水力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、水力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)組別：A1實(shí)驗(yàn)組員：實(shí)驗(yàn)日期： 5 月5日;5月7日;5月10日土木系2021年5月1流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵? .掌握用測壓管測量流體靜壓強(qiáng)的技能；2 .驗(yàn)證不可壓縮流體靜力學(xué)根本方程；3 .通過對諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)觀察分析,加深流體靜力學(xué)根本概念理 解,提升解決靜力學(xué)實(shí)際問題的水平.、實(shí)驗(yàn)原理1.在重力作用下不可壓縮流體靜力學(xué)根本方程z+g=C 或 p = P0 + Pgh ;g式中：z 被測點(diǎn)相對基準(zhǔn)面的位置高度；P被測點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)(用相對壓強(qiáng)表示,以下同)；P 0 水箱中液面的外表壓強(qiáng)；P 液體密度；h被測點(diǎn)的液體深度.三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1.定性分析

2、實(shí)驗(yàn)(1)測壓管和連通管判定.(2)測壓管高度、壓強(qiáng)水頭、位置水頭和測壓管水頭判定.(3)觀察測壓管水頭線.(4)判別等壓面.(5) 觀察真空現(xiàn)象.(6)觀察負(fù)壓下管6中液位變化2 .定量分析實(shí)驗(yàn)(1)測點(diǎn)靜壓強(qiáng)測量.根據(jù)根本操作方法,分別在Po = 0、Po > 0、Po < 0與Pb < 0條件下測量水箱 液面標(biāo)高X和測壓管2液面標(biāo)高分別確定測點(diǎn)A、B、C D的壓強(qiáng)pa、pb、pc、PDo實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析參考四 四、數(shù)據(jù)處理及成果要求3 .記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_No.1 實(shí) 驗(yàn) 者： A1組7人實(shí)驗(yàn)日期：_5月7號(hào)_各測點(diǎn)高程為：&

3、#39;、b = 2.1 10-2m v c = -2.910-2m '、d = -5.910-2m基準(zhǔn)面選在 2 號(hào)管標(biāo)尺零點(diǎn)上z c= -2.9 x10-2m Zd = -5.9x10-2m4 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果(參表1,表2)5 .成果要求(1)答復(fù)定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題.(2)由表中計(jì)算的zc+巴、Zd+正,驗(yàn)證流體靜力學(xué)根本方程.:g：g答：實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明zc +裳=Zd +粵,由于C點(diǎn)和D點(diǎn)在任意不同深度位;g : g置,因此驗(yàn)證了流體的靜力學(xué)的根本方程 z+2=c.:g五、分析思考題1 .相對壓強(qiáng)與絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)與真空度之間有什么關(guān)系？測壓管能測量 何種壓強(qiáng)？答

4、：絕對壓強(qiáng)：以絕對零壓為起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)或完全真空狀態(tài)下的壓強(qiáng)為基 準(zhǔn)計(jì)算的壓強(qiáng).常用Pabs表示相對壓強(qiáng)：或稱為表壓強(qiáng),簡稱表壓,是指以當(dāng)?shù)卮髿鈮篜a為基準(zhǔn)計(jì)算的壓強(qiáng). 常用P表示.當(dāng)所測量的系統(tǒng)的壓強(qiáng)等于當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簳r(shí),壓強(qiáng)表的指針為 0, 也就是表壓為00絕對壓強(qiáng)恒大于等于零,而相對壓強(qiáng)值可正可負(fù)可為零.兩者的關(guān)系：P = Pabs -Pa真空度Pv,當(dāng)被測量的系統(tǒng)的絕對壓強(qiáng)小于當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簳r(shí),當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮号c系統(tǒng)絕對壓之差,稱為真空度.此時(shí)所用的測壓儀表稱為真空表.真空 度可以用水柱高度來表示,即 Pv = -P = Dghv (式中hv為真空高度)測壓管能測相對壓強(qiáng).2 .測壓

