1、水 力學實 驗教學 指導書 及報告班級：學號:學院土木工程系水力學是應用性較強的專業技術基礎課。從學科的發展來看，水力學屬于技術基礎 學科，實驗方法和實驗技術是促進其發展的重要研究手段。由于流體運動的復雜性，水 力學的研究及應用就更加離不開科學實驗，其發展很大程度上取決于實驗技術的進步。 因此，水力學實驗是鞏固和加深理論知識的學習、探求流體運動規律、解決工程實際問 題的重要環節，通過實驗教學，掌握各種實驗方法，規操作，提高實驗技能。一、實驗教學目的：（1）觀察流動現象，增強感性認識，提高實驗分析能力。（2）根據實測資料驗證水力學基本理論，以加強和鞏筑理論知識的學習。（3）學會使用基本的測量儀器

2、，掌握測量技術。（4）培養分析實驗數據，整理實驗成果和編寫實驗報告的能力。（5）培養嚴謹踏實的科學態度和合作精神，為未來進行研究和實際工作打下基礎。二、實驗教學要求：（1）每次實驗前，預習教材中有關容及實驗指導書，了解本次實驗的目的、原理、 步驟和所要驗證的理論。（2）認真聽取指導教師講解，弄清實驗方法和步驟后，方能動手實驗。（3）實驗中，應注意觀察實驗現象，細心讀取實驗數據，并做相應的記錄，原始 數據不得任意修改。（4）實驗小組每位學生親自動手、相互配合、共同完成實驗。（5）實驗態度嚴肅、方法嚴密，一絲不茍進行操作。（6）實驗完畢應清理設備及實驗室，實驗設備擺放整齊。三、實驗報告要求：（1）

3、實驗報告是實驗資料的總結、是實驗的成果。通過完成實驗報告，可以提高 分析問題的能力，要求必須獨立完成并按規定時間交給指導教師。（2）實驗報告一般包括以下幾項容： 班級、同組人及實驗日期。 實驗名稱及實驗目的。 實驗原理。 實驗裝置簡圖及儀器。 流動現象的描述及實驗原始記錄。 計算實驗結果。（3）報告要求字體工整，語言通順，計算結果無誤，所繪表格、曲線清楚、連續, 書面整潔，無胡亂涂畫現象實驗一水的流線、流動形態及能量轉化實驗（綜合性實驗）實驗二靜水壓強實驗實驗三雷諾實驗實驗四沿程阻力系數測定實驗實驗五局部阻力系數測定實驗實驗六文丘里流量計實驗實驗七恒定流動量定理實驗實驗一水的流線、流動形態及能

4、量轉化實驗（綜合性實驗）一、實驗目的1. 應用流動顯示儀演示各種不同邊界條件下的水流形態，以增強對流體運動特性的認增強對2. 應用流動顯示儀演示水流繞流不同形狀物體的尾流渦街現象及非自由射流等, 流動現象的感性認識。3. 觀察虹吸發生、發展及破壞的過程。4. 理解虹吸工作的原理及估算虹吸管能使虹吸管正常工作的高度。5. 認識水流過水斷面的能量由位能、壓能和動能三部分組成。6. 測壓管水位顯示的是位能和壓能之和，即 z+Er27. 測速管中水位顯示的是總機械能，即 z+r 2g8. 了解測壓管水頭線與總水頭線的變化規律，及其各自特點、相互關系。9. 認識水流運動過程中的能量轉化規律，驗證恒定總流

5、的能量方程。二、實驗設備與儀器o o <5t3 c c o o o a o a a dYST o c di1-74PIIL .耳-T-/rx11 妙>Sj-1 )燈光，1咲(Vj進水管(3 )進水總閥門1排水縄門進水閥門(5、排水爭旋渦儀煙風洞演示儀戰位水紬供水箱虹吸實驗儀能量方程演示儀流線和流譜可以形象的顯示各種水流及氣流形態及其液流部質點運動的特性。 常用設備有漩渦儀、油槽流線演示儀、煙風洞、虹吸儀、能量方程演示儀等。三、實驗容與步驟容與步驟一：（漩渦儀、油槽流線演示儀、煙風洞）1顯示氣流、液流遇到礙障物時的繞流現象及其流譜。2、顯示逐漸擴散，逐漸收縮、突然擴大和突然縮小及直角

