水力学实验报告

'本文格式为Word版，下载可任意编辑水力学实验报告　水力学试验报告学院:　班级:　姓名:　学号:　第三组同学:　姓名:　学号:　姓名:　学号:　姓名:　学号:　2021、12、25　1平面静水总压力试验1、1试验目的1、把握解析法及压力图法,测定矩形平面上的静水总压力。　2、验证平面静水压力理论。　1、2试验原理　作用在任意外形平面上的静水总压力P等于该平面形心处的压强pc与平面面积A的乘积:ApPc=,方向垂直指向受压面。　对于上、下边与水面平行的矩形平面上的静水总压力及其作用点的位置,可采纳压力图法:静水总压力P的大小等于压强分布图的面积W与以宽度b所构成的压强分布体的体积。　bPW=　若压强分布图为三角形分布、如图3-2,则HebgHP31212==r式中:e－为三角形压强分布图的形心距底部的距离。　若压强分布图为梯形分布,如图3-3,则2121212321HHHHaeabHHgP＋＋）　＋（×==r第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑式中:e－为梯形压强分布图的形心距梯形底边的距离。　图1-1静水压强分布图(三角形)　图1-2静水压强分布图(梯形)本试验设备原理如图3-4,由力矩平衡原理。　图1-3静水总压力试验设备图10LPLG×=×　其中:eLL-=1求出平面静水总压力10LGLP=　1、3试验设备　在自循环水箱上部安装一放开的矩形容器,容器通过进水开关Kl,放水开关K2与水箱连接。容器上部放置一与扇形体相连的平衡杆,如图3-5所示。　203010405060708090100110120210140150160???????K2??????????????????????L0?3-5　??????K1图1-4静水总压力仪1、4试验步骤　1、熟识仪器,测记有关常数。　2、用底脚螺丝调平,使水准泡居中。　3、调整平衡锤使平衡杆处于水平状态。　4、打开进水阀门K1,待水流上升到肯定高度后关闭。　5、在天平盘上放置适量砝码。若平衡杆仍无法达到水平状态,可通过进水开关进水或放水开关放水来调整进放水量直至平衡。　6、测记砝码质量及水位的刻度数。　7、重复步骤4～6,水位读数在100mm以下做3次,以上做3次。　8、打开放水阀门K2,将水排净,并将砝码放入盒中,试验结束。　1、5试验数据记录及处理　1、有关常数记录:天平臂距离L0＝　cm,扇形体垂直距离(扇形半径)L＝　cm,扇形体宽b＝　cm,矩形端面高a0＝第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑　cm,33/100.1cmkg-´＝r　2、试验数据记录　压强分布形式测次水位读数H(cm)水位读数îíì>-<=000　0aHaHaHh(cm)砝码质量m(g)三角形分布1　2　3　4　梯形分布1　2　3　3、试验结果压强分布形式测次作用点距底部距离(cm)HhHhhH++×-23作用力距支点垂直距离eLL-=1(cm)实测力矩(Ncm)00mgLM=实测静水总压力(N)10LMP＝实理论静水总压力(N)　误差(％)三角形分布1　2　3　4　梯形分布1　2　3　100%-´=理论值试验值理论值注：误差　1、6留意事项　1、在调整平衡杆时,进水或放水速度要慢。　2、测读数据时,肯定要等平衡杆稳定后再读。　1、7思索题第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑　1、试验中,扇形体的其她侧面所受到的压力就是否对试验精度产生影响？为什么？2、注水深度在100mm以上时,作用在平面上的压强分布图就是什么外形？　3、影响本试验精度的缘由就是什么？2　能量方程试验　2、1试验目的　1、观看恒定流的状况下,与管道断面发生转变时水流的位置势能、压强势能、动能的沿程转化规律,加深对能量方程的物理意义及几何意义的理解。　2、观看匀称流、渐变流断面及其水流特征。　3、把握急变流断面压强分布规律。　4、测定管道的测压管水头及总水头值,并绘制管道的测压管水头线及总水头线。　2、2试验原理实际液体在有压管道中作恒定流淌时,其能量方程如下whgvpZgvpZ+++=++222222221111agag它表明:液体在流淌的过程中,液体的各种机械能(单位位能、单位压能与单位动能)就是可以相互转化的。但由于实际液体存在粘性,液体运动时为克服阻力而要消耗肯定的能量,也就就是一部分机械能要转化为热能而散逸,即水头损失。因而机械能应沿程减小。　对于匀称流与渐变流断面,压强分布符合静水压强分布规律:Cpz=+g但不同断面的C值不同。　图21急变流断面动水压强分布图对于急变流,由于流线的曲率较大,因此惯性力亦将影响过水断面上的压强分布　规律;　上凸曲面边界上的急变流断面如图3-7(a),离心力与重力方向相反,所以静动pp<。　下凹曲面边界上的急变流断面如图21(b),离心力与重力方向相向,所以静动pp>。　2、3试验设备第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑　试验设备及各部分名称如图22所示。　