5、管太細(xì),對測壓管液面讀數(shù)造成什么影響?答：假設(shè)被測液體為水,當(dāng)測壓管太細(xì)時(shí),測壓管液面因毛細(xì)現(xiàn)象而產(chǎn)生液面上 升現(xiàn)象,造成誤差.毛細(xì)高度式中,.為外表張力系數(shù)；¥為液體的容重；d為測壓管的內(nèi)徑；h為毛細(xì)升高.常溫t=20C的水,仃=7.28N/m, ¥ =0.98N/m.水與玻璃的浸潤角很小,可認(rèn)為29 7cos =1.0 o 于是有 h=h、d 單包為 mmd一般來說,當(dāng)玻璃測壓管的內(nèi)徑大于 10mmw,毛細(xì)影響可略而不計(jì).另外,當(dāng)水質(zhì)不潔時(shí),減小,毛細(xì)高度亦較凈水小；當(dāng)采用有機(jī)玻璃作測壓管時(shí),浸潤角 日較大,其h較普通玻璃管小.如果用同一根測壓管測量液體相對壓差值,那么

6、毛細(xì)現(xiàn)象無任何影響.由于測量高、低壓強(qiáng)時(shí)均有毛細(xì)現(xiàn)象,但在計(jì)算壓差時(shí),互相抵消了.3 .本儀器測壓管內(nèi)徑為0.8X10-2m,圓筒內(nèi)徑為2.0X10-1m儀器在加氣增 壓后,水箱液面將下降6而測壓管液面將升高H,實(shí)驗(yàn)時(shí),假設(shè)近似以5 = 0時(shí)的水箱液面讀值作為加壓后的水箱液位值,那么測量誤差每/ H為多少？答：加壓后,水箱液面比基準(zhǔn)面下降了 6 ,而同時(shí)測壓管1/2的液面比各基準(zhǔn)面升高了 H ,由水量平衡原理那么有2 -d2H d：.44d 2二2噌代入數(shù)據(jù)那么有于是相對誤差；因此可以忽略不計(jì)5一 二0.0032HH - H 、0.0032二二二 0.0032H 、 H 、1 0.0032對于

7、單根測壓管的容器假設(shè)有% >10或?qū)筛鶞y壓管有 % >14時(shí),便可使名<0.01表1流體靜壓強(qiáng)測量記錄及計(jì)算表實(shí)驗(yàn)條件次序水箱液 面已 / (10-2m)測壓管 液向Vh / (10-2m)壓強(qiáng)水頭測壓管水頭/ (10 -2m)節(jié)應(yīng)-q / (10-2m)/W / (10-2m)卷=3 / (10 -2m)Pc Zc pg / (10-2m)Z十PD ZD/ (10-2m)p0 = 0112.512.5010.415.418.412.512.5p0 > 0112.330.017.727.932.935.930.030.0212.423.911.521.826.829.

8、823.923.9po < 0(其中一次Pb < 0)112.38.9-3.46.811.814.88.98.9212.21.9-10.3-0.24.87.81.91.9六、考前須知1 .用打氣球加壓、減壓需緩慢,以防液體溢出及油柱吸附在管壁上；打氣后務(wù)必關(guān)閉打氣球下端閥門,以防漏氣2 .真空實(shí)驗(yàn)時(shí),放出的水應(yīng)通過水箱頂部的漏斗倒回水箱中.3 .在實(shí)驗(yàn)過程中,裝置的氣密性要求保持良好.2恒定總流伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵? .通過定性分析實(shí)驗(yàn),提升對動(dòng)水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析水平；2 .通過定量測量實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步掌握有壓管流中動(dòng)水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性,驗(yàn) 證流體恒定總流