6、彎道等管道縱剖 面上的流譜圖象。3、顯示圓柱及橋墩繞流的流譜。4、顯示橋孔的水流譜。5、顯示流體在駐點處的停滯現象，邊界層分離狀況及卡門渦街的圖象。容與步驟二：（虹吸儀）1將測壓燒杯加滿水。2、開啟水泵，向高位水箱、低位水箱注水，使高位水箱有溢流，低位水箱水位達 2/3后，關閉供水閥。3、打開低位水箱的放水閥，在虹吸管形成真空后，水流將由高位水箱向低位水箱 流動，同時能看到燒杯中的三根測壓管水位上升，這是由于管路中的真空造成，表明三 個測壓點的壓力分布不同。4、擰開螺旋，吸入空氣，可觀察虹吸現象的破壞過程。 容與步驟三：（能量方程演示儀）1. 開動水泵，將供水箱水位升至最高，溢流管開始溢流。2

7、. 調節實驗管道閥門，使測壓管，測速管中水位和測壓板上紅、黃兩條線一致。3. 實驗過程中，始終應保持少量溢流；4. 測量流量、管徑、水頭高度、水溫。四、實驗報告與成果分析1、繪制相應流動現象的流譜并觀察其特性。2. 虹吸高度h的理論值推導。3. 實驗數據計算表水溫T= °C運動粘性系數v =cm2/s斷 面體積V（ cm3）時間t (s)流里Q(cm3/s)管徑d(mm)流速v(cm/s)Re出測壓管水頭z+ （ cm） r總水頭2z+ P +- ( cm) r 2g123456789104 繪制總水頭線與測壓管水頭線1 231圧7ir5. 思考問題1旋渦區與能量損失有什么關系?2、

8、什么情況下產生急變流？3、空化現象為什么常發生在旋渦區中？4、虹吸管道為什么有最大真空值的要求。5、長直管總水頭線與測壓管水頭線的相互關系及其高差的意義是什么?6、沿程水頭損失與局部水頭損失的變化規律。7、總水頭線與測壓管水頭線的變化趨勢有何不同？實驗二 靜水壓強實驗一、目的1. 加深理解靜力學基本方程式及等壓面的概念。2. 理解封閉容器靜止液體表面壓強及其液體部某空間點的壓強。3. 觀察壓強傳遞現象。二、演示原理對密封容器的液體表面加壓時，設其壓強為 P0,即P0>Pa。從U形管可以看到有壓 差產生，U形管與密封容器上部連通的一面，液面下降，而與大氣相通的一面，液面上 升。由此可知液面

9、下降的表面壓強即是密閉容器液體表面壓強Po，即卩Po= Pa+ p gh， h是U形管液面上升的高度。當密閉容器壓強 Po下降時，U形管的液面呈現相反的現象， 即Pov Pa,這時密閉容器液面壓強 Po= Pa- p gh。H為液面下降高度。水靜壓強實驗臺三、實驗步驟如果對密閉容器的液體表面加壓時，其容器部的壓強向各個方向傳遞，在圖中左側 的測壓管中，可以看到由于 A，B、兩點在容器的淹沒深度h不同，在壓強向各點傳遞 時，先到A點后到B點。在測壓管中反應出的是 A管的液柱先上升而B管的液柱滯后 一點也在上升，當停止加壓時，A、B兩點在同一水平面上。1. 關閉排氣閥，用加壓器緩慢加壓，U形管出現

10、壓差h，在加壓的同時，觀察右側 A、B管的液柱上升情況。2. 打開排氣閥，使液面恢復到同一水平面上，關閉排氣閥，打開密閉容器底部的水 門，放出一部分水，造成容器壓力下降。四、實驗結果與分析1. 實驗數據記錄表單位cmhAhBPv 0P> 0Pv 0P> 0123h2結果分析1. 表面壓強Po的改變、基準面0-0位置的改變，對A、B兩點的位置水頭與壓強水 頭有什么影響？對真空度有什么影響？2. 相對壓強、絕對壓強真空度有什么相互關系？實驗三 雷諾實驗（層流紊流流態和臨界雷諾數量測實驗）觀察其臨界狀態及轉一、實驗目的1. 觀察流體流動的兩種不同流態層流和紊流的流動特征,變過程。2. 通

