石大水力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)01水靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)

PAGE3PAGE《水力學(xué)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)編者：水力學(xué)課程組二O年月

緒言一、實(shí)驗(yàn)的意義和目的：水力學(xué)是一門技術(shù)科學(xué)，它是力學(xué)的一個分支，水力學(xué)是以水為主要研究對象。依據(jù)水力學(xué)的特點(diǎn)，水力學(xué)實(shí)驗(yàn)就更有它的重要性。我們知道水力學(xué)問題，是個錯綜復(fù)雜的問題，它的復(fù)雜性就在于影響它的因素很多。不只是由理論分析所能解決。有不少水力學(xué)公式都是通過實(shí)驗(yàn)而總結(jié)出來的。在某些場合，實(shí)驗(yàn)就成為解決問題的主要途徑。因此，水力學(xué)實(shí)驗(yàn)，無論對從事理論研究或?qū)鉀Q生產(chǎn)實(shí)際問題都具有極其重要的意義。水力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的主要有以下幾個方面：1、觀察流動現(xiàn)象，擴(kuò)大感性認(rèn)識，提高理論分析的能力。2、驗(yàn)證力學(xué)原理，測定經(jīng)驗(yàn)系數(shù)值，以鞏固所學(xué)的理論知識。3、學(xué)會使用實(shí)驗(yàn)室的基本量測儀器，掌握一定的實(shí)驗(yàn)技能。4、培養(yǎng)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、整理實(shí)驗(yàn)成果及編寫實(shí)驗(yàn)報告的能力。5、培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)作風(fēng)以及愛護(hù)國家財產(chǎn)的良好品德。二、學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則：1、實(shí)驗(yàn)前必須認(rèn)真進(jìn)行預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)時應(yīng)仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書及有關(guān)的教材資料，明確實(shí)驗(yàn)的目的、要求和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理，了解操作步驟和有關(guān)的儀器設(shè)備，做到心中有數(shù)，并列繪出實(shí)驗(yàn)需要的表格。2、嚴(yán)肅認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)室后必須保持安靜，不得談笑喧嘩，不準(zhǔn)吸煙，不準(zhǔn)亂動與本實(shí)驗(yàn)無關(guān)的設(shè)備。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先組成小組，由小組長負(fù)責(zé)召集本組同學(xué)討論試驗(yàn)步驟及量測項(xiàng)目，并進(jìn)行分工輪換，以便有條不紊和協(xié)調(diào)一致地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時應(yīng)按指導(dǎo)書的要求，全神貫注地按步驟進(jìn)行操作，并注意多觀察水流現(xiàn)象，多思考分析問題，及時記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)。3、保持良好的科學(xué)作風(fēng)實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)尊重原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不得任意更改。實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)進(jìn)行必要的檢查和補(bǔ)充，經(jīng)指導(dǎo)教師同意后，方能離開實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)課程完成后，應(yīng)及時整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制所要求的關(guān)系曲線和認(rèn)真編寫實(shí)驗(yàn)報告，按時上交批改。4、遵守規(guī)章制度，愛護(hù)國家財產(chǎn)實(shí)驗(yàn)時必須遵守實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)章制度，服從教師和實(shí)驗(yàn)人員的指導(dǎo)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，如發(fā)生事故或損壞設(shè)備，應(yīng)立即向指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)人員報告，查清責(zé)任，按學(xué)校有關(guān)規(guī)定賠償和處理。實(shí)驗(yàn)中特別注意人身和儀器設(shè)備的安全，盡量保持場地的整潔衛(wèi)生，實(shí)驗(yàn)完畢后必須將場地打掃干凈，儀器設(shè)備按原狀整理好。切勿往水中扔臟物廢紙，以保持循環(huán)水流的清潔。三、水力學(xué)實(shí)驗(yàn)報告的撰寫要求：1、實(shí)驗(yàn)報告一般應(yīng)包括以下內(nèi)容：（1）實(shí)驗(yàn)的目的和要求；（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡圖；（3）水流現(xiàn)象描述及實(shí)驗(yàn)原始記錄；（4）實(shí)驗(yàn)成果的整理計算和按要求繪制關(guān)系曲線圖；（5）分析討論回答思考題并提出結(jié)論和問題；2、按上述內(nèi)容要求認(rèn)真編寫實(shí)驗(yàn)報告。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上所寫的原理，儀器設(shè)備說明及注意事項(xiàng)不必重新抄寫。3、實(shí)驗(yàn)報告必須每人獨(dú)立完成一份，并按時上交。