水力學(xué)(流體力學(xué))實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、水力學(xué)（流體力學(xué)）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)編著：劉凡 河北工程大學(xué)目錄1、靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)-3-5頁(yè) 2 平面靜水總壓力實(shí)驗(yàn)- - 6-9頁(yè)3、文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)-10-12頁(yè)4、雷諾實(shí)驗(yàn)-12-14頁(yè)5、管道沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)-15-16頁(yè)6、局部管道水頭損失實(shí)驗(yàn)-17-19頁(yè)7、流線演示實(shí)驗(yàn)-20-21頁(yè)8、伯努利實(shí)驗(yàn)-20-21頁(yè)9、渦流系列演示實(shí)驗(yàn)-22-24頁(yè)實(shí)驗(yàn)一 靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、 加深對(duì)水靜力學(xué)基本方程物理意義的理解，驗(yàn)證靜止液體中，不同點(diǎn)對(duì)于同一基準(zhǔn)面的測(cè)壓管水頭為常數(shù)（即z+）。2、 學(xué)習(xí)利用形管測(cè)量液體（油）的密度。3、 建立液體表面壓強(qiáng)>，<的概念，并觀察真空現(xiàn)象。

2、4、 測(cè)定在靜止液體內(nèi)部A、B兩點(diǎn)的壓強(qiáng)值二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備在一全透明有機(jī)玻璃箱內(nèi)注入適量的水，并由一乳膠管將水箱與一可升降的調(diào)壓筒相連。水箱頂部裝有排氣閥，可與大氣相通，用以控制容器內(nèi)液體表面壓強(qiáng)。U形管壓差計(jì)所裝液體為油，<，通過(guò)升降調(diào)壓筒可調(diào)節(jié)水箱內(nèi)液體的表面壓強(qiáng)，另升降調(diào)壓筒下降時(shí)，吸管可將量杯中水吸上來(lái)可驗(yàn)證有機(jī)玻璃箱為負(fù)壓，如圖所示。靜水壓強(qiáng)儀設(shè)備圖三、 實(shí)驗(yàn)原理在重力作用下，水靜力學(xué)基本方程為表明：當(dāng)質(zhì)量力僅為重力時(shí)，靜止液體內(nèi)部任意點(diǎn)對(duì)同一基準(zhǔn)面的與兩項(xiàng)之和為常數(shù)。重力作用下，液體中任一點(diǎn)靜水壓強(qiáng)，為液體表面壓強(qiáng)。>為正壓；<為負(fù)壓，負(fù)壓可用真空壓強(qiáng)或真空高度表示

3、：重力作用下，靜止均質(zhì)液體中的等壓面是水平面。利用互相連通的同一種液體的等壓面原理，可求出待求液體的密度。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 熟悉儀器，選基準(zhǔn)面，測(cè)記A、B點(diǎn)高度數(shù)值并記錄。2、 將調(diào)壓筒放置適當(dāng)高度，打開(kāi)排氣閥、K2、K3，使水箱內(nèi)的液面與大氣相通，此時(shí)液面壓強(qiáng)=。待水面穩(wěn)定后，觀察各U形壓差計(jì)的液面位置，以驗(yàn)證等壓面原理。關(guān)閉排氣閥和與量杯相通的閥門(mén)K2，與測(cè)壓管相通的閥門(mén)K3打開(kāi)不變。3、將調(diào)壓筒緩慢加壓升至某一高度，此時(shí)水箱內(nèi)液面壓強(qiáng)>。U形管出現(xiàn)壓差，在加壓的同時(shí)，觀察右側(cè)A、B管的液柱上升情況，以及各測(cè)壓管的液面高度變化并測(cè)記各測(cè)壓管的液面標(biāo)高，記錄數(shù)據(jù)。4、繼續(xù)提高調(diào)壓筒，