11、過對臨界雷諾數的量測來確定層流、紊流流態的判別標準、實驗設備與儀器雷諾數實驗臺1. 水箱及潛水泵2.上水管3.溢流管4.電源5.整流柵6.溢流板7.墨盒8. 墨針9.實驗管10.調節閥11.接水箱12.量杯13.回水管14.實驗桌三、實驗容與步驟1. 觀察流動型態水箱上水，并保持微小溢流，小開出水閥門和顏色水閥門，使顏色水成一條細線， 此時為層流狀態；逐漸開大出水閥門，增大流量，顏色水線開始顫動、彎曲，并逐漸擴散，此時為上臨界狀態；再次增大流量，色流擴散消失，水流呈紊流狀態。逐漸關小出 水閥門，流量減小，色流重復出現，呈波動擴散狀，為下臨界狀態；再次減小流量，色 流呈細直線，為層流狀態v,可得

12、雷諾數：Re=vdv2. 測定臨界雷諾數每調節一次閥門，量測流量、水溫，查表得運動粘性系數 同時記錄色流狀態，根據流動型態的變化確定上臨界雷諾數 R &和下臨界雷諾數Re。四、實驗結果與分析1.記錄表管徑d=cm水溫 T=°C運動粘性系數v =cm2/sNo.水體體積V(cm3)時間t(s)流量Q(cm 3/s)流速v(cm/s)vdRe= vR臨界雷諾數Rec色流形狀2. 數據計算Q=VQ= Qd24Re=vdv五、思考問題1. 顏色水流的作用是什么？它與實際水流的關系是什么？2. 為什么上、下臨界雷諾數數值會有差別？為什么用下臨界雷諾數作為流態的判別 標準?實驗四沿程阻力

13、系數測定實驗一、實驗目的1. 測定流體在等直徑圓管中流動不同雷諾數 Re時的沿程阻力系數，并確定它們之間的關系。2. 了解流體在管道中流動時能量損失的測量和計算方法。沿程阻力系數測定儀1. 水箱（置潛水泵）2.供水管3.電器開關4.供水分配管5.穩壓筒6.整流柵板7.更換活結8.測壓嘴9.實驗管道10.差壓計11.調節閥門12.調整及計量水箱、實驗容與步驟1. 實驗原理：流體在管道中流動時，由于流體的粘性作用產生阻力，阻力作用表現為流體的能量 損失。對長度為L的管段兩斷面列能量方程式時，得L長度上的沿程水頭損失hf =P1P2 =r-h i-h 2 = h根據達西公式：hf =.L v2 d

14、2g實驗測得厶h (=hf)，再用體積法測得流量Q,算出斷面的平均流速v,即可求得沿程阻力系數入：2g dhrLv22. 實驗步驟:(1) 關閉無關測點的小閥門。(2) 打開閥門 2、4、5、7、8。(3) 開泵。調節閥門4,使測壓管 5、6中出現高差，此高差即為 h (=h f)(4) 用計量箱量測流量，測水溫T。(5) 調節流量重復上述操作三次。四、實驗結果與分析:di=mmd2=mmd3=mm L=m T=°C運動粘性系數=cm2/sh1(cm)h2(cm) h(cm)V(cm3)t(s)Q(L/s)v(cm/s)vdRe=v入管道1管道2管道3五、思考問題1. 影響管道沿程阻

15、力系數入的因素有哪些?實驗五局部阻力系數測定實驗、實驗目的1. 掌握用實驗方法測定三種局部管件（突擴、突縮和閥門）的局部阻力系數2. 加深對局部水頭損失機理的理解，學會其測定方法。、實驗設備與儀器：1. 水箱2.供水管3.水泵開關4.進水閥門5.細管沿程阻力測試段6.突擴7.粗管沿程阻力測試段 8.突縮9.測壓管10.實驗閥門11.出水調節閥門12.計量箱13.量筒14.回水管15.實驗桌三、實驗容和步驟:1.實驗原理閥門阻力實驗原理閥門的局部水頭損失測壓管段閥門的局部阻力對1、2兩斷面列能量方程式，由于實驗管段為玻璃管，較光滑，所以這兩個斷面 之間的沿程阻力損失可以忽略不計， 這樣通過列這兩

