力和测压管8中的水压力作用下处于平衡状态。活寒形心水深九可由测压管8测得，由此可求得水流的冲力，即力几冲击后的弃水经集水箱7汇集后，再经上回水管10流出，最后经漏斗和下回水管流回蓄水箱。为了自动调节测压管内的水位，以使带活塞的平板受力平衡并减少摩擦阻力对■活塞的影响，木实验装置应用了自动控制的反馈原理和动摩擦减阻技术，其构造如下：
带活塞和翼片的抗冲平板9和带活塞套的测压管8如图6-2所示，该图是活塞退出活寒套时的分部件示意图。活塞中心设冇一细导水管a,进口端位于平板中心，出口端深处活塞头部，出口方向与轴向垂直。在平板上设冇翼片b,活塞套上设冇窄槽c。工作吋，在射流冲击力作用下，水流经导水管a向测压管内加水。当射流冲击力大于测压管内水柱对活塞的压力时，活塞内移，窄槽c关小，水流外溢减少，使测压管内水位升高，水压力增大。反Z,活塞外移，窄槽开大，水流外溢增多，测管内水位降低,水压力减小。在恒定射流冲击下，经短时段的白动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。这时活塞处在半进半出、窄槽部分开启的位置上，过a流进测压管的水量和过c外溢的水量相等。由于平板上设有翼片b,在水流冲击下，平板带动活塞旋转，因而克服了活塞在沿轴向滑移吋的静摩擦力。为验证木装置的灵敏度，只要在实验中的恒定流受力平衡状态下，人为地增减测压管小的液位高度，可发现即使改变量不足总液柱高度的±5%。(约0.5〜1mm),活塞在旋转下亦能冇效地克服动摩擦力而作轴向位移，开大或减小窄槽c,使过高的水位降低或过低的水位提高，恢复到原來的平衡状态。这表明该装置的灵敏度高达0.5%,亦即活塞轴向动摩擦力不足总动量力的5%。。三、实验原理恒定总流动屋方程为，尸二应(02^2-01%)取脱离体如图6-3所示，因滑动摩擦阻力水平分力/Xg冬一>§vi光滑管流区m=1.75,粗糙管紊流m=2.0,紊流过渡区1.75l（）5）如下，序号12345d2/d]0.20.40.60.81.0g0.480.420.320.180试用最小二乘法建立局部阻力系数的经验公式。5•试说明用理论分析法和经验法建立相关物理间函数关系式的途径。
第十节水面曲线实验一、实验目的与要求1.观察棱柱体渠道中非均匀渐变流的I•二种水面曲线。2.掌握I•二种水面曲线的生成条件。3.观察在不同底坡情况下矩形水梢中非均匀渐变流的儿种主要水而曲线及其衔接型式。4.加深对非均匀渐变流水面曲线的感性认识，加深对理论知识与水面线计算方法的理解。二、实验装置木实验装置如图1()所示。1314图10水面曲线实验装置图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.变坡水槽；7.闸板；&底坡水准泡；9.变坡轴承；10.长度标尺；11.闸板锁紧轮；12.垂向滑尺；13.带标尺的升降杆；14.升降机构。为改变明槽底坡，以演示十二种水而曲线，木实验装置配冇新型高比速直齿电机躯动的升降机构14。按下14的升降开关，明槽6即绕轴承9摆动，从而改变水槽的底坡。坡度值
rh升降杆13的标尺值（vf）和轴承9与升降机上支点水平间距I）算得；平坡可依底坡水准泡8判定。实验流量由可控硅无级调速器3调控，并用重量法（或体积法）测定。槽身设有两道闸板，用于调控上下游水位，以形成不同水面线型。闸板锁紧轮11用以夹紧闸板,使其定位。水深由滑尺12量测。三、实验原理十二种水而曲线分别产生于五种不同底坡。因而实验吋，必须先确定底坡性质，其中需测定的，也是最关键的是平坡和临界坡。平坡可依水准泡或升降标尺值判定。临界底坡应满足下列关系：i二g力hk=屆"/gnR严乞"乞+2几式中，加、©、乩、加和皿分别为明槽临界流时的湿周、谢才系数、槽宽、水深和水力半径；n为糙率。（以上公式单位均取米•秒）临界底坡确肚后，保持流量不变，改变渠槽底坡，就可形成陡坡（，>几），缓坡（0ik（使底坡尽量陡些），插入闸板2,调节开度，使渠道上同时呈现SI、S?、S2水而曲线，并绘于记录纸上。5.操纵升降机构，使槽中分别出现0（使底坡尽量接近TO）.i=0和ivO,插入闸板1,调节开度，使槽中分别出现札I应的水面曲线，并绘在记录纸上。（缓坡时，闸