4、重復(fù)兩次。5、 打開(kāi)排氣閥、K2使之與大氣相通，將調(diào)壓筒移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢?，待液面穩(wěn)定后再關(guān)閉，與量杯相通的閥門(mén)K2打開(kāi)不變。6、 將調(diào)壓筒降低至某一高度。此時(shí)<。觀察各測(cè)壓管的液面高度變化并測(cè)記各測(cè)壓管的液面標(biāo)高，記錄數(shù)據(jù)。并觀察量杯吸水管中的變化即負(fù)壓（真空）現(xiàn)象，重復(fù)兩次。7、 將調(diào)壓筒升至適當(dāng)位置，打開(kāi)排氣閥，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。五、數(shù)據(jù)處理及要求選基準(zhǔn)面： 記錄A、B兩點(diǎn)高程： A= B=實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表實(shí)驗(yàn)條件序號(hào) 測(cè)壓管液面（）123456Za+Pa/rZb+Pb/rP0=pa 1P0>pa123P0<pa123要求：1.計(jì)算在三種情況下A 點(diǎn)B點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)。2.計(jì)算

5、在三種情況下水箱自由面上的壓強(qiáng)。3.測(cè)定油的密度，對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。4.通過(guò)觀察現(xiàn)象和測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證A,B兩點(diǎn)Z+P/r=C實(shí)驗(yàn)二 平面靜水總壓力實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握解析法及壓力圖法，測(cè)定矩形平面上的靜水總壓力。2、驗(yàn)證平面靜水壓力理論。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備在自循環(huán)水箱上部安裝一敞開(kāi)的矩形容器，容器通過(guò)進(jìn)水開(kāi)關(guān)，放水開(kāi)關(guān)與水箱相連。容器上部放置一扇形體相連的平衡桿，如圖1所示。圖1 靜水總壓力實(shí)驗(yàn)儀三、實(shí)驗(yàn)原理 作用在任意形狀平面上的靜水總壓力等于該平面形心處的壓強(qiáng)與平面面積的乘積：（方向垂直指向受壓面）。 對(duì)于上、下邊與水面平行的矩形平面上的靜水總壓力及其作用點(diǎn)的位置，可采用壓力圖法。 靜水

6、總壓力的大小等于壓強(qiáng)分布圖的面積和以寬度所構(gòu)成的壓強(qiáng)分布的體積。若壓強(qiáng)分布圖為三角形分布，如圖2，則式中：為三角形壓強(qiáng)分布圖的形心距底部的距離。 若壓強(qiáng)分布圖為梯形分布，如圖2, 圖3，則式中：e為梯形壓強(qiáng)分布圖的形心距梯形底邊的距離。圖2本實(shí)驗(yàn)設(shè)備原理如圖4所示，則由力矩平衡原理其中 ； 求出平面靜水總壓力 圖4 靜水總壓力實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉儀器，測(cè)記有關(guān)常數(shù)。2、用底腳螺絲調(diào)平，使水準(zhǔn)泡居中。3、調(diào)整平衡錘使平衡桿處于水平狀態(tài)。4、打開(kāi)進(jìn)水閥門(mén)，待水流上升到一定高度后關(guān)閉。5、在天平盤(pán)上放置適量砝碼。若平衡桿仍無(wú)法達(dá)到水平狀態(tài)，可通過(guò)進(jìn)水開(kāi)關(guān)或放水開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可通過(guò)進(jìn)水開(kāi)關(guān)或放

7、水開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)放水量直至平衡。6、測(cè)記砝碼質(zhì)量及水位的刻度數(shù)并記錄。7、重復(fù)步驟46，水位讀數(shù)在100mm以下做3次，以上做3次。8、打開(kāi)放水閥門(mén)，排干凈，并將砝碼放入盒中。實(shí)驗(yàn)結(jié)束。五、注意事項(xiàng)1、加水或放水時(shí)，要注意觀察杠桿所處的狀態(tài)。2、砝碼每套專(zhuān)用，測(cè)讀砝碼要看清其所注克數(shù)。六、數(shù)據(jù)處理及要求常數(shù)： 天平臂距離L0= cm; 扇形體垂直距離L= cm 扇形體寬度b= cm; a= cm;數(shù)據(jù)記錄表格壓強(qiáng)分布形式測(cè)次水位讀數(shù)砝碼質(zhì)量H(cm)M(g)三角形分布123梯形分布H(cm)H1(cm)H2(cm)123計(jì)算表格壓強(qiáng)分布形式測(cè)次作用點(diǎn)距底部距離(cm)作用力距支點(diǎn)垂直距離(cm)