9、的伯努利方程,掌握測壓管水頭線的實(shí)驗(yàn)測量技能與繪制 方法；3 .通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),練習(xí)理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的科研水平.二、實(shí)驗(yàn)原理1 .伯努利方程.在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n個(gè)過水?dāng)嗝?在恒定流動(dòng)時(shí),可以列出進(jìn)口斷面(1)至另一斷面(i)的伯努利方程式(i=2,3,n)22_Pl 1V1,Pi-iViuzi二二4一二hw1 ,i:g 2g : g 2g取必=色=y = 1,選好基準(zhǔn)面,從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出z +上值,:g2測出通過管路的流量,即可計(jì)算出斷面平均流速V及絲,從而可得到各斷面測2g管水頭和總水頭.2.過流斷面性質(zhì).均勻流或漸變流斷面流體動(dòng)壓強(qiáng)符合靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律,即

10、在同一斷面上z+-p-=C ,但在不同過流斷面上的測壓管水頭不同, :gz1rZ2+巖；急變流斷面上z+p-.C.:g : g: g三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1 .定性分析實(shí)驗(yàn)(1)驗(yàn)證同一靜止液體的測壓管水頭線是根水平線.(2)觀察不同流速下,某一斷面上水力要素變化規(guī)律.(3) 驗(yàn)證均勻流斷面上,動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布.(4)觀察沿流程總能坡線的變化規(guī)律.(5)觀察測壓管水頭線的變化規(guī)律.6利用測壓管水頭線判斷管道沿程壓力分布.2,定量分析實(shí)驗(yàn)一一伯努利方程驗(yàn)證與測壓管水頭線測量分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與步驟：在恒定流條件下改變流量2次,其中一次閥門開度大到使1號(hào)測管液面接近可讀數(shù)范圍的最低點(diǎn),待流量穩(wěn)

11、定后,測記各測壓管液面讀數(shù), 同時(shí)測記實(shí)驗(yàn)流量畢托管測點(diǎn)供演示用,不必測記讀數(shù).實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分 析參考第五局部內(nèi)容.四、數(shù)據(jù)處理及成果要求1 .記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_No,3實(shí)驗(yàn)者：A1組7人 實(shí)驗(yàn)日期：_5月10日_均勻段 di= 1,4 x10-2m喉管段 d2=1.0Ml0-2m擴(kuò)管段 d3=2.0x 10-2m水箱液面高程一.=47.29 x10-2m上管道軸線高程 辦=18.7父101基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上2 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1管徑記錄表測點(diǎn)編號(hào)*©*13O* ©* (19管徑 d / 10-2m1.41.41

12、.41.41.01.41.41.41.42.01.4兩點(diǎn)間距l(xiāng) / 10-2m4466413.561029.51616表2測壓管水頭hi,流量測記表其中 兀=4 +也,單位102m, i為測點(diǎn)編號(hào) :g實(shí) 驗(yàn) 次 數(shù)h2h3h4h5h7h9h10hnh13h15h17h19qv/(10 -6m7 s)137.137.136.035.36.02023.115.817.28.211.32211.63243.943.942.841.912.826.529.922.624.21518.18.8167.67表3計(jì)算數(shù)值表(1)流速水頭管徑d/10 -2mqV1 =V1/t1 =211.63 /(10 -

13、6m3/s)qV2 = V2/12 =167.67 /(10 -6m3/s)A /10-4miv/(10 -2m/s)v72g /10 -2 mA /10-4mv/(10 -2m/s)v72g /10 -2 m1.401.539137.5119.6481.539108.94736846.0561.000.785269.59237.0820.785213.59323.2762.003.14267.3552.3153.14253.3641.453_2(2) 總水頭H (其中f =4 +更+竺,單位10/ i為測點(diǎn)編號(hào))：g2g實(shí)驗(yàn) 次數(shù)H2H4H5H7H9H3H5H7H9qV/(io -6m/s)

