重庆大学水力学实验报告

《流体静力学实验》实验报告开课实验室：学院年级、专业、班姓名成绩课程名称实验项目名称指导教师教师评语教师签名：年月日一、实验目的1.验证静力学的基本方程。2.学会使用测压管与U形测压计的量测技能。3.理解绝对压强与相对压强及毛细管现象。4.灵活应用静力学的基本知识进行实际工程量测。二、实验原理重力作用下不可压缩流体静力学基本方程静止流体中任意点的测压管水头相等，即（1.1）同样静止流体在任意点的静压强也可以写成如下形式：(1.2)式中——液体的重度；——U形管中液面上升的高度。对装有水油U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：       (1.3)\n三、使用仪器、材料使用仪器：盛水密闭容器、连通管、测压管、U形测压管、真空测压管、通气阀、截止阀、加压打气球、减压阀等。使用材料：油、水四、实验步骤记录数据：1、记下测点标高▽a=2.10、▽b=-2.90、▽c=-5.90。2、基准标高选在测压管零刻度线ZA=2.1cmZB=-2.9cmZC=-5.9cm。3、水溶重9.087×10-³N/cm³。步骤：1、P。=0，测▽0、▽H。（▽0:液面高程，▽H测压管液面高程）。打开通气阀，使水箱液面与大气相通，此时=0（▽=▽H）。2、＞0，共连续加压3次，每次测定▽0、▽H。3、＜0，共连续减压3次，每次测定▽0、▽H。油容重的测定：1、测定计：测3次▽0、▽H，计算=│▽0-▽H│。关闭通气阀，大气加压是U型管内的水面与油水界面齐平，测▽0、▽H。2、测计h2：公测3次，▽0、▽H,计算h2=|▽0-▽H|，关闭通气阀，大开放水阀慢慢放水，直到U型管的水面与油面齐平，关闭放水阀，测▽0、▽H。\n五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)1.流体静压强测量记录页面条件序号水箱液面▽0测压管液面的▽H压强水头测压管水头PA/γPB/γPC/γZA+PAγZB+PBγZC+PC/γP0=01P0>0123P0<01232.油容重测量记录次数水乡液面高程测压管液面高程│▽0-▽H││▽0-▽H│的平均值油容重P0>01平均值h1=γ=h1×γ水/（h1+h2）=815.61㎏/m³23P0<01平均值h2=23\n六、实验结果及分析1.实验结果：1）在验证流体静压强的试验中，有实验数据可知，结果满足流体静压强的理论结果。实验正确2）在油容重的测量实验中，加压和加压条件下经过γ=h1×γ水/(h1+h2)计算得，γ=815.61㎏/m³。2.实验分析：1)为避免毛细管现象的影响，在测压管的读书上如何减少误差？答：待液面稳定后，应以凹液面为准惊醒读数。2)静止流体中，不同断面测压管水头线如何变化？答：静止流体中，不同断面上测压管水头线在坐标纸上位一条水平线，没有变化。\n\n《不可压缩流体恒定流动的能量方程实验》实验报告开课实验室：学院年级、专业、班姓名成绩课程名称实验项目名称指导教师教师评语教师签名：年月日一、实验目的二、实验原理\n三、使用仪器、材料使用器材：四、实验步骤\n五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)1.记录有关参数2.流量计算表：序号质量m/kg时间t/cm流量Q(㎝3/s)1测点页面读数与断面能量置换的测算表测点管径cm位置水头Z/cm压强水头P/γ(cm)速度水头/2g(cm)测压管水头=Z+P/γ(cm)总水头H=+/2g(cm)测压管水头差（cm）水头损失(cm)12345678910111213141516171819\n六：观察并回答下列问题1、哪些是普通测压管，哪些是比托管测压管，两者功能的区别？2、测压管水头线和总水头线的变化趋势有什么不同，为什么？3、测点2、3测压管水头相同吗，为什么？4、测点2、3测压管水头相同吗，为什么？5、测点2、3测压管水头相同吗，为什么？6、当流量增加或减少时，测压管水头如何变化，为什么？\n《文丘里流量计实验》实验报告开课实验室：DA127学院年级、专业、班姓名成绩课程名称《流体力学与水泵实验》实验项目名称文丘里流量计实验指导教师教师评语教师签名：年月日一、实验目的1.学会使用测压管与U形测压计的量测原理。2.掌握文丘里流量计测量流量的方法与原理。3.掌握文丘里流量计测定流量系数的方法。二、实验原理文丘里流量计是一种测量有压流管中液体流量的仪器。它由渐缩段、喉管与渐扩段三部分组成。如下图所示：在渐缩管进口1-1断面及喉管处2-2断面，该两处截面面积分别为A1、A2，两处流速分别为v1、v2。不考虑流体受到的阻力作用，对两断面列伯努利方程（1）及连续性方程：即：（2）由（1）、（2）两式联立可得：\n（3）式中，K为文丘里流量计常数△h为两断面测压管水头差由式（3）算得的流量为不考虑阻力的理论流量，即Q＝Q理论，而实际通过的流量Q实际恒小于Q理论，引入一无量纲系数m对所测流量Q理论进行校正。