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水力学实验指导书.docx

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'一、静水压强实验一、实验目的1、加深对水静力学基本方程物理意义的理解，验证静止液体中，不同点对于同一基准面的测压管水头为常数（即z+£=c）。：g2、学习利用U形管测量液体密度。3、建立液体表面压强Po>Pa,PoPa观察各测压管的液面高度变化并测记液面标高。4、继续提高调压筒，再做两次。5、打开排气阀ki,使之与大气相通，待液面稳定后再关闭ki（此时不要移动调压筒）6、将调压筒降至某一高度。此时PoRec（上临界雷诺数）时为层流状态，Rec在4000〜12000之间三、实验设备实验设备及相应部分的名称见图5-1所示 色水图5—1雷诺实验仪四、实验步骤1.观察流动状态将进水管打开使水箱充满水，并保持溢流状态；然后用尾阀调节流量，将阀门以极慢速打开，待水流稳定后，注入有色指示剂。当有色指示剂在试验管中呈现一条稳定而且明显的流线时，管内即为层流流态。随后渐渐开大尾阀门，增大流量，这时有色指示剂开始颤动、弯曲，并逐渐扩散，当扩散至全管，水流紊乱到已看不清有以指示剂着色的流线时，此时即为紊流流态。2.测定hf〜v的关系及临界雷诺数1）熟悉仪器，测记有关常数。2）检查尾阀全关时，压差计液面是否齐平，若不平，则需排气调平。3）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；每 改变一次流量，均待水流平稳后，测定每次的流量、水温和试验段的水头损失（即压差）。流量Q用体积法测量。用量筒量测水的体积V,用秒表计时间To流量Q="。相应的断面平均流速v=@。TA4）流量用尾阀调节，共做10〜15次。当Re<2500时，为精确起见，每次压差减小值只能为3〜5mm。5）用温度计量测当日的水温，由此可查得运动粘滞系数"，从而计算雷诺数Re=也。V6）相反，将调节阀由小逐步开大，管内流速慢慢加大，重复上述步骤。五、注意事项1.在整个试验过程中，要特别注意保持水箱内的水头稳定。每变动一次阀门开度，均待水头稳定后再量测流量和水头损失。2.在流动形态转变点附近，流量变化的间隔要小些，使测点多些以便准确测定临界雷诺数。3.在层流流态时，由于流速v较小，所以水头损失hf值也较小，应耐心、细致地多测几次。同时注意不要碰撞设备并保持实验环境的安静，以减少扰动。六、思考题1.要使注入的颜色水能确切反映水流状态，应注意什么问题？2.如果压差计用倾斜管安装，压差计的读数差是不是沿程水头损失hf值?管内用什么性质的液体比较好？其读数怎样进行换算为实际压强差值？3.为什么上、下临界雷诺数值会有差别？4.为什么不用临界流速来判别层流和紊流？ 六、管道沿程水头损失实验、实验目的1、掌握测定管道沿程水头损失系数九的方法；2、绘制沿程水头损失与雷诺数Re的对数关系曲线。二、实验原理对通过一等直径管道中的恒定水流，在任意两过水断面1—1、2-2上写能量方程，可得hf二（乙p"：g）-（Z2P2〃、g）同时，我们知道沿程水头损失的表达式:hfd2glv2 hfTVd2g则沿程水头损失系数%为(ZiPi/二g)-(Z2P2/：g)lv2d2g般可认为我与相对粗糙度ds及雷诺数Re有关。即九=f(&,&)d三、实验设备实验设备及部分名称如图6—1所示抽水机图沿程水头损失实验仪四、实验步骤1、熟悉实验设备，记录有关常数。2、启动抽水机，打开进水阀门，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。3、检查尾阀K全关时，压差计的液面是否齐平，苦不平，则需要排气调平4、调节尾阀K,使流量在压差计量程内达到最大，待水流稳定后记录压差计读数，水温和量测其流量，流量用体积法量测。5、逐渐关闭尾阀K,依次减少流量，量测各次流量和相应的压差值。共做6、用温度计测记本次实验的水温to并查得相应的v值，从而可计算出相 应于每次流量下的雷诺数Re值。五、注意事项1、每次关闭尾阀K时要缓慢关闭，在层流时，压差为3~5mm,在紊流时,压差要适当大些。2、由于水流紊动原因，压差计液面有微小波动，当流速较大时，尢为显著c需待水流稳定时，读取，读取上、下波动范围的平均值。3、测记水温，求雷诺数时用开始和终了两次水温的平均值求v。六、思考题1、如将实验管道倾斜安装，压差计中的读数差是不是沿程水头损失hf值?2、随着管道使用年限的增加，儿~Re关系曲线有什么变化？3、本实验中的物理量有d、1、Q、hf和水温t,其中哪些物理量的量测精度对九值的误差影响最大？