8、實(shí)測(cè)力距(N*cm) 實(shí)測(cè)靜水總壓力(N)理論靜水總壓力(N)相對(duì)值 eL1=L-eMg*Lop實(shí)=Mg*Lo/L1P理P實(shí)/P理三角形分布123梯形分布123作用點(diǎn)距離e及理論靜水總壓力P理計(jì)算結(jié)果如下：三角形分布：e1= P1= e2= P2= e3= P3=梯形分布: e1= P1= e2= P2= e3= P3=實(shí)驗(yàn)三 文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解文丘里流量計(jì)測(cè)流量的原理及其簡(jiǎn)單構(gòu)造。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定文丘里流量計(jì)系數(shù)。3.分析實(shí)驗(yàn)值的準(zhǔn)確性，并繪出壓差與流量的關(guān)系曲線。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（見(jiàn)實(shí)驗(yàn)裝置）三、實(shí)驗(yàn)原理文丘里流量計(jì)是在管道中常用的流量計(jì)。它包括收縮段、喉管、擴(kuò)散段三部分。由

9、于喉管過(guò)水?dāng)嗝娴氖湛s，該斷面水流動(dòng)能加大，勢(shì)能減小，造成收縮段前后斷面壓強(qiáng)不同而產(chǎn)生的勢(shì)能差。此勢(shì)能差可由傳感壓差計(jì)測(cè)得。列上述能量方程如下：（不計(jì)水頭損失） (1) 根據(jù)連續(xù)性方程得: (2)令解兩式可得計(jì)算流量的公式如下：式中： 為兩斷面測(cè)壓管水頭差，也即測(cè)壓計(jì)內(nèi)的液面高差h流量計(jì)算公式：式中： ；管道的實(shí)測(cè)流量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備條件，可由體積法測(cè)出。在實(shí)際液體中，由于阻力的存在，水流通過(guò)文丘里流量計(jì)時(shí)有能量損失，故實(shí)際通過(guò)的流量一般比稍小，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，上式應(yīng)予以修正，實(shí)測(cè)流量與理論流量之比稱(chēng)為流量系數(shù)，即四、實(shí)驗(yàn)步驟1.熟悉儀器，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。 記錄儀器常數(shù)d1、d2，并算出k值。

10、 檢查測(cè)壓計(jì)液面是否水平，如果不在同一水面上，必須將橡皮管內(nèi)空氣排盡，使兩測(cè)壓管的液面處于水平狀態(tài)，方能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 全部開(kāi)啟出水閥門(mén)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(1)啟動(dòng)抽水機(jī)，打開(kāi)進(jìn)水開(kāi)關(guān)，使水進(jìn)入水箱，并使水箱水面保持溢流，使水位恒定。(2)檢查實(shí)驗(yàn)過(guò)程中橡皮管內(nèi)是否進(jìn)入空氣泡并擠壓排氣。(3)開(kāi)啟進(jìn)水閥門(mén)調(diào)至一較大流量，使測(cè)壓計(jì)高差達(dá)到最大值，作為第一個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，測(cè)讀并記錄傳感器上流量計(jì)壓差h的讀數(shù)。(4)用秒表和重量法測(cè)定流量，記下時(shí)間t和重量。(5)逐漸關(guān)小進(jìn)水流量，測(cè)讀h，m和t，如此共進(jìn)行6-8次。五、注意事項(xiàng)每次調(diào)節(jié)流量應(yīng)比較緩慢，調(diào)節(jié)完后，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不可再動(dòng)前后進(jìn)出水閥。六、數(shù)據(jù)記錄與處理儀器常