14、46.745.644.943.029.626.817.813.611.61555844514211.63249.9648.8647.9636.0832.5630.2621.0619.514.8167.67553 .成果要求(1)答復(fù)定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題.(2)計(jì)算流速水頭和總水頭.見表 3.(3)繪制上述成果中最大流量下的總水頭線和測壓管水頭線.(軸向尺寸參 見圖5,總水頭線和測壓管水頭線可以繪在圖 5上)./ mm第一次儂刑本管水力線第,次試臉總水頭戰(zhàn)圖6.測壓管水頭線圖7.總水頭線五、分析思考題1 .測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢有何不同？為什么？答：測壓管水頭線沿程可升可降,線坡可

15、正可負(fù).而總水頭線沿程只降不升, 線坡包為正,即J>0o這是由于水在流動(dòng)過程中,依據(jù)一定邊界條件,動(dòng)能和勢能 可相互轉(zhuǎn)換.測點(diǎn)5至測點(diǎn)7,管收縮,局部勢能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能,測壓管水頭線降低. 測點(diǎn)7至測點(diǎn)9,管漸擴(kuò),局部動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成勢能,測壓管水頭線升高.而據(jù)能量 方程Ei =E2 +hw», hwy為損失能量,是不可逆的,即恒有hw->0,故E2恒小 于Ei,總水頭線不可能上升.總水頭線下降的坡度越大,即 J越大,說明單位流 程上的水頭損失越大,如漸擴(kuò)段和閥門等處,說明有較大的局部水頭損失存在.但總水頭線變化一直處于下降趨勢,測壓管水頭為Z +,而總水頭 為P V2Z+P+L

16、.測壓管水頭對應(yīng)液體流動(dòng)的總勢能,總水頭對應(yīng)機(jī)械能,液體是從2g總機(jī)械能大的地方流向總機(jī)械能小的地方02 .閥門開大,使流量增加,測壓管水頭線有何變化？為什么？答：1流量增加,測壓管水頭線總降落趨勢更顯著.這是由于測壓管水頭任一斷面起始時(shí)的總水頭E及管道過流斷面面p v2Q2Hp =Z + = E = E - p2g2gA22積A為定值時(shí),Q增大,上就增大,那么Z+E必減小.而且隨流量的增加阻力損 2g失亦增大,管道任一過水?dāng)嗝嫔系目偹^ E相應(yīng)減小,故Z+衛(wèi)的減小更加顯著.2測壓管水頭線的起落變化更為顯著.由于對于兩個(gè)不同直徑的相應(yīng)過水?dāng)嗝?管中水流流速過快時(shí)為紊流,兩個(gè)斷 面之間的損失系數(shù)

17、接近于常數(shù),管道斷面為定值,故 Q增大,H亦增大,測壓管水 頭線的起落變化就更為顯著.3 .由畢托管測量的總水頭線與按實(shí)測斷面平均流速繪制的總水頭線一般都有 差異,試分析其原因.答：與畢托管相連通的測壓管有 1、6、8、12、14、16和18管,稱總壓管.總壓管液面的連續(xù)即為畢托管測量顯示的總水頭線,其中包含點(diǎn)流速水頭.而實(shí)2際測繪的總水頭是以實(shí)測的 Z+F值加斷面平均流速水頭 L繪制的.據(jù)經(jīng)驗(yàn)資2g料,對于圓管紊流,只有在離管壁約 0.12d的位置,其點(diǎn)流速方能代表該斷面的 平均流速.由于本實(shí)驗(yàn)畢托管的探頭通常布設(shè)在管軸附近,其點(diǎn)流速水頭大于斷 面平均流速水頭,所以由畢托管測量顯示的總水頭線

