水力学实验报告

水力学 实验指导书及实验报告

专业 班级 学号 姓名

河北农业大学城建学院 - 1 -

目 录 实验（一）伯努利方程实验 ............................................................ - 2 - 实验（二）动量定律实验 ................................................................ - 5 - 实验（三）文丘里实验 .................................................................. - 10 - 实验（四）孔口与管嘴出流实验 .................................................. - 13 - 实验（五）雷诺实验 ...................................................................... - 15 - 实验（六）沿程水头损失实验 ...................................................... - 19 - 实验（七）局部阻力损失实验 ...................................................... - 23 - - 2 - ⅠⅡⅢ

Ⅳ

实验（一）伯努利方程实验 一、实验目的 1.观察流体流经能量方程试验管的能量转化情况，对实验中出现的动水水力现象进行分析，加深对能量方程的理解； 2.掌握一种测量流体流速的原理： 3.验证静压原理。 二、实验原理

在恒定总流实验管内，沿水流方向的任一断面i（实验管的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ见图1），可写

出能量方程式： 22

1111122iiiiwipvpvzzhgg

取121n

，选好基准面，从各断面的静压管可读取测压管水头pz。

本实验装置

在断面上虽装有毕托管，但不作各断面平均流速测量，用体积法测量流量，计算断面平均流速。从静压管的读数算出hwⅠ-I值。从而得到各断面的测压管水头和总水头。

图１实验自测点图 三、实验设备

1.伯努利方程实验仪１台，结构示意如图２所示。

2.秒表１块。（自备） 3.温度计１支。（自备） - 3 -

图２ 伯努利方程实验仪结构示意图 1.水箱及潜水泵；2.上水管；3.电源；4.溢流管；5.整流栅；6.溢流板；7.定压水箱； 8.实验细管；9. 实验粗管；10.测压管；11.调节阀；12.接水箱，计量水箱；13.量杯{自备}；14.回水管；15.实验桌。 四、实验步骤 1.记录有关常数：dⅠ、dⅡ、dⅢ、dⅣ、各管道轴线高程、水箱液面高程； 2.水箱充水； 3.接好电源，启动水泵，系统充水赶气，过程中维持溢流板稍许溢流； 4.检查各处是否有漏水； 5.关闭流量调节阀11，观察并记录各动静压管上的液面高度，自由液面的高度； 6.全开流量调节阀，测读并记录各测管的液面高程，体积流量； 7.关小流量调节阀，测读并记录各测管的液面高程，体积流量； 8.重复步骤7一次； 9.试验完毕，停泵，断开电源，清洗现场。 五、试验数据记录与整理

1.记录有关读数 实验装置编号No d1= 1..4㎝，d2= 2.6㎝，d3= 1.4㎝，d4= 1.4 ㎝ 2.测读记录pz值表 - 4 -

表1 pz （单位：cm）值表 基准线选在

序号 测点编号 流量Q (cm3/s)

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

1* 2 3* 4 5* 6 7* 8 1 2 3 表中带“*”的1、3、5、7测点为毕托管测点，测量相应位置的总水头；而2、4、6、8测点测量相应位置的测压管水头。

3.速度水头值计算表

表2 速度水头计算表

管径cm Q= cm3/s Q= cm3/s Q= cm3/s A cm2 v cm/s v2/(2g) cm A cm2 v cm/s v2/(2g) cm A cm2 v cm/s v2/(2g) cm d1 1.4 1.54 1.54 1.54

d2 2.6 5.31 5.31 5.31 d3 1.4 1.54 1.54 1.54 d4 1.4 1.54 1.54 1.54

4.总水头22pvzg

值计算表

表3 总水头22pvzg值计算表

序号 测点编号 流量 2 4 6 8 1 2 - 5 -

sⅠⅡⅡ

Ⅰ

3 六、思考题 1.流量增大，测压管水头线有何变化？为什么？

2.毕托管所测试的总水头线与实测（体积法测流）的总水头线，一般略有差异，试分析其原因。 3.测压管水头线和总水头线的沿程变化有何不同？为什么？ 实验（二）动量定律实验 一、实验目的 1.验证恒定流动量方程；