11、數(shù)： d1 cm； d2 cm; 桶重= cm2。5/s 實(shí)驗(yàn)次 數(shù)測(cè)壓管高差h=h1-h2重量m體積v時(shí)間s理論流量cm3/s實(shí)際流量cm3/s流量系數(shù)kpacmgcm3 t=Q實(shí)/Q理12345678 求： 流量系數(shù)平均=七、思考題：1.文丘里流量計(jì)在安裝時(shí)，是否必須保證水平？如不水平傾斜放置，上述流量公式是否仍可應(yīng)用? K值是否改變？ 2繪制理論Q、實(shí)際Q與h關(guān)系曲線圖。實(shí)驗(yàn)四 雷諾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察層流和紊流的流動(dòng)特征及其轉(zhuǎn)變情況，以加深對(duì)層流、紊流形態(tài)的感性認(rèn)識(shí)。2、測(cè)定層流與紊流兩種流態(tài)與斷面平均流速之間的關(guān)系。3. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算臨界雷諾數(shù)二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備(見(jiàn)實(shí)體實(shí)驗(yàn)裝置)三、實(shí)

12、驗(yàn)原理同一種液體在同一管道中流動(dòng)，當(dāng)流速不同時(shí)，液體可有兩種不同的流態(tài)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，保持水箱中的水位恒定，即水頭H不變。管路中出口閥門(mén)開(kāi)啟較小，在管路中就有穩(wěn)定的平均流速V，這時(shí)候如果微啟帶色水閥門(mén)，帶色水就會(huì)與無(wú)色水在管路中沿軸線同步向前流動(dòng)，帶色水呈一條帶色直線，為層流運(yùn)動(dòng)。如果將出口閥門(mén)逐漸開(kāi)大，管路中的帶色直線出現(xiàn)脈動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)還沒(méi)有出現(xiàn)相互交換的現(xiàn)象，流體的流動(dòng)呈臨界狀態(tài)。如果將出口閥門(mén)繼續(xù)開(kāi)大，出現(xiàn)流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)，使色線完全擴(kuò)散與無(wú)色水混合，此時(shí)流體的流動(dòng)狀態(tài)為紊流運(yùn)動(dòng)。 在圓管流動(dòng)中采用雷諾數(shù)來(lái)判別流態(tài)：由于雷諾數(shù)： (其中：= Q /A ， ; )式中： d 管徑（cm）

13、 流體流速（cm/s） 流體的運(yùn)動(dòng)粘度（cm 2/s） Q 流 量 （cm3/s）A管路的橫截面積（cm 2） V-重量法測(cè)量體積（cm3 ）T-時(shí)間（s） 當(dāng)(下臨界雷諾數(shù))時(shí)為層流狀態(tài)，； (上臨界雷諾數(shù))時(shí)為紊流狀態(tài)，在之間。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.啟動(dòng)水泵，向穩(wěn)壓水箱加水。水箱水滿(mǎn)之后，將進(jìn)水閥門(mén)關(guān)小，使水箱的水位保持有一定的溢流。 2.微開(kāi)出水閥門(mén)，使實(shí)驗(yàn)管中的水流有穩(wěn)定而較小的流速。3.微開(kāi)顏色水液罐下的小閥門(mén)，使色液從細(xì)管中不斷流出，此時(shí)，可能看到管中的色液液流與管中的水流同步在直管中沿軸線向前流動(dòng)，色液呈現(xiàn)一條細(xì)直流線，這說(shuō)明在此流態(tài)下，流體的質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有垂直于主流的橫向運(yùn)動(dòng)，有色直線沒(méi)有

14、與周?chē)囊后w混雜，而是層次分明的向前流動(dòng)。此時(shí)的流體即為層流。（若看不到這種現(xiàn)象，可再逐漸關(guān)小閥門(mén)，直到看到有色直線為止）4.逐漸緩慢開(kāi)大閥門(mén)至一定開(kāi)度時(shí)，可以觀察到有色直線開(kāi)始出現(xiàn)脈動(dòng)，但流體質(zhì)點(diǎn)還沒(méi)有達(dá)到相互交換的程度，此時(shí)，即象征為流體流動(dòng)狀態(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài)（上臨界點(diǎn)），當(dāng)時(shí)的流速即為上臨界流速。 5.繼續(xù)開(kāi)大閥門(mén)，即會(huì)出現(xiàn)流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)，繼而色線會(huì)被全部擴(kuò)散與水混合，此時(shí)的流態(tài)即為紊流。此后，如果把閥門(mén)逐漸關(guān)小，關(guān)小到一定開(kāi)度時(shí)，又可以觀察到流體的流態(tài)從紊流轉(zhuǎn)變到層流的臨界狀態(tài)（下臨界點(diǎn)）。繼續(xù)關(guān)小閥門(mén)，試驗(yàn)管中會(huì)再次出現(xiàn)細(xì)直色線，流體流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳌?.在兩種臨界狀態(tài)下分別用

