水力學實驗指導書
賈敬秋編
哈爾濱工業大學市政環境學院實驗中心
二零一零年三月
前言水力學實驗是水力學課程中乙個不可缺少的重要教學環節。水力學實驗的教育目的是：
1. 在實驗中觀察水流現象，增強感性認識，鞏固理論知識的學習。
2. 通過量測實驗驗證所學水力學原理，提高理論分析的能力。
3. 學會量測水力要素和使用基本儀器的方法，掌握一定的實驗技能，了解現代量測技術。
4. 培養分析實驗資料、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作風和融洽合作的共事態度以及愛護國家財產的良好風尚。
本指道書供交通學院學生使用。
實驗一文丘里流量計校正實驗
一、實驗目的：
1、掌握文丘里流量計的測量原理；
2、 驗證能量方程、連續方程；
3、 率定文丘里流量計的流量係數μ。
二、實驗裝置:
本實驗的裝置如圖1所示。
圖1.文丘里實驗裝置圖
1、 自迴圈供水器；2、實驗台；3、調速器；4、整流板；5、恆壓水箱；6、溢流板；7文丘里流量計；8、氣閥；9、測壓計；10、滑動標尺；11、多管壓差計；12、實驗調節閥。
圖2.文丘里流量計結構圖
其中，文丘里流量計的結構如圖2所示。1－1斷面d1=1.4cm；2－2斷面d2=0.75cm。
三、實驗原理：
在文丘里流量計上取斷面1－1，2－2列能量方程，令α1=α2=1，不計水頭損失，可得：
1)由連續性方程：
2)得：
代入（1）式，可得流量計算公式如下：
式中為兩斷面測壓管水頭差δh。
令 ：並定義為儀器常數。
於是可以看出，在已知文丘里流量計兩斷面的內徑時，只要測得測壓管水頭差，即可得到計算流量q。
但在實際液體中，由於水頭損失的存在，實際通過的流量q0略小於計算流量q。
令為流量係數。μ是一小於1的數，用它來對計算流量進行修正，則實際流量的計算公式為：
3)本實驗即通過測量實際流量q0和計算流量q確定μ係數的具體數值。其中實際流量q0用體積法來測定：
v為t時間內通過文丘里流量計水的體積。
四、實驗方法與步驟：
1. 準備工作：記錄儀器常數並算出值。
2. 開啟電源開關，全關實驗調節閥，檢查測壓管讀數是否相等，不相等時，分析原因，並予以排除。開啟實驗調節閥，使測壓管高度在可讀數範圍內。
3. 待水流穩定後讀取各測壓管的液面讀數，同時用秒錶、量筒測定流量。
4. 逐次改變實驗調節閥，改變流量6次,重複步驟3。
5. 把測量值記錄在實驗**內，計算出平均流量係數μ。
6. 實驗結束，檢查測壓管讀數是否相等，不相等時，分析原因，排除後重新實驗。
7. 進行成果分析，回答思考題。
五、注意事項：
1. 測壓管讀數在實驗開始和結束時應相等。
2. 調節閥門應緩慢，使測壓管的液面在滑尺的讀數範圍內，每次調節後應待水流穩定後再進行測量。
3. 電源一開啟時為最大流量，實驗時保持最大流量。
4. 流量係數μ應為一小於1並接近於1的數，若誤差較大，將其去掉，分析原因。
六、實驗資料及成果
見表1。
七、思考題
1. 文丘里流量計在安裝時是否必須保持水平，如不水平，上述計算公式是否仍可應用？
2. 能量方程和連續性方程的應用條件是什麼？本實驗是否滿足這些條件。
實驗二動量定律實驗
一、 實驗目的
1、驗證不可壓縮流體恆定流的動量方程
2、通過對動量與流速、流量、出射角度、動量矩等因素相關性的分析研討、進一步掌握動量守恆原則
二、 實驗裝置
本實驗裝置如圖1所示。
圖11、恆壓水箱；2、噴嘴；3、承壓板；4、測壓管；5、溢流板；
三、 實驗原理
恆定總流的動量方程為：
取管嘴和承壓板之間的水為隔離體，忽略摩擦阻力，以水平方向為x方向，動量方程轉化為：
即：式中：
為測壓管高度；
為承壓板面積；
為管嘴流量；
為管嘴流速；
為動量修正係數。
實驗中，在恆定流動狀態下，只要測定流量和測壓管高度，根據儀器常數管嘴直徑d和承壓板直徑d即可計算出動量修正係數。應在１．０２～１．０５範圍內。
四、 實驗方法和步驟
1．熟悉實驗裝置，記錄實驗儀器常數。
2．調整測壓管，使其處於垂直狀態。開啟電源。
3．待流動穩定後，測定流量和測壓管高度。每個溢流高度測兩組。
4．改變溢流高度，重複3步驟。
5．進行成果分析，回答思考題。
五、 注意事項：
1、 實驗必須在流動穩定後進行。
2、 對流量的測量應注意準確。
六、 實驗資料及成果
1．儀器常數
， 2．記錄計算**：
七、 思考題
1、 實測值是否在１．０２～１．０５範圍內，若不在此範圍分析原因。
2、 忽略摩擦阻力對實驗的結果會有多大影響，試分析之。
實驗三區域性阻力實驗
一、 實驗目的
1. 掌握三點法、四點法量測區域性阻力係數的技能；
2. 通過對圓管突擴、突縮區域性阻力的測定，驗證突擴區域性阻力和突縮區域性阻力係數的經驗公式；
3. 加深對區域性阻力的認識。
二、 實驗裝置
本實驗裝置如圖1示。
圖1 區域性阻力實驗裝置