2.加深流体动力学的动量守恒定律的理解。 二、实验原理 1.射流对水箱的反作用力

以水箱水面Ⅰ—Ⅰ，出口断面Ⅱ—Ⅱ及箱壁为控制面，计算模型见图1 - 6 -

图1 水平对空射流模型 （一）水箱实验 1.根据动量方程计算XR：

对X轴列动量方程： )(1122XXXXvvQRF 式中：XR—水箱对水流的反作用力； ρ—实验温度、压力下水的密度； Q—水箱出水流量；

12,—动量修正系数，取1：

Xv1—水箱水面的行近流速在X轴上的投影，取0；

Xv2—出口断面的平均流速在X轴上的投影；

2.根据力矩平衡计算XR：

（1）XR

对转轴取力矩M

M=XR L 式中：L—出口中心至转轴的距离； 动平衡时得到实测力矩O

M ： SGMO

式中：G—平衡砝码重量； S—S=S-OS；

OS—未出流平衡砝码至转轴的距离；

S—出流时动态平衡时砝码至转轴的距离。 由于此时0MM，可由力矩平衡计算得xR。

（二）射流对平板的作用力 取喷嘴出口断面Ⅰ—Ⅰ，平板出流的截面Ⅱ—Ⅱ为控制断面，对X轴列动量方程（考参计算模型图2） - 7 -

图2 对平板射流计算模型 1.根据动量方程计算XR： )(1122XXXXvvQRF

式中：XR—平板对水流的反作用力； Xv1—喷嘴出口平均流速在X轴的投影，即流速；

Xv2—Ⅱ—Ⅱ断面平均流速在X轴的投影，取0； 2.根据力矩平衡计算XR：

对O点取矩，则有：M=R‘

XL1

式中：1L—

水流冲击点至O点的距离；

动平衡时得到实测力矩OM：2GLMO

式中：G—砝码重量； 2L—砝码作用线到O点的距离。 此时0MM，可由力矩平衡计算得R‘X。

三、实验装置 1.动量实验装置1台，结构示意见图3； 2.量水桶1只；

3.电子称1台； 4.秒表1块。 - 8 -

图3： 实验装置结构示意图 1.实验水箱；2.控制阀门；3.高位水孔；4.低位水孔 ；5.砝码 ；6.转动轴承； 7.挡板； 8.固定插销； 9.水平仪；10.喷嘴；11.水泵；12.水箱；13.挡水板；14.实验台支架 四、实验步骤 （一）水箱实验

1.储水箱充水； 2.接电源，启动泵，向实验水箱充水，关小进水阀2，实验过程中使溢流板稍许溢流； 3.拔出插销，调整平衡（移动砝码，使水平仪气泡居中），测读并记录S； 4.拔出低孔塞，出流稳定后，砝码调位，使水平仪气泡居中，测读S，计量水体积V、量水时间t； 5.重复步骤4一次； 6.停止水泵，待实验水箱水位教低时塞住底孔； 7.步重复骤2、3； 8.拔去高孔塞，出流稳定后，砝码调位，使水平仪气泡居中，测读S,测量水体积、计量时间； - 9 -

9.重复步骤8一次； 10.实验完毕，实验水箱插上定位插销。 （二）平板实验 1.同步骤（一）1、2； 2.在拉链端加50克砝码，开启并调节射流阀门，使平板保持垂直位置； 3.稳定后，测读并记录砝码重量，计量水体积V，量水时间t； 4.改变砝码重量，调节射流阀门，使平板保持垂直位置； 5.重复步骤3； 6.实验完毕，停止水泵，断开电源。 五、实验数据记录与整理 1.记录水箱实验数据并计算

d圆锥管嘴= cm，d圆柱管嘴= cm，高L= cm，低L= cm 表1 水箱实验数据记录及计算用表 实验装置编号NO 孔口 位置 S0 (m) S (m) ΔS=S-S0 (m) G (N) M0=GΔS (N*M) M=R‘XL (N*M) R‘X V (m3) t (s) Q (m3/s) v (m/s) RX=ρQv (N)

高孔 1

2 低孔 1

2 2.记录平板实验数据并计算

仪器常数(实测)：d= cm，L1= m，L2= m