即：（4）式（4）中的m为文丘里管的流量系数。通过实验测得实际流量Q及水头差△h，便可以测得文丘里管的流量系数m（5）\n三、使用仪器、材料使用仪器：自循环供水器（循环水泵）、恒压水箱、溢流板、稳水孔板、可控硅无极调速器、试验管道、文丘里流量计、流量调节阀、接水盒、回水管、复式压差计、滑动测量尺等。四、实验步骤1.熟悉实验仪器，记录有关参数。2.启动电源供水，全开流量调节阀，排除管道内的气体。同时，观察复式压差计液面是否全部处于滑动测量尺标尺读数范围内，若是则进行步骤4，否则按步骤3调整。3.关闭流量调节阀，待复式压差计液面稳定后逐次松开亚茶几上的两气阀，使1、4测压管液面大约在28.5cm，2、3测压管液面大约为24.5cm后拧紧压差计气阀，然后全开流量调节阀，检查压差计液面在标尺上的读数范围，直至符合要求为止。4.校核。关闭流量调节阀，检查复式压差计的压差和是否为零，即△h=h1-h2+h3-h4=0.由于毛细现象的存在，容许校核后读数△h《0.2cm。否则重复2、3步骤。5.全开流量调节阀，待读数稳定后读复式压差计读数，同时测算流量，并记录。6.改变流量调节阀的开度，调节流量，重复步骤5，每组取6个不同的流量。7.实验完毕，关闭流量调节阀，再次校核复式压差计压差和是否在容许误差内。若超过容许误差，则应当排除故障重新实验，确确认无误后关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。\n六、实验结果及分析1.文丘里喉管中是否产生负压？根据实验，如何减少文丘里喉管中的负压？最大可能真空有多大？答：本实验，，以管轴线高程为基准面，以水箱液面和喉道断面分别为1-2和2-2计算断面，立能量方程得则，故会产生负压。减小流量，增大喉管管径，降低相应管线的安装高程，改变水箱中的液位高度等都可以减少文丘里喉管中的负压。2.文丘里流量计中，影响流量系数大小的因素有哪些？由式得故文丘里流量计中，流量系数值大小与、、、有关。3．为什么实际流量与理论流量不相等？因为理论流量是在不考虑水头损失情况下，即按理想液体推导的，而实际流体存在粘性必引起水头损失，从而减小过流能力，故实际流量小于理论流量，即〈1.0。《局部水头损失》实验报告\n开课实验室：DA129学院年级、专业、班姓名成绩课程名称流体力学与水泵实验实验项目名称局部水头损失实验指导教师教师评语教师签名：年月日一、实验目的1.掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；2.通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和实验法建立函数式的途径；3.加深对局部阻力损失机理的理解。二、实验原理写出局部阻力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，下式中由按流长比例换算得出：实测时，，理论时，，2.突然缩小采用四点法计算，下式中b点为突缩点，由换算得出，由换算得出。实测时，，经验方程式：。\n二、使用仪器、材料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突然扩大试验管段8.测压针9.滑动标尺10测压管11.突然收缩试验管段12实验流量调节阀三、实验步骤1、熟悉有关仪器，记录有关参数。2、打开电源供水，带水箱溢流恒定后全开流量调节阀，排除实验管道中的滞留气体。管道内气体排净后关闭流量调节阀，检查测压管液面是否齐平‘3、全开流量调节阀，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法测记流量，并计算通过各管道的流速，同时读取测压管液面读数。4、调节流量调节阀开度，逐级放大流量，重复步骤3，测试5组流量，并计入表中。5、实验完成后关闭泄水阀，检查测压管液面是否齐平，否则，需重做。齐平后关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。\n五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)1.记录计算有关参数、常数测点管段直径：0.96cm，1.97cm，0.98cm，测点间距：12cm，24cm，12cm，6cm，6cm，6cm2.