4、如生产需要，拟测定工业塑料管的£值，应如何进行实验？ 七、管道局部水头损失实验一、实验目的1、掌握测定管道局部水头损失系数0的方法。2、将管道局部水头损失系数的实测值勤与理论值进行比较；3、观察管么突然扩大时旋涡区测压管水头线的变化情况，以及其他各种边界突变情况下的测压管水头线的变化情况。二、实验原理由于边界形状的急剧改变，主流就会与边界分离出现旋涡以及水流流速分布的改组，从而消耗一部分机械能。单位重量液体的能量损失就是局部水头损失。边界形状的改变有水流断面的突然扩大或突然缩小，弯道及管路上安装阀门等。局部水头损失常用流速水头与一系数的乘积表示：2,Vhj二一j2g式中：,一局部水头损失系数，也叫局部阻力系数。系数,是流动形态与边界形状的函数，即:=f（Re,边界形状）。一股水流Re数足够大时，可认系数。不再 随Re数而变化，而看作一常数。管道局部水头损失目前仅有突然扩大可采用理论分析，并可得足够精确的结果。其他情况则需要用实验的方法测定，值。突然扩大的局部水头损失可应用动量方程与能量方程及连续方程联合求解得到如下公式:v2A22hj=匚2丁，-2=(---1)2gA2A2)2Vihj=，T-，-1=(1一2g式中：Al和V1分别为扩大段上游的断面积和平均流速，A2和V2分别为突然扩大下游管段的断面积和平均流速。三、实验设备实验设备及部分名称如图7-1所示。四、实验步骤1、熟悉仪器，记录有关常数。2、检查各测压管的橡皮管接头是否接紧3、启动抽水机，打开进水阀门，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。 4、检查尾阀K全关时，测压管的液面是否齐平，若不平，则需要排气调平。5、慢慢打开尾阀K,使流量在测压管量程范围内最大，待流动稳定后，记录测压管液面标高，用体积法测量流量。6、调节尾阀改变流量，重复三次。五、注意事项1、实验必须在水流稳定后方可进行。2、计算局部水头损失系数时，应注意选择相应的流速头，所选量测断面应选在渐变流段面上，尢其下游断面应选在漩涡区的未端，即主流恢复并充满全管的断面上。六、思考题1、试分析实测hj与理论计算hj有什么不同，原因何在？2、如果忽略管段的沿程损失hf,所测出的，值比实际的偏大还是偏小？在工程中使用此值是否安全？3、在相同管径变化条件下，相应于同一流量，其突然扩大的;值是否一定大于突然缩小的"值？4、不同的Re数时，局部水头损失系数，值是否相同？通常，值是否为一常数？八、文德里流量计及孔板流量计实验一、实验目的1.了解文德里和孔板流量计测流量的原理及其简单构造。2.绘出压差与流量的关系，确定文德里流量计和孔板流量计的系数以。二、实验原理 文德里流量计是在管道中常用的流量计它包括收缩段、喉管、扩散段三部分。由于喉管过水断面的收缩，该断面水流动能加大，势能减小，造成收缩段前后断面压强不同而产生的势能差。此势能差可由压差计测得。孔板流量计原理与文德里流量计相同，根据能量方程和连续方程以及等压曲原理可得出不计阻力作用时的文德里流量计（孔板流量计）的流量计算公式：Q里=K,.h2।2武中：K=-.Ddv2g;4D2-d2pp几-h2（文德里）h=（z1P1）—（z2P2）=力化Pg，Pg，%—hz+h3—h4（孔板）根据实验室的设备条件，管道的实测流量Q实可由体积法测出。在实际液体中，由于阻力的存在，水流通过文德里流量计（或孔板流量计）时有能量损失，故实际通过的流量Q实一般比Q理稍小，因此在实际应用时，上式应予以修正，实测流量与理想流体情况下的流量之比称为流量系数，即Q实=—Q理三、实验设备实验设备与各部分名称如右图所示。 四、实验步骤1.熟悉仪器，记录有关数据。，2.启动抽水机，打开进水开关，使水进入水箱，并使水箱水面保持溢流，使水位恒定。3.检查尾阀全关时，压差计的液面是否齐平，若不平，则需排气调平。4.调节尾阀K,依次增大流量和依次减小流量。量测各次流量相应的压差值。共做10次。流量Q用体积法测量。用量筒量测水的体积V,用秒表记录时问To流量Q实=丫"。五、注意事项1.改变流量时，需待开关改变后，水流稳定之后（至少需3〜5分钟），方可记录。2,当管内流量较大时，测压管内水面会有波动现象。可读取波动水面的最高与最低读数的平均值作为该次读数。六、思考题2.收缩断面前与收缩断面后相比，哪一个压强大？为什么？3.实验求出的以值是大于1,还是小于1?是否合理？压差日比通过实际液体时的大了还是小了？4.每次测出流量系数口值是否是常数？若不是常数则与哪些因素有关？'

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