18、,一般比實(shí)際測繪的總水線 偏局.4 .為什么急變流斷面不能被選作能量方程的計(jì)算斷面？由于能量方程推導(dǎo)時(shí)的限制條件之一是 質(zhì)量力只有重力,而在急變流斷面上 其質(zhì)量力,除重力外,還有離心慣性力,故急變流斷面不能選作能量方程的計(jì)算 斷面.六、考前須知1 .各自循環(huán)供水實(shí)驗(yàn)均需注意：計(jì)量后的水必須倒回原實(shí)驗(yàn)裝置的水斗內(nèi), 以保持自循環(huán)供水此考前須知后述實(shí)驗(yàn)不再提示.2 .穩(wěn)壓筒內(nèi)氣腔越大,穩(wěn)壓效果越好.但穩(wěn)壓筒的水位必須淹沒連通管的進(jìn) 口,以免連通管進(jìn)氣,否那么需擰開穩(wěn)壓筒排氣螺絲提升筒內(nèi)水位；假設(shè)穩(wěn)壓筒的水 位高于排氣螺絲口,說明有漏氣,需檢查處理.3 .傳感器與穩(wěn)壓筒的連接管要保證氣路通暢,接管及

19、進(jìn)氣口均不得有水體進(jìn) 入,否那么需去除.4 .智能化數(shù)顯流量儀開機(jī)后需預(yù)熱 35分鐘.3達(dá)西滲流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵? .測量樣砂的滲透系數(shù)k值,掌握特定介質(zhì)滲透系數(shù)的測量技術(shù).2 .通過測量透過砂土的滲流流量和水頭損失的關(guān)系,驗(yàn)證達(dá)西定律.二、實(shí)驗(yàn)原理1 .滲流水力坡度J由于滲流流速很小,故流速水頭可以忽略不計(jì).因此總水頭H可用測壓管水頭 h來表示,水頭損失hw可用測壓管水頭差來表示,那么水力坡度J可用測壓管水頭坡 度來表示：.hwhi -h2hJ 二二二l l l式中：l為兩個(gè)測量斷面之間的距離測點(diǎn)間距；hi與h2為兩個(gè)測量斷面的 測壓管水頭.2 .達(dá)西定律達(dá)西通過大量實(shí)驗(yàn),得到圓筒斷面

20、積 A和水力坡度J成正比,并和土壤的透 水性能有關(guān),即v = k-hw- = kJl或qV = kAJ式中：v 滲流斷面平均流速；k 土質(zhì)透水性能的綜合系數(shù),稱為滲透系數(shù)；qv滲流量；A圓桶斷面面積；hw水頭損失.上式即為達(dá)西定律,它說明,滲流的水力坡度,即單位距離上的水頭損失與 滲流流速的一次方成正比,因此也稱為滲流線性定律.3 .達(dá)西定律適用范圍達(dá)西定律有一定適應(yīng)范圍,可以用雷諾數(shù) Rervd0來表示.其中v為滲流斷 面平均流速；藐為土壤顆粒篩分時(shí)占10燉量土粒所通過的篩分直徑；v為水的運(yùn) 動(dòng)粘度.一般認(rèn)為當(dāng)Re<110時(shí)如絕大多數(shù)細(xì)顆粒土壤中的滲流,達(dá)西定律 是適用的.只有在礫石、

21、卵石等大顆粒土層中滲流才會(huì)出現(xiàn)水力坡度與滲流流速 不再成一次方比例的非線性滲流Re>110,達(dá)西定律不再適應(yīng).三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)根本操作方法,改變流量23次,測量滲透系數(shù)k,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 參考第五局部 四、數(shù)據(jù)處理及成果要求1 .記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：達(dá)西滲流實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)： No.1_實(shí)驗(yàn)者：A1組7人_實(shí)驗(yàn)日期：_5月10日_砂士名稱：人工粗砂 ； 測點(diǎn)間距l(xiāng) = 30.0 x10-2m；砂筒直徑 d =15.010-2m&= 0.0310-2m2 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果參表 13 .成果要求完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算表.校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)條件是否符合達(dá)西定律適用條件.五、分析思考題1 .不同流量下滲流系數(shù)k是否相同,為什么？答：不同流量下滲流系數(shù) k相同,滲流系數(shù)大小取決于很多因素,主要取決 于土的顆粒形狀、大小、不均勻系數(shù)以及水溫等,一旦這