1、自迴圈供水器；2、實驗台；3、調速器；4、整流板；5、溢流板；6、恆壓水箱；7突擴實驗管段；
8、測壓計；9、滑動標尺；10、測壓管；11、突縮實驗管段；12、實驗流量調節閥
實驗管段由小、大、小三段已知管徑的管道組成，共設有五個測壓點，測點1－3用以測量突擴的區域性阻力係數，2－5用以測量突縮的區域性阻力係數。
三、 實驗原理
1． 經驗公式：
突擴區域性阻力係數：
1）突擴區域性阻力：
2）突縮區域性阻力係數：
3）突縮區域性阻力：
4）2． 實測原理：
突擴區域性阻力：
列1－2斷面能量方程：
變換為：
5）6)
突縮區域性阻力：
同理：(7)8)四、 實驗方法與步驟
1． 記錄實驗儀器常數。
2． 全關調節閥，開啟電子調速器開關，使恆壓水箱充水，排除實驗管段中的滯留氣體。待水箱溢流後，檢查各測壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調平。
3． 開啟調節閥11，待水流穩定後，讀取各測壓管的液面讀數，同時用秒錶、量筒測定流量。
4． 逐次改變調節閥，改變流量8次重複步驟3。把測量值記錄在實驗**內。實驗結束，全關調節閥，檢查各測壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調平。分析原因，排除後重新實驗。
5． 進行成果分析，回答思考題。
五、 注意事項：
1. 在實驗開始和結束時，必須檢查各測壓管液面是否齊平，若不平，則需排除測壓管內氣體，調平後再實驗。
2. 實驗前，必須將實驗管段中的氣體排出。
3. 調節閥門應緩慢，每次調節後應待水流穩定後再進行測量。
4. 實驗中應使測點均勻分布，即使每次實驗δｈ的數值差盡量接近。
5. 電源一開啟時為最大流量，實驗時保持最大流量。
六、 實驗資料及成果
1． 儀器常數：
2．記錄計算**：見表1。
記錄計算**
表1.七、 思考題
1.結合旋渦儀演示的水力現象，分析區域性阻力損失的產生機理。
2.結合實驗結論，考察在相同條件下（ａ１／ａ２相同），突擴與突縮的區域性損失的大小。
3.結合旋渦儀演示的水力現象，分析如何減小區域性阻力損失。
實驗四管道沿程阻力係數測定實驗
一、實驗目的
1、 掌握沿程阻力係數的測定技能；
2、 了解紊流時沿程阻力的規律。
二、 實驗裝置
本實驗裝置如圖1所示。
圖11、 自迴圈供水器；2、實驗台；3、調速器；4、整流板；5、溢流板；6、恆壓水箱；
7、實驗管路；8、測壓計；9、滑動標尺；10實驗流量調節閥
三、實驗原理
在實驗管段測壓管連線的兩個斷面列1－2斷面能量方程：
因為實驗管段水平設定，管徑沿程不變，所以 ｚ１＝ｚ2 ｖ１＝ｖ2 ｈｗ＝ｈｆ
於是四、實驗方法與步驟
1、 記錄實驗儀器常數。
2、全關調節閥，開啟電子調速器開關，使恆壓水箱充水，排除實驗管段中的滯留氣體。待水箱溢流後，檢查各測壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調平。
3、開啟調節閥11，待水流穩定後，讀取各測壓管的液面讀數，同時用秒錶、量筒測定流量。
4、逐次改變調節閥，改變流量6次重複步驟3。把測量值記錄在實驗**內。實驗結束，全關調節閥，檢查各測壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調平。分析原因，排除後重新實驗。
5、進行成果分析，回答思考題。
五、注意事項：
1、 在實驗開始和結束時，必須檢查各測壓管液面是否齊平，若不平，則需排除測壓管內氣體，調平後再實驗。
2、 實驗前，必須將實驗管段中的氣體排出。
3、 調節閥門應緩慢，每次調節後應待水流穩定後再進行測量。
4、 實驗中應使測點均勻分布，即使每次實驗δｈ的數值差盡量接近。
5、 電源一開啟時為最大流量，實驗時保持最大流量。
6、 六、 實驗資料及成果
儀器常數：
ｄ＝ 9.22 mm l1-2= 500 mm
七、 思考題
1、 分析影響λ值的因素有那些。
2、 分析各次實驗λ值不同的原因。
實驗五寬頂堰實驗
一、 實驗目的
1． 測定寬頂堰的流量係數m
2． 觀察寬頂堰的流動狀態和水跌的流動現象
二、 實驗裝置
本實驗裝置如圖1所示。
圖11、變坡水槽；2、寬頂堰；3、液位計；4、變坡千斤頂；
5、尾門；6、迴圈水幫浦；7、流量調節閥
三、 實驗原理
自由式無側收縮寬頂堰流量為：
式中：q為寬頂堰上流量；
為流量係數；
為堰寬；
為包括流速水頭的堰上水頭。
其中：所以：別列津斯基根據實驗提出經驗公式：
時 >3.0時
上式中：p為堰的坎高。
四、 實驗方法和步驟
1． 測定堰的坎高p，堰寬b，底坡高度等儀器常數。熟悉儀器結構。
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