15、小桶、秒表即重量法測(cè)量體積，計(jì)錄時(shí)間和重量m，水溫。 7.按以上步驟反復(fù)重復(fù)測(cè)量3次。將測(cè)試結(jié)果記入實(shí)驗(yàn)記錄表中。8.計(jì)算臨界雷諾數(shù)Rek五、注意事項(xiàng)1、水箱水滿(mǎn)之后，進(jìn)水閥門(mén)一定要關(guān)小，使水箱的水位保持有一定的溢流，界面一定要平穩(wěn)成為恒定流。2、顏色水閥門(mén)一定要調(diào)勁量小。3、測(cè)量重量時(shí)間不要過(guò)小。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和處理 常數(shù)： 管徑d= cm; 斷面面積A= cm 2水溫 t = 度； 粘滯系數(shù)= cm 2/s 臨界狀態(tài)測(cè)次重量g時(shí)間s體積g/cm3 流量cm3/s臨界流速cm/s臨界雷諾數(shù)平均值m tVQ=V/t=Q/ARe上臨界1 23下臨界1 23實(shí)驗(yàn)五 管道沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

16、的1、測(cè)定穩(wěn)定均勻流在不同流速時(shí)沿程水頭損失系數(shù)的方法，并分析其規(guī)律。2、了解不同流態(tài)時(shí)沿程阻力系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系。3、繪制沿程水頭損失系數(shù)與雷諾數(shù)的對(duì)數(shù)關(guān)系曲線。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備(見(jiàn)實(shí)體實(shí)驗(yàn)裝置)三、實(shí)驗(yàn)原理對(duì)通過(guò)一等直徑管道中的恒定水流，在任意兩過(guò)水?dāng)嗝?、上?xiě)能量方程，可得由此表明，兩測(cè)壓管內(nèi)液柱的高差，就是L長(zhǎng)度的沿程水頭損失hf。 式中：d：實(shí)驗(yàn)管內(nèi)徑（m） L：兩測(cè)點(diǎn)距離（m） ：流速（m/s）通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，再通過(guò)計(jì)量水箱測(cè)量出流體的流量，計(jì)算出流體的流速，既可求得沿程阻力系數(shù)： 在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)配合調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)管道入口處和出口處閥門(mén)，改變管內(nèi)流速時(shí)，測(cè)壓管中的液柱高差也隨之變化，由此可得出一

17、系列的流速和相應(yīng)的沿程水頭損失。把所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)換算為對(duì)數(shù)值，四、實(shí)驗(yàn)步驟1.熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置的結(jié)構(gòu)及其流程記錄有關(guān)常數(shù)。2.檢查傳感壓差計(jì)的連接管中是否有氣，液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。3.啟動(dòng)抽水機(jī)，打開(kāi)進(jìn)水閥門(mén)，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。4.調(diào)節(jié)尾閥，使流量在壓差計(jì)量程范圍內(nèi)達(dá)到最大，待水流穩(wěn)定后記錄壓差計(jì)讀數(shù)，水溫和量測(cè)其流量，流量用體積法量測(cè)。5.逐漸關(guān)閉尾閥，依次減小流量，量測(cè)各次流量和相應(yīng)的壓差值，共6-8次。6.用溫度計(jì)測(cè)記本次實(shí)驗(yàn)的水溫，并查得相應(yīng)的值，從而可計(jì)算出相應(yīng)于每次流量下的雷諾數(shù)值。五、數(shù)據(jù)記錄與處理有關(guān)常數(shù)：管徑 d= cm ； 管長(zhǎng)l= cm ；