報告書一律用16開紙書寫，要求文字通順，字跡清楚，表格曲線必須應(yīng)用相應(yīng)的工具繪制，實(shí)驗(yàn)曲線應(yīng)畫在方格紙或?qū)?shù)紙上。4、實(shí)驗(yàn)報告經(jīng)教師批改發(fā)回后，應(yīng)認(rèn)真閱讀及時改正。不合格的需要重寫實(shí)驗(yàn)報告或重作實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報告應(yīng)妥為保管，學(xué)期結(jié)束時按需要集中整理上交，以備進(jìn)行考目錄（一）水靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)……………1（二）能量方程（伯諾里方程）實(shí)驗(yàn)……………6（三）動量定律實(shí)驗(yàn)……………10（四）畢托管測速實(shí)驗(yàn)…………14（五）雷諾實(shí)驗(yàn)…………………17（六）文丘里流量計實(shí)驗(yàn)………19（七）沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)………22（八）局部水頭損失實(shí)驗(yàn)………27（九）孔口與管嘴出流實(shí)驗(yàn)……30（十）水面曲線實(shí)驗(yàn)……………33（十一）堰流實(shí)驗(yàn)………………37（十二）水躍實(shí)驗(yàn)………………43（十三）消能池實(shí)驗(yàn)……………47（十四）消能坎（墻）實(shí)驗(yàn)………51（十五）挑流消能實(shí)驗(yàn)…………55（一）水靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、掌握用測壓管測量靜水壓強(qiáng)的技能；2、驗(yàn)證不可壓縮水靜力學(xué)基本方程；3、通過對諸多水靜力學(xué)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析研討，進(jìn)一步提高解決靜力學(xué)實(shí)際問題的能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖1.1圖示圖1.1水靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置圖1.測壓管;2.帶標(biāo)尺測壓管;3.連通管;4.真空測壓管;5.U型測壓管;6.通氣閥;7.加壓打氣球;8.截止閥;9.油柱;10.水柱;11.減壓放水閥。說明1、所有測管液面標(biāo)高均以標(biāo)尺（測壓管2）零讀數(shù)為基準(zhǔn)；2、儀器銘牌所注系測點(diǎn)標(biāo)高；若同時取標(biāo)尺零點(diǎn)作為靜力學(xué)基本方程的基準(zhǔn)，則亦為；3、本儀器中所有閥門旋柄順管軸線為開。三、實(shí)驗(yàn)原理1、在重力作用下不可壓縮水靜力學(xué)基本方程或(1.1)式中：——被測點(diǎn)在基準(zhǔn)面以上的位置高度；p——被測點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)，用相對壓強(qiáng)表示，以下同；p0——水箱中液面的表面壓強(qiáng)；——液體容量；h——被測點(diǎn)液體深度。另對裝有水油（圖1.2及圖1.3）型測管，應(yīng)用等壓面可得油的比重有下列關(guān)系：（1.2）圖（1.2）圖1.3據(jù)此可用儀器（不用另外尺）直接測得。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、搞清儀器組成及其用法。包括：1）各閥門的開關(guān)；2）加壓方法關(guān)閉所有閥門（包括截止閥）。然后用打氣球充氣。3）減壓方法開啟筒底閥11放水；*該式推導(dǎo)如下：當(dāng)U型管中水面與油水面齊平（圖1.2），取其頂面為等壓面，有PO1=rWh1=roH(1.a)另當(dāng)U型管中水面和油面齊平（圖1.3），取其油水界面為等壓面，則有P02+rwH=r0H又是P02=-rwh2=roH-rwH(1.b)由(1.a)、(1.b)兩式聯(lián)解可得：H=h1+h2代入式(1.a)得：(1.c)表1.1液體靜壓強(qiáng)測量記錄及計算表單位：cm實(shí)驗(yàn)條件次序水箱液面測壓管液面壓強(qiáng)水頭測壓管水頭P0=01P0>0123P0<0(其中一次PB<0)12注：表中基準(zhǔn)面選在ZC=cmZD=cm表1.2油容重測量記錄及計算表單位：cm條件次序水箱液面標(biāo)尺讀數(shù)測定管2液面標(biāo)尺讀數(shù)P0>0且U型管中水面與油水交界面齊平1S0=r0=3N/cm323P0<0且U型管中水面與油面齊平1234）檢查儀器是否密封加壓后檢查測管1、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏氣，應(yīng)查明原因并加以處理。2、記錄儀器號No.及各常數(shù)（記入表1.1）。3、量測點(diǎn)靜壓強(qiáng)（各點(diǎn)壓強(qiáng)用厘米水柱高表示）。1)打開通氣閥6（此時），記錄水箱液面標(biāo)高和測管2液面標(biāo)高；2)關(guān)閉通氣閥6及截止閥8，加壓使之形成，測記及；3)打開放水閥11,使之形成(要求其中一次,即),測記及。4、測出4#測壓管插入小水杯中的深度。5、測定油比重。1）開啟通氣閥6，測記；2）關(guān)閉通氣閥6，打氣加壓（），微調(diào)放氣螺母使形管中水面與油水交界面齊平（圖1.2），測記及（此過程反復(fù)進(jìn)行3次）；3）打開通氣閥，待液面穩(wěn)定后，關(guān)閉所有閥門；然后開啟放水閥11降壓（），使形管中的水面與油面齊平（圖1.3），測記及（此過程亦反復(fù)進(jìn)行3次）。五、實(shí)驗(yàn)成果及要求：1、記錄有關(guān)常數(shù)。實(shí)驗(yàn)裝置臺號NO.各測點(diǎn)的標(biāo)尺讀數(shù)為：，，，。2、分別求出各次測量時，點(diǎn)的壓強(qiáng)，并選擇一基準(zhǔn)檢驗(yàn)同一靜止液體的任意二點(diǎn)的是否為常數(shù)。3、求出油的容量。4、測出4#測壓管插入小水杯水中深度?！鱤4=cm。六、實(shí)驗(yàn)分析與討論1、同一靜止液體內(nèi)的測管水頭線是根什么線？2、當(dāng)時，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)確定水箱內(nèi)的真空區(qū)域。3、若再備一根直尺，試采用另外最簡便的方