实验数据记录表：序号体积V/(cm³)时间t/(s)流量Q/(cm³/s)测压管读数h1h2h3h4h5h61107910107.915.4019.3019.0018.803.902.402151015100.717.8021.3021.0020.807.606.20314551597.019.0022.2021.9021.759.458.20413861592.420.1023.0022.8022.7011.309.95513551590.321.1523.9023.6523.5313.0011.85实验数据计算表：局部阻力形式序号流量Q/(cm³/s)前断面后断面实测沿程损失hf实测局部损失hj实测局部阻力系数ζ理论局部损失hj′αv²/2g总水头Hαv²/2g总水头H突然扩大1107.911.3526.750.6419.940.076.740.66.602100.79.8827.680.5621.860.075.750.585.74397.09.1728.170.5222.720.075.380.595.33492.48.3228.420.4723.470.054.90.594.84590.37.9529.10.4524.350.064.690.594.62突然缩小1107.90.6419.4410.4514.351.493.60.343.932100.70.5621.369.1016.71.443.220.353.42397.00.5222.278.4417.891.3830.353.17492.40.4723.177.6618.961.372.840.372.88590.30.4523.987.3220.321.172.490.342.75\n六、实验分析与讨论在管径比相同的情况下，其突然扩大的局部阻力系数是否一定大于突然缩小的局部阻力系数？为什么？答：不一定；由式及表明影响局部阻力损失的因素是和。其中：突扩：突缩：于是有分析可知，当或时，突然扩大的局部阻力系数比相应的突然收缩的要大；当或突然扩大的局部阻力系数与相应的突然收缩的相等；而或突然扩大的局部阻力系数比相应的突然收缩的要小。\n《沿程水头损失》实验报告开课实验室：DA132学院年级、专业、班姓名成绩课程名称流体力学与水泵实验实验项目名称沿程水头损失实验指导教师教师评语教师签名：年月日一、实验目的1.加深理解圆管层流和紊流的沿程水头损失随流速变化的规律。2.掌握管道沿程水头损失的测量方法。3.掌握管道沿程阻力系数的测量技术及压差计的测量方法。4.分析沿程阻力系数与雷诺数Re的关系。二、实验原理由达西公式得（1.1）另有能量方程对水平等直径圆管可得（1.2）压差可由压差计或电测。对于多管式水银压差有下列关系：（1.3）式中，、分别为水银和水的容重；为汞柱总差\n三、使用仪器、材料沿程损失实验损失实验仪器由自循环供水器（循环水泵）、供水阀、旁通阀、无极调速器、试验管道、水封器、压力传感器、电测仪、压差计（气阀、滑动测量尺）、流量调节器、接水盒、回水管等组成。四、实验步骤（一）实验准备1.检查实验装置。看实验设备是否连接完善。2.开启所有阀门，（包括进水阀、旁通阀、流量调节阀）。3.打开防尘罩，通电。4.排气。1)测压架端软管排气：连续开关旁通阀数次，待水从测压架中经过即可。排气完毕，打开旁通阀。若测压管内水柱过高，可打开测压架顶部放气阀，（所有阀门都打开，）水柱自动降落，至正常水位拧紧放气阀即可。2)传感器端软管排气：关闭流量调节阀，打开传感器端排气阀，传感器内连续出水，关闭排气阀，排气完成。3)关闭流量调节阀，观察测压架内两水柱是否齐平，不平，找出原因并排除；齐平，实验准备完成，实验开始。（二）层流实验5.全开进水阀、旁通阀，微开流量调节阀，当实验管道两点压差小于2cm(夏天)~3cm（冬天）时，管道内呈层流状态，待压力稳定，测量流量、温度、测压管内压差。6.改变流量3~5次，重复上述步骤。其中第一次实验压差，逐次增加。（三）紊流实验7.关闭流量调节阀，将电测仪读数（即管道两测点压差）调零。8.夹紧测压架两端夹子，防止水流经测压架。9.全开流量调节阀、进水阀，适当关小旁通阀开度，增大实验管道内流量，待流量稳定之后，测量流量、温度、电测仪读数（即实验管道两测点压差）。10.改变流量3~5次，重复上述步骤。其中第一次实验压差，逐次增加，直至流量最大。（四）实验完成，打开所有阀门，关闭电源。\n五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)1．记录有关常数　　　　　　　　　　　　　　　圆管直径0.65测量段长度常数=1.652．实验记录及计算表次序体积Vcm3时间t/s流量Qcm3/s流速cm/s水温˚C粘度*0.001cm2/s雷诺数Re压差cm沿程阻力cm沿程阻力系数(*0.01)Re<2320h1h21476180.152.647.9631.07.864165819.4519.000.451.06450.097262517181.752.848.5631.87.733772019.4519.000.450.920480.088893586180.053.259.8132.57.622386619.5018.950.550.856590.0765641510120.3512.5537.8332.87.5754324720.5017.153.353.50951654120.5013.7341.3933.07.5485356521.0016.604.403.85126130440.632.1296.8633.57.46758430183.0677146417.882.25248.033.57.467521586952.317815327.8196．