18、 斷面面積A= cm 2 粘滯系數(shù)= cm 2/s 水溫= 序號(hào)測(cè)壓管壓差Hf= h1- h2重量 m體積V 時(shí)間t流量Q=V/t流速=Q/A 阻力系數(shù)雷諾數(shù)RelgRelg100kpcmgcm3scm3/Scm/s12345678六、結(jié)果要求：用坐標(biāo)紙或?qū)?shù)紙繪制lg100lgRe曲線，并進(jìn)行成果分析及小結(jié)實(shí)驗(yàn)六 管道局部水頭損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握測(cè)定管道局部水頭損失系數(shù)的方法。2.將管道局部水頭損失系數(shù)的實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行比較。3.觀察管徑突然擴(kuò)大時(shí)漩渦區(qū)測(cè)壓管水頭線的變化情況，以及其他各種邊界突變情況下的測(cè)壓管水頭線的變化情況。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備(見(jiàn)實(shí)體實(shí)驗(yàn)裝置)三、實(shí)驗(yàn)原理由于邊界形狀

19、的急劇改變，主流就會(huì)與邊界分離出現(xiàn)漩渦以及水流流速分布的改組，從而消耗一部分機(jī)械能。單位重量液體的能量損失就是局部水頭損失。局部水頭損失：管道局部水頭損失目前僅有突然擴(kuò)大可采用理論分析。其它情況則需要用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定值。突然擴(kuò)大的局部水頭損失可應(yīng)用動(dòng)量方程與能量方程及連續(xù)方程聯(lián)合求解得到如下公式：， ， 式中：和分別為突然擴(kuò)大上游管段的斷面面積和平均流速；和分別為突然擴(kuò)大下游管段的斷面面積和平均流速。1、突然擴(kuò)大：（理論上） 定時(shí)采用三點(diǎn)法計(jì)算，由于水柱高差中既存在局部阻力，又含有沿程阻力，所以可通過(guò)設(shè)置在突擴(kuò)前后各測(cè)點(diǎn)讀取數(shù)值后，經(jīng)流長(zhǎng)比例換算后，可得出。計(jì)算實(shí)測(cè)：hw=hj+hf1-2； h

20、j= hwh23/22、突然收縮經(jīng)驗(yàn)值：，實(shí)驗(yàn)用四點(diǎn)法計(jì)算，同樣，在讀得突縮管段的水頭損失后，按流長(zhǎng)比例換算，分別將兩端沿程損失除去，由此得：hj= hw- hf4-5= hw-（h34/2+h56）四、實(shí)驗(yàn)步驟1.熟悉儀器，記錄有關(guān)常數(shù)。2.檢查各測(cè)壓管的橡皮管是否有氣泡及接頭是否接緊，如有氣泡應(yīng)先反復(fù)將管內(nèi)及橡皮管內(nèi)氣泡排出。3.檢查尾閥全關(guān)時(shí)，測(cè)壓管的液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。4.啟動(dòng)抽水機(jī)，打開(kāi)進(jìn)水閥門(mén)，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。5.慢慢打開(kāi)尾閥，使流量在測(cè)壓管量程范圍內(nèi)最大，待流動(dòng)穩(wěn)定后，記錄測(cè)壓管液面標(biāo)高，用重量法測(cè)量管道流量，記錄體積V,時(shí)間t。6.調(diào)節(jié)尾閥改

21、變流量，重復(fù)測(cè)量68次。五、數(shù)據(jù)記錄與處理有關(guān)常數(shù)：大管直徑 D= cm; 大管斷面面積A1= cm 2小管直徑d= cm; 小管斷面面積A2= cm 2記錄數(shù)據(jù)表格測(cè)次重量 m體積cm3 時(shí)間S 流量cm3/s測(cè)壓管讀數(shù)cmgVtQh1h2h3h4h5h61234567計(jì)算處理表格狀態(tài)測(cè)次實(shí)測(cè)流量流速1流速水頭流速2流速水頭測(cè)壓管高差cm局部損失cm阻力系數(shù)阻力系數(shù)Qcm3/s1cm/s2cm/sh23h34h56hj理 實(shí)測(cè)突然擴(kuò)大1 2 34567突然縮小1234567六、結(jié)果要求：1、分別列出突然擴(kuò)大與突然縮小局部損失計(jì)算公式并計(jì)算。2、實(shí)測(cè)突然擴(kuò)大阻力系數(shù)與理論阻力系數(shù)比較。實(shí)驗(yàn)七