????123456789CAB10?3-8　?????????图22能量方程试验仪2、4试验步骤1、辨别测压管与毕托管并检查橡皮管接头就是否接紧。　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、关闭尾阀K,检查测压管与毕托管的液面就是否齐平。若不平,则需检查管路就是否存在气泡并排出。　4、打开尾阀K,量测测压管及毕托管水头。　5、观看急变流断面A及B处的压强分布规律。　6、本试验共做三次,流量变化由大变小。　2、5试验数据记录与处理　水力学试验报告1、有关常数记录　d5＝　cm,d1＝　cm。(d5即d,d1即D)2.试验数据记录与计算(测压管高度单位为cm)测次145689A量筒内水的质量(g)测量时间(s)流量(m3/s)测压管液面高总压管液面高测压管液面高总压管液面高测压管液面高总压管液面高测压管液面高总压管液面高测压管液面高总压管液面高测压管液面高总侧测压管高外侧测压管高中间测压管高内侧测压管高1　2　3　4　5　6　7　8　9第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑　10　水力学试验报告3、试验结果(1)绘制测压管水头线与总水头线(任选一组)。　????123456789CAB10?3-8　?????????　(2)计算断面5与断面2的平均流速与毕托管测点流速。　2、6留意事项　1、尾阀K开启肯定要缓慢,并留意测压管中水位的变化,不要使测压管水面下降太多,以免空气倒吸入管路系统,影响试验进行。　2、流速较大时,测压管水面有脉动现象,读数时要读取时均值。　2、7思索题　1、试验中哪个测压管水面下降最大？为什么？2、毕托管中的水面高度能否低于测压管中的水面高度？3、在渐渐扩大的管路中,测压管水头线就是怎样变化的？3动量方程试验3、1试验目的　1、测定管嘴喷射水流对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。　3、2试验原理　应用力矩平衡原理如图31,求　射流对平面板与曲面板的作用力。　力矩平衡方程:　1GLFL=,LGLF1=　式中:F－射流作用力;L－作用力力臂;　G1－砝码重量;L1－砝码力臂。　恒定总流的动量方程为å-=)(1122vvQFbbr　若令112==bb,且只考虑其中水平方向作用力,则可求得射流对平面板与曲面板的作用力公式为)cos1(ar-=QvF第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑　式中:Q－管嘴的流量;v－管嘴流速;a－射流射向平面或曲面板后的偏转角度。　90Qvar=°=平常，F　平F:水流对平面板的冲击力135(1cos135)1.7071.707QvQvFarr=°=-°==平常，F　180(1cos180)22QvQvFarr=°=-°==平常，F　3、3试验设备试验设备及各部分名称见图32,试验中配有090=a的平面板与0180=a及0135=a的曲面板,另备大小量筒及秒表各一只。　3、4试验步骤　1、测记有关常数。　2、安装平面板,调整平衡锤位置,使杠杆处于水平状态。　3、启动抽水机,使水箱充水并保持溢流。此时,水流从管嘴射出,冲击平板中心,标尺倾斜。加法码并调整砝码位置,使杠杆处于水平状态,达到力矩平衡。记录砝码质量与力臂Ll。　4、用质量法测量流量Q用以计算F理。　图3-1动量原理试验简图　5、转变溢流板高度,使水头与流量变化,重复上述步骤。　6、将平面板更换为曲面板(0135=a及0180=a),又可实测与计算不同流量的作用力。　7、关闭抽水机,将水箱中水排空,砝码从杠杆中取下,试验结束。　水箱水箱图3-2动量原理试验仪开关杠杆砝码水准气泡平衡锤支点LL13、5试验数据记录　相关常数:L＝　cm,管径d＝　cm　水的质量(g)时间(s)流量(L/s)流速(m/s)砝码质量(g)第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑力臂L1(cm)F理　(N)F实　(N)　误差(％)090=a　0135=a　0180=a　3、6留意事项　1、量测流量后,量筒内水必需倒进接水器,以保证水箱循环水充分。　2、测流量时,计时与量简接水肯定要同步进行,以减小流量的量测误差。　3、测流量一般测两次取平均值,以消退误差。　3、7思索题　1、F实与F理有差异,除试验误差外还有什么缘由？2、流量很大与很小时各对试验精度有什么影响？3、试验中,平衡锤产生的力矩没有加以考虑,为什么？　4雷诺试验4、1试验目的　1、观看层流与紊流的流淌特征及其转变状况,以加深对层流、紊流形态的感性熟悉。　2、测定层流与紊流两种流态的水头损失与断面平均流速之间的关系。　3、绘制水头损失hf与断面平均流速的对数关系曲线,即vhflg~lg曲线,并计算图中的斜率m与临界雷诺数Rek。　4、2试验原理　同一种液体在同一管道中流淌,当流速不同时,液体可有两种不同的流态。当流速较小时,管中水流的全部质点以平行而不相互混杂的方式分层流淌,这种形态的液体流淌叫层流。