4592.233.67.4523516504882.0875计算原理：Re=d/=4Q/∏d=0.01775/（1+0.0337T+0.000221²T²）=4Q/πd²g=980cm/s²、保留四到五位有效数字。K保留三位。Re为整数。其余两位。\n3．绘图分析：根据实验数据成果分别绘制～曲线，并确定指数关系值的大小。在厘米纸上以为横坐标，以为纵坐标，点绘所测的～关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线，求厘米纸上直线的斜率。将从图上求得的值与已知各流区的值(即层流，光滑管流区，紊流过渡区1.75<<2.0，粗糙管紊流区)进行比较，确定流区。\n六、实验结果及分析根据实测值判断本实验的流区～曲线的斜率m=1.0～1.8，即与成正比，表明流动为层流，紊流光滑区和紊流过渡区，而未达到阻力平方区。\n《孔口管嘴出流》实验报告开课实验室：DA128学院年级、专业、班姓名成绩课程名称流体力学与水泵实验实验项目名称孔口管嘴出流指导教师\教师评语教师签名：年月日一、实验目的1.理解射流与孔口出流的特点。2.掌握管嘴出流的水力现象。3.灵活应用静力学的基本知识，由测压管读数推求作用水头。4.掌握孔口、管嘴出流的流量计算公式与流量系数的大小。二、实验原理1.测压管的压力测量：2.不可压缩流体恒定流动能量方程：3.管嘴出流流量：孔口出流流量：4.不可压缩流体恒定流动动量方程：\n忽略滑动摩擦力，则：式中：D——活塞直径；——活塞形心水深；h——孔口出流的作用水头；Q——管嘴出流量，即射流流量；——管嘴出流速，即射流流速；β——为动量修正系数；——射流对活塞冲击力；ρ——液体密度；实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深hc,由给定的管嘴直径d和活塞直径D，代入上式，便可验证动量方程，并率定射流的动量修正系数β值。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的圆心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞圆心处得水深。\n二、使用仪器、材料自循环供水器（循环水泵）、实验台、无级调速器、水箱、溢流板、稳水孔板、孔口、管嘴、挡水旋板、移动触头、上回水槽、标尺、测压管、接水盒、回水管等三、实验步骤1.熟悉实验仪器，记录有关参数。2.启动电源供水，待水箱溢流稳定后打开圆角形管嘴1，液面稳定后测量恒定液面高程的标尺读数H1，采用时间体积法测量流量Q,完毕后堵塞圆角形管嘴1。3.打开圆柱形管嘴2，测量恒定液面高程的标尺读数H1及流量Q,观察和测量圆柱形管嘴出流时的真空度，由测压管液面水位得到，完毕后堵塞圆柱形管嘴2。4.打开圆柱形管嘴3，测量恒定液面高程的标尺读数H1及流量Q,完毕后堵塞圆柱形管嘴3。5.打开孔口4，观察孔口出流现象，测量恒定液面高程的标尺读数H1及流量Q。松开孔口两边的移动触头螺丝，先移动一边触头将其与水股切向后旋紧螺丝，再移动另一边触头使之与水股切向接触并旋紧螺丝，然后用挡水旋板关闭孔口，用游标卡尺测量触头间距，即为射流直径。6.关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。\n五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)1.记录计算有关参数圆角形管嘴d1=1.19cm，圆柱形嘴d2=1.20cm，圆锥形嘴d3=1.19cm；出口高程读数Z3=Z4=12cm，出口高程读数Z1=Z2=19cm；孔口d4=1.20cm。2.实验记录与计算分类项目1圆角形管嘴2圆柱形管嘴3圆锥形管嘴4孔口水面读数H1/cm42.4542.4542.2542.50体积V/cm³4250388030522914时间t/s22.020.019.726.8流量Q/（cm³/s）193.18199154.92108.7理论流量Q‘/（cm³/s）214.20218.06170.23173.30作用水头Ho/cm19191212面积A/cm²1.111.131.111.13流量系数u0.9140.8900.9100.627测管读数H2/cm／4.75／／真空度Hv/cm／14.25／／收缩直径dc/cm／／／0.970收缩断面Ac/cm²／／／0.738收缩系数1／10.653流速系数0.902／0.9100.960阻力系数0.2290.2620.2080.08\n六、实验结果及分析1.分析孔口出流与管嘴出流流量系数的影响因素。答：孔口出流的流量系数与孔口的局部损失和断面收缩等有关；管嘴出流的流量系数与管嘴的不同形状所存在的沿程水头损失和局部水头损失，以及是否形成真空等因素有关。2.在哪些管嘴中容易出现真空，为什么？答：圆柱形管嘴容易出现真空出流。流股发生收缩，收缩断面前后与管壁分离，中间形成漩涡区，产生负压，出现了管嘴真空现象。