22、流線演示實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 應(yīng)用流動(dòng)演示儀演示各種不同邊界條件下的水流形態(tài)，以觀察在不同邊界情況下的流線、旋渦等，增強(qiáng)對(duì)流體運(yùn)動(dòng)特性的認(rèn)識(shí)。2、 應(yīng)用流動(dòng)演示儀表演示水流繞過(guò)不同形狀物體的駐點(diǎn)、尾流、渦銜現(xiàn)象及非自由射流等，增強(qiáng)對(duì)這些現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器流線可以形象地顯示各種水流形態(tài)及其水流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的特性。而通過(guò)各種演示設(shè)備就可以演示出流線。常用的有煙風(fēng)洞、氫氣泡顯示設(shè)備，及流動(dòng)演示儀等?，F(xiàn)以后者為例加以說(shuō)明。圖1為流動(dòng)演示儀的示意圖。該儀器用有機(jī)玻璃制成，通過(guò)在水流中摻氣的方法，演示出不同邊界條件下的多種水流想象，并顯示相應(yīng)的流線。整個(gè)儀器由7個(gè)單元組成，每個(gè)單元都是

23、一套獨(dú)立的裝置，可以單獨(dú)使用，亦可以同時(shí)使用。圖1 流動(dòng)演示儀三、 實(shí)驗(yàn)步驟（一） 操作程序接通電源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)。（二） 演示內(nèi)容型：顯示圓柱繞流等的流線，該單元裝置能十分清晰地顯示出流體在駐點(diǎn)處的停滯現(xiàn)象、邊界層分離狀況及卡門(mén)旋渦現(xiàn)象。1、 駐點(diǎn)：觀察流經(jīng)圓柱前端駐點(diǎn)處的小氣泡運(yùn)動(dòng)特性，可了解流速與壓強(qiáng)沿圓柱周邊的變化情況。2、 邊界層分離：流線顯示了圓柱繞流邊界層分離現(xiàn)象，可觀察邊界層分離點(diǎn)的位置及分離后的回流形態(tài)。3、 卡門(mén)渦銜：即圓柱的軸與水流方向垂直，在圓柱的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)點(diǎn)上產(chǎn)生邊界層分離，然后不斷交替在圓柱下游兩側(cè)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向旋渦，并流向下游。型：顯示橋墩、機(jī)翼繞流的流線。該橋墩為圓頭方

24、尾的繞流體。水流在橋墩后的尾流區(qū)內(nèi)也產(chǎn)生卡門(mén)渦銜，并可觀察水流繞過(guò)機(jī)翼時(shí)的流動(dòng)狀況。型：顯示逐漸收縮、逐漸擴(kuò)散及通過(guò)孔板的過(guò)流（或丁壩）縱剖面上的流線圖像。1、 在逐漸收縮段、流線均勻收縮，無(wú)旋渦產(chǎn)生；在逐漸擴(kuò)散段可看到邊界層分離現(xiàn)象而產(chǎn)生明顯的旋渦。2、 在孔板前，流線逐漸收縮，匯集于孔板的過(guò)流孔口處，只在拐角處有小旋渦出現(xiàn)；孔板后水流逐漸擴(kuò)散，并在主流區(qū)周?chē)纬奢^大的旋渦回流區(qū)。型：顯示管道突然擴(kuò)大和突然收縮時(shí)的管道縱剖面上的流線圖像。1、 在突然擴(kuò)大段出現(xiàn)強(qiáng)烈的旋渦區(qū)。2、 突然收縮段僅在拐角處出現(xiàn)旋渦。3、 在直角轉(zhuǎn)彎處，流線彎曲，越靠近彎道內(nèi)側(cè)，流速越小，由于流道很不順暢，回流區(qū)范圍