当流速较大时,管中水流各质点间发生相互混杂的运动,这种形态的液体流淌叫做紊流。　第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑层流与紊流的沿程水头损失规律也不同。层流的沿程水头损失大小与断面平均流速的1次方成正比,即0.1vhfµ。紊流的沿程水头损失与断面平均流速的1、75～2、0次方成正比,即0.2~75.1vhfµ。　视水流状况,可表示为mfkvh=,式中m为指数,或表示为vmkhflglglg+=。　每套试验设备的管径d固定,当水箱水位保持不变时,管内即产生恒定流淌。沿程水头损失fh与断面平均流速v的关系可由能量方程导出:fhgvpZgvpZ+++=++222222221111agag当管径不变,21vv=,取0.121»=aa　所以hpZpZhfD=+-+=)()(2211gghD值可以由压差计读出。　在圆管流淌中采纳雷诺数来判别流态:nvd=Re　式中:v－圆管水流的断面平均流速;d－圆管直径;n－水流的运动粘滞系数。　当ReRek　(下临界雷诺数)时为层流状态,Rek＝2320;　ReRek(上临界雷诺数)时为紊流状态,Rek在4000~12021之间。　4、3试验设备　试验设备及各部分名称见图41所示。　?????41???????????????K124、4试验步骤　(一)观看流淌形态　将进水管打开使水箱布满水,并保持溢流状态;然后用尾部阀门调整流量,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,如图1所示。　第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑随后慢慢开大尾部阀门,增大流量,这时颜色水开头抖动、弯曲,并渐渐集中,当集中至全管,水流紊乱到已瞧不清着色流线时,这便就是紊流流态。　(二)测定vhf~的关系及临界雷诺数　1、熟识仪器,测记有关常数。　2、检查尾阀全关时,压差计液面就是否齐平、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,使管内流量逐步削减;每转变一次流量、均待水流平稳后,测定每次的流量、水温与试验段的水头损失(即压差)。流量Q　用质量法测量。用天平量测水的质量m,依据水的密度计算出体积V,用秒表计时间T。流量TVQ=。相应的断面平均流速AQv=。　4、流量用尾阀调整,共做10次。当Re2500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n,从而计算雷诺数nvd=Re。　6、相反,将调整阀由小逐步开大,管内流速渐渐加大,重复上述步骤。　4、5试验数据记录1、有关常数管径d=　cm,水温T＝　C。　2、试验数据及处理测次质量m(g)时间t(s)流量Q(cm3/s)雷诺数流速(m/s)hD(cm)1　2　3　4　5　6　7　8第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑　9　10　3.绘制水头损失hf与断面平均流速的对数关系曲线,即vhflg~lg曲线,并计算图中的斜率m与临界雷诺数Rek。(用方格纸或对数纸)　4、6留意事项　1、在整个试验过程中,要特殊留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与水头损失。　2、在流淌形态转变点四周,流量变化的间隔要小些,使测点多些以便精确     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,应急躁、细致地多测几次。同时留意不要碰撞设备并保持试验环境的宁静,以削减扰动。　4、7思索问题1、要使注入的颜色水能准确反映水流状态,应留意什么问题？2、假如压差计用倾斜管安装,压差计的读数差就是不就是沿程水头损失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与紊流？5管道局部水头损失试验5、1试验目的　1、把握测定管道局部水头损失系数z的方法。　2、将管道局部水头损失系数的实测值与理论值进行比较。　3、观看管径突然扩大时旋涡区测压管水头线的变化状况,以及其她各种边界突变状况下的测压管水头线的变化状况。　5、2试验原理　由于边界外形的急剧转变,主流就会与边界分别消失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就是局部水头损失。　第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑边界外形的转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:gvhj22z=式中:z－局部水头损失系数,也叫局部阻力系数。系数z就是流淌形态与边界外形的函数,即)(Re,边界外形f=z。一般水流Re数足够大时,可认为系数z不再随Re数而变化,而瞧作一常数。　管道局部水头损失目前仅有突然扩大可采纳理论分析。