板1开启适度，能同时呈现M］、M2、M3水面曲线)。1.实验结束，关闭水泵。注：在以上实验时，为了在一个底坡上同时呈现三种水面曲线，要求缓坡宜缓些，陡坡宜陡些。实验装置台号NO.Lo=cm(两支点间距)cm,n=五、实验成果及要求体积V(m3)时间t(s)流量Q(m7s)临界水深心(m)断而而积Ak(nr)湿周耳(m)水力半径Rk(m)谢才系数Ck(m°7s)水而宽Bk(m)临界底坡几B=表10临界底坡记录计算表六、实验分析与讨论1.判别临界流除了采用方法外，述冇其他什么方法？2.分析计算水面曲线时，急流和缓流的控制断而应如何选择？为什么？3.在进行缓坡或陡坡实验吋，为什么在接近临界底坡情况下，不容易同时出现三种水血线的流动型式？4.请利用本实验装置，独立构思测量活动水槽糙率”的实验方案。(假定水槽中流动为阻力平方区)第十一节堰流实验一、实验目的与要求1.掌握测定堰流流量系数m的方法，并与经验值进行比较，了解流量系数m的物理意义。2.观察淹没堰流的水流形态和特征。
1.点绘实用堰流流量系数m与水头Ho的关系曲线。二、实验装置本实验装置如图11-1所示。水位测针活动测针整套实验设备和仪器，rtl进水调节阀、玻璃水槽、90°三角量水堰、溢流坝、下游尾门、测针、活动测针、刻度尺组成见上图。实验在矩形玻璃水槽屮进行，槽小安装WES标准实用剖而堰。水槽上游安装90°三角量水堰，川来测定水槽流量Q,槽尾设尾门以控制下游水位，用活动测针沿轨道移动以量测上下游水位。椚中也可安装平板闸门形成闸下出流，进行水跃实验。三、实验原理1.堰流流量公式：对图11-2中堰流情况的1-1与C-C断而写能量方程，町得收缩断面流速表示式为:图11-2实用剖面堰溢流vcq=["尸j2g（H°_/%）=0/2g（Ho-/%）（y）~式中，0为流速系数；H（）=H+」为垠上总水头，H为垠上水头，V。为上游趋近流速;2ghc0为收缩断面C-C处水深。经过适当假设与简化，得堰流流量公式：Q=mb/lgH^/2
式中，b为堰宽（即槽宽），m为堰流的流量系数。实验时，改变槽中不同的流量，即町测得相应于不同流量时的堰顶水头H值。然后计算出Ho（含行近流速水头）。利用上式计算出相应于不同堰顶水头Ho的m值，从而可以点绘Him水头Ho的关系曲线。1.堰的流量系数公式实川高堰流量系数当P/Hd>1.33为高堰。WES标准剖面堰的流量系数公式为:四、实验方法与步骤1•放水之前，用活动测针测出堰前槽底高程▽底及堰顶高程▽堰顶，则堰髙匸▽堰顶一▽底。1.打开进水调节阀和尾门，保持堰流为自山出流，待水流稳定后，测读水槽首部三角堰上游水而测针读数▽,则三角堰水头:h=V-V0,根据Q〜H曲线查Q；或根据三角堰流量公式:Q=L343h247cm3/s计算Q值（式中h以cm计）。2.调节尾门，使实用堰呈非淹没溢流，仔细观察堰流现象。待水流稳定后，用测针细致量测实用堰上游水面读数，从而计算堰上水头H值，并量测堰趾收缩断面（C・C断面）处水而的测针读数，算出收缩水深h“)值，应多测儿次，以取平均值。以上实验应改变流量5-6次，重复进行实验。计算行近流速V。和包括行近流速水头的堰上水头Ho。_Qv0=—bh式中，b一槽宽，ao=l.O。3.按堰流流量公式计算流量系数m值。4.实验完成后，可关小尾门，抬高下游水位，观察淹没堰流的水流形态。五、实验成果及要求实验记录及计算见表11。三角堰零点读数▽。二实用垠冬/?、读数▽°实=实验装置台号NO.cm玻璃水梢宽b=cmcm实用垠高P=cm表11WES型堰流量系数记录与计算表测次三角量水堰实用堰堰前行近流速Vo(cm/s)行近流速水头2g(cm)堰上全水头Ho(cm)测量数测实流系川S▽伽堰上水头h(cm)流量Q测(cm3/s)¥3堰上水头H(cm)1234
5678六、实验分析与讨论1.量测堰上水头H值时，堰上游水位测针读数为何要在堰壁上游(3〜4)H附近处测读？2.有哪些因素影响实测流址系数的精度？如果行近流速水头略去不计，对实验结果会产牛多大影响？3.如何从水流现彖上判断堰流是否淹没？4.从m随Ho的变化趋势，说明英变化原因？