25、較廣。實(shí)驗(yàn)八 伯努利方程實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、觀察流體流經(jīng)能量方程試驗(yàn)管的能量轉(zhuǎn)化情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，加深對(duì)能量方程的理解。 2、掌握一種測(cè)量流體流速的方法。3、驗(yàn)證靜壓原理。二、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)包含有穩(wěn)壓水箱、實(shí)驗(yàn)管路、畢托管、靜壓測(cè)點(diǎn)、測(cè)壓管、壓差板、控制閥門(mén)和計(jì)量水箱(見(jiàn)實(shí)體實(shí)驗(yàn)裝置)三、實(shí)驗(yàn)原理不停運(yùn)動(dòng)著的一切物質(zhì)，所具有的能量也在不停轉(zhuǎn)化。在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另外一種形式，即遵守能量守恒定律。流體的流動(dòng)遵循伯努里能量方程。即 數(shù)式中： Z 位置水頭 速度水頭 壓力水頭其中能量損失是由沿程摩擦損失和局部能量損失兩部分組成。 四、驗(yàn)證原理1. 驗(yàn)證靜壓原理：?jiǎn)?dòng)

26、水泵，等水灌滿(mǎn)管道后，關(guān)閉供水和尾部?jī)啥碎y門(mén)，這時(shí)觀察能 量方程實(shí)驗(yàn)管上各個(gè)測(cè)壓管的液柱高度相同，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)管內(nèi)的水沒(méi)有流動(dòng)，也就沒(méi)有流動(dòng)損失，因此靜水頭的連線為一平行于基準(zhǔn)線的水平線， 即在靜止不可壓縮均布重力流體中，任意點(diǎn)單位重量的位勢(shì)能和壓力勢(shì)能之和保持不變，并且測(cè)點(diǎn)的高度和測(cè)點(diǎn)的前后位置無(wú)關(guān)。2驗(yàn)證能量守恒定律測(cè)速：能量方程實(shí)驗(yàn)管上的每一組測(cè)壓管都相當(dāng)于一個(gè)皮托管 ，可測(cè)得管內(nèi)任一點(diǎn)的流體點(diǎn)速度，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)已將測(cè)壓管開(kāi)口位置設(shè)在能量方程實(shí)驗(yàn)管的軸心，故所測(cè)得壓強(qiáng)為軸心處的，即最大速度。 軸心速度： 式中： 任一斷面畢托管與靜壓測(cè)點(diǎn)之間壓差。平均流速： 式中： 實(shí)驗(yàn)斷面截面積；根據(jù)體積法

27、用計(jì)量水箱所測(cè)流量。 根據(jù)以上公式計(jì)算某一工況各測(cè)點(diǎn)處的軸心速度和平均流速添入表格，可驗(yàn)證出連續(xù)性方程。對(duì)于不可壓縮流體穩(wěn)定的流動(dòng)，當(dāng)流量一定時(shí)，管徑粗的地方流速小，細(xì)的地方流速大。五、操作步驟 1打開(kāi)供水閥門(mén)使水箱溢流后，檢查出水閥門(mén)關(guān)閉后所有測(cè)壓管水面是否齊平，若不平并加以排氣調(diào)平。2打開(kāi)出水閥門(mén)觀察測(cè)壓管線和總水頭線的變化及位置水頭，壓強(qiáng)水頭之間的關(guān)系，觀察當(dāng)流量增加或減少時(shí)測(cè)壓管水頭變化情況。3調(diào)節(jié)流量最大，最下及中間值3次，待流量穩(wěn)定后，每次測(cè)量并記錄不同管徑測(cè)壓管的讀數(shù)，同時(shí)用秒表，小桶重量法測(cè)流量。六、數(shù)據(jù)記錄與處理 常數(shù)： 均勻管d1= ; 細(xì)管d2= ;粗管d3= A1= ; A2= ;A3= 水箱液面高程= cm 上管道軸線高程= cm （基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上，表中1-16的讀數(shù)代表測(cè)點(diǎn)編號(hào)）1、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄： 管徑記錄表測(cè)定編號(hào)oA1、2 B3、4C5、6D7、8E9、10 F11、12 G13、14 H15、16管徑d(cm) 測(cè)點(diǎn)間距離(cm) 各測(cè)點(diǎn)讀數(shù)表測(cè)定編號(hào)h1h2h3h4h5h6h7h8h9h10h11h12h13h14h15h16實(shí)驗(yàn)次數(shù) 流速