并可得出足够精确的结果。其她状况可以用试验方法测定z值,也可以通过查找阅历公式来确定z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:21222212）　＝（-=AAgvhjzz212121112）　＝（AAgvhj-=zz　式中:Al与v1分别为突然扩大上游管段的断面面积与平均流速;A2与v2分别为突然扩大下游管段的断面面积与平均流速。　5、3试验设备试验设备及各部分名称如图51所示。　?????51?????????????K12345678910111213141516171819202122235、4试验步骤　1、熟识仪器,记录有关常数。　2、检查各测压管的橡皮管接头就是否接紧。　3、启动抽水机,打开进水阀门,使水箱无水,并保持溢流,使水位恒定。　4、检查尾阀K全关时,测压管的液面就是否齐平,若不平,则需排气调平。　5、渐渐打开尾阀K,使流量在测压管量程范围内最大,待流淌稳定后,记录测压管液面标高,用体积法测量管道流量。　6、调整尾阀转变流量,重复测量三次。　5、5试验数据记录　水力学试验报告1、有关常数记录D=　cm,d=第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑　cm。水温t=　、要求测量90弯管的曲率半径R=____cm。　2.试验数据记录测次水的质量m(g)时间t(s)1点测压管高(cm)3点测压管高(cm)4上点测压管高(cm)13侧点测压管高(cm)14点测压管高(cm)16点测压管高(cm)17点测压管高(cm)18点测压管高(cm)19点测压管高(cm)20点测压管高(cm)21点测压管高(cm)1　2　3　4　5　6　7　8　水力学试验报告3、试验结果测次突然扩大突然缩小90弯头实z　z理　误差(%)实z　z理　误差(%)实z　z理　误差(%)1　2　3　4　5　6　7第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑　8　5、6留意事项　1、试验必需在水流稳定后方可进行。　2、计算局部水头损失系数时,应留意选择相应的流速水头;所选量测断面应选在渐变流断面上,尤其下游断面应选在旋涡区的末端,即主流恢复并布满全管的断面上。　5、7思索题　1、试分析实测hj与理论计算hj,有什么不同？缘由何在？2、如不忽视管段的沿程损失hf,所测出的z值比实际的偏大还就是偏小？在工程中使用此值就是否平安？　3、在相同管径变化条件下,相应于同一流量,其突然扩大的z值就是否肯定大于突然缩小的z值？4、不同的Re数时,局部水头损失系数z值就是否相同？通常z值就是否为一常数？6文德里流量计及孔板流量计试验6、1试验目的　1、了解文德里与孔板流量计测流量的原理及其简洁构造。　2、绘出压差与流量的关系,确定文德里流量计与孔板流量计的系数m。　6、2试验原理　文德里流量计就是在管道中常用的流量计。它包括收缩段、喉管、集中段三部分,由于喉管过水断面的收缩,该断面水流淌能加大,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,依据能量方程与连续方程以及等压面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:QKhD理＝式中224424DdKgDdp=-()1212121234()()hhpphzzhhhhgg-ìïD=+-+=í-+-ïî（文德里）孔板　依据试验室的设备条件,管道的实测流量Q实可由体积法测出。第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑　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,实测流量与抱负流体状况下的流量之比称为流量系数,即理实=m　6、3试验设备试验设备与各部分名称如图61所示。　?????61????????????????K???6、4试验步骤　1、熟识仪器,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,压差计的液面就是否齐平,若不平,则需排气调平。　4、调整尾阀K,依次增大流量与依次减小流量。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,用秒表记录时间T。流量TVQ=实。　6、5试验数据记录1、相关常数:D＝　cm;喉管d＝　cm。孔口d=_____cm,水温t=____℃。　测次压差hD(mm)水的质量(g)时间(s)实Q　理Q　m　1孔口　文德里　2孔口　文德里　3孔口　文德里　4孔口第16页共16页 本文格式为Word版，下载可任意编辑　文德里　5孔口　文德里　2、绘出压差与流量的关系曲线(两条曲线可以画在一张图上)。　6、6留意事项1、转变流量时,需待开关转变后,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做为该次读数。　6、7思索题第16页共16页'