第十二节水跃实验一、实验目的与要求1.观察水跃现象，了解水跃的结构与基本特征。2.检验平坡矩形明槽自由水跃共觇水深理论关系的合理性，并将实测值与理论计算值进行比较。测定跃长，检验跃反经验公式的可靠性。3.了解水跃的消能效果。4.比较不同佛如徳数F川时的水跃类型。二、实验装置木实验装置同图11-1。三、实验原理明槽水流由小于临界水深的急流过渡到人于临界水深的缓流所发牛的水而局部跃起现象，称为水跃。图示为一闸孔出流后形成的水跃，上部为激烈翻騰的表而旋滚，底部为流速急剧的主流，二者之间的交界而上流速梯度很大，产生漩涡和质量交换，水流内部产生剪切摩擦与混掺，因而消耗能量较人。水利工程屮常利用水跃作为一种有效的消能方式。跃前水深用川表示，跃后水深用/表示。跃前与跃后两断面间的距离称为水跃长度，用厶表不。（-）平底棱柱形明槽中的水跃函数为：式中，A为过水断而而积；yc为过水断面的重心在水面下的深度。跃前水深X和跃后水深护应满足水跃方程式为：&（）Q2Mi此式说明在平底棱柱形明槽屮，对于某一流量Q,存在着具有相同的水跃函数J（h）的两个水深，这一对水深就是共轨水深。（二）平底矩形断而明槽中的水跃共辘水深关系式为：也可以写为：宀斗（J1+込;-1）或X斗（J1+8F；—1）
式屮，Fh和/;2为跃前断而与跃后断面的佛如德数。（三）矩形断血明槽中的水跃长度公式为:/.=6.1/?"1}=6.9附一/0适用于4.55<10lj=9.4(Frl-l)/?适用于©<4.5（四）矩形断面明槽中水跃的消能fflnJJIJ下式表示:AE—冲，+爹）"+晋）经化简后为：Ej=（"—力"）3/4/心"水跃消能效率〃"用△E,H、表示，Ih为跃前断曲的比能，〃‘也可以写成你的函数关系式：8（J1+8F：-1）（2+町）由此可知跃前水流佛如德数越大，消能效率越高。该装置还可演示远骡、临界和淹没三种水跃以及按尸斤不同而区分的五种型态水跃（波状水跃lvF”vl・7；弱水跃1.7vF人＜2.5；不稳定水跃2.5vF斤＜4.5；稳定水跃4.5＜F斤＜9.0；强水跃9.0vF”）。各种水跃特征如下：波状水跃：水面有突然波状升高，无表面旋滚，消能效率低，波动距离远。弱水跃：水跃高度较小，跃区紊动不强烈，跃后水而较为平稳，其消能效率低于2（）%。不稳定水跃：流态不稳定，水跃振荡，跃后水而波动较大，且向下游传播较远。稳定水跃：水跃稳立，跃后水面较平稳，消能效率达46〜70%,是底流消能较理想的济O强水跃：流态汹涌，表面旋滚强烈，下游波动较剧烈，影响较远，消能效率对达70%以上，但消能工的造价高。一般当F「＞13时，因底流消能工更贵，宜改用挑流或其他形式消能。四、实验方法与步骤1.熟悉有关设备及仪器，记录有关常数。2.开启进水阀门引水入槽，调节下游尾门，使水槽内分别产生远驱式水跃、临界水跃及淹没水跃。观察不同水跃现象，并分析研究水跃的结构与特征。3.待水流稳定后，量测临界水跃的共辘水深X和护及水跃长度Lj,并用进水管上的孔板流量计或文丘里流量计量测水槽流量。4.改变流量4~5次，重复进行试验。通过改变流量，观察不同F门数的水跃类型。5.实验完毕，关闭进水阀门，关泵停水，整理好仪器设备。
五、实验成果及要求实验装置台号NO.三角垠零点读数▽「=cm玻璃水槽宽b=cm实用堰零点读数▽。实=cm实用堰高P=cm表12T明渠水跃测记表测次三角量水堰单宽流量q(cm3/s.m)跃前断面佛氏数陥水跃实测值(cm)水跃计算值(cm)¥3堰上水头h(cm)流量Q測(cm7s)h，h"Ljh，h".Lji1234561.以F门为横处标，以?j=—为纵处标,按公式q=—=_(J1+8F：-1)绘Jg/rhh2制理论Illi线，然后将实验数据点绘于同一图屮，进行比较和分析讨论。2.根据不同流量时几组共轨水深值，计算水跃消能和消能效率n="EjlH,分析〃"与F打的关系。3.根据实验的力"和/T,计算水跃长度，并和实测水跃长度数值进行比较。六、注意事项1.因为临界水跃现彖很不稳定，特别是跃示水面波动较大，测量时应同时确定水跃的跃前、跃后断而的位置，并迅速量测。2.同一断面上水深会有不同，实测时一般取数点测量水深，取其平均。3.量测水跃长度时，常采用带颜色毛线的立杆來判断跃尾的位置。将立杆在跃尾附近前后移动，一旦杆上毛线全部指向下游时，即为跃尾断面，也可用其它方法判定。七、实验分析与讨论1.在一定流量下，调节尾门使水跃推前或移后，分析这种变动对跃长Lj和跃高H有何彫响？2•当尾门开度一定，改变流量时，跃长与共轨水深有何改变？为什么？1.如何更好地判断跃前和跃后水深的位置？水跃长度应如何定？2.试分析远驱式水跃、临界水跃和淹没水跃，哪种消能率高，而且冲刷距离短？'
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