16、個斷面的能量方程即可求得閥門的 局部水頭損失，以hwi表示，貝U： hwi日一比 hi2 h12"Vi2hV1 得：閥門h 閥門得：2突擴圓管的局部阻力對2、3兩斷面列能量方程式，同樣忽略這兩個斷面間的沿程阻力損失，可求得突擴圓管的局部水頭損失，以h2突擴2V2得:2 h22突擴2V2hw2表示，貝U hw2h2突縮圓管的局部阻力 對4、5兩斷面列能量方程式，同樣忽略這兩個斷面間的沿程阻力損失，可求得突縮圓管的局部水頭損失，以hw3表示，則hw3匹丄5h3hV4 得:2 h3h3突縮4寸： 突縮22v42. 實驗數據記錄表細管直徑di=mm粗管直徑d2=mmNo h2(cm) h3(

17、cm)V(L)t(s)Q(cm3/s)V2(cm/s)V4(cm/s)E突擴E突縮突擴突縮123閥門開啟 度hi(cm)V(L)t(s)Q (cm3/s)Vi(cm/s)E閥門30o45 o全開3. 分析實驗結果與理論計算的數據存在誤差的原因四、思考問題1. 產生局部水頭損失的原因有哪些？2. 減少局部阻力的措施有哪些？實驗六文丘里流量計實驗、實驗目的1. 確定文丘里流量計的流量系數2. 驗證能量方程的正確性。、實驗設備與儀器1. fl M耳供術將乩訕挖科尢詛調班器4.也JK水fil6.険忒禮極工文段1測Ik訃氣H瓠測m ilia淆艮11.塞皆區建訃1上寶晝諭吐眉肯閥三、實驗容和步驟1.實驗原

18、理在文丘里流量計入口處取i i斷面，在其喉部收縮段處取n n斷面，由于流量計水平放置，則列上述兩斷面的能量方程如下,2 2pi1V1p22V2（不計水頭損失）1.02g2g22即：Vi di V2 d 24422g hd2由連續性方程得:v i AiV2 A2代入能量方程中，求出流速:令K ydi2 d2g4 詵)41出為兩斷面測壓管水頭差，即 hr Q K . h因此，根據測壓管水位高差，即可求出計算流量(理論流量)Q。由于實際上所取的兩個斷面間存在著水頭損失，所以實際流量Qo 一般要略小于計算流量Q 。QoQ稱卩1為文丘里流量系數。 實際流量Qo可用體積法測定。2. 實驗步驟:(1) 檢查

19、測壓計液面水平。(2) 關閉測點310的小閥門(3) 開泵，此時1、2測壓管中應出現較小高差(4) 緩慢開啟閥門7,使壓差調至最大。(5) 用夾子夾死11號管。(6) 記錄數據四、實驗結果與分析d1=cm d2=cm K =Noh1(cm)h2(cm) h(cm)V(cm3)t(s)Q (cm3/s)Q0(cm3/s)Q03 =Q123五、思考問題為什么流量系數卩只能小于1?實驗七恒定流動量定理實驗一、實驗目的1. 實測射流對平板或曲面板施加的作用力，并與用動量定理計算的作用力相比較, 以驗證恒定總流的動量方程式。2. 觀察水箱的反作用力。、實驗設備與儀器三、實驗原理及步驟1.水箱(1) 原理

20、以水箱水面，射流收縮斷面及箱壁為控制面，對 X軸列動量方程：RX= p Q(V2x-V ix)RX水箱對水流的作用力，水流對水箱的作用力為反作用力。Vx水箱水面的平均流速在 X軸的投影為零，(m/s)。V2x射流出口收縮斷面的平均流速在 X軸的投影，(m/s)。RX對轉軸取矩，得計算力矩 MM=R L=p QVLl射流出口中心至轉軸的距離(m。移動平衡砝碼調平水箱，得實測力矩 MM0=G 'A S S=S-SS出流時砝碼平衡讀數。 So起始狀態砝碼平衡讀數。M和M應比較接近。(2) 實驗步驟a、開啟進水閥門，將水箱充滿水并射流。調節閥門，使其保持微小溢流。b、撥出插銷，觀察射流對水箱的作用效果，移動砝碼，使水準泡居中，記下動態 平衡時砝碼位置為Soc、用體積法測流量(或重量法測流量)