清华水力学实验11水击

清华大学水利水电工程系水力学实验室

水 力 学

流体力学

课程教学实验指示书 管道水击现象演示实验

原理简介

z 水击现象是一种典型的有压管道非恒定流问题，在水击现象中，由于压强变化急剧，必须考虑流体的压缩性及管道的弹性。水击现象可大致作如下描述：有压管道流动的流量突变→流速突变→由于流动的惯性，造成压强大幅波动→流体的压缩性和管道的弹性使

波动在管道中以有限的速度传播。

z 以阀门突然关闭为例，将有一个增压、增密度、

增管道断面积、减流速的过程从阀门向上游传

播，压强、流速、密度、管道断面积的间断面

在管道中运动，这就是水击波。

一. 水击波的压强增值

z 在已知水击波传播速度c 的条件下，压强增量Δp 与流速大小增量Δ的关系为 v ΔΔp c =?v ρ.

二. 水击波的传播速度

z 水击波传播速度为 )d d 1d d 1(1

p A A p c +=ρρρ. 式中 K p 1d d 1=ρρ，K 为液体的体积弹性系数，p A A d d 1 反映管壁的弹性，对于直径为 D 的

圆管， δE D p A A =d d 1，

其中E 为管壁材料的弹性系数，δ为管壁厚度。于是 δρδρE DK

K E D K c +=+=

1/)1(1.

若忽略管壁的弹性，即认为 ∞=E ，则 c K

p

0==ρρd d ，

为声波速度（水中约为1435 m/s ）。所以

δE DK

c c +=10

. 水电站引水管的 100≈δ

D ，. c ≈1000m/s 三. 水击现象的分析

z 为了更清晰地说明水击波传播、反射、叠加的发展过程，考察上游水库与阀门间的长度

为L 的直圆管（BA ）中因阀门A 突然完全关闭发生的水击现象，认为弹性力与惯性力起主要作用，忽略水头损失和流速水头。在理解了水击波在A 处的正反射和B 处的负反射之后，可以列出 ，c L t

/0<

c L t /0<

c L t c L /2/<<00→?v 阀门→水库恢复原状水库→阀门 减速减压 恢复原状3

c L t c L /3/2<

z 将2L /c 称为水击的相长，从阀门A 处开始的水击波传到上游B 处，经负反射回来的减

压波又传到A 处，所须时间为相长。可见阀门A 处持续压力最大增值的时间最长，为一个相长。如果逐渐关闭阀门，那么将会有一系列水击波在不同的时刻由A 处出发，假如经过一个相长之后，阀门尚未完全关闭，此时已经有早先发出的水击波成为减压波传回来，这样A 处的增压就不会达到阀门突然完全关闭时的水击增压，这种水击叫间接水

击，否则叫直接水击。

四. 调压室的作用

z在较长管道中设置调压室，缩短了管道长度，减小相长，可以缓和水击，减低水击压强。

由于调压室具有一定的贮水容量，这一边界条件使水击压强得到释放而大幅下降，并限制了水击向上游的传播。

五. 水流阻力的影响

z以上的分析都没有考虑水击现象中管道中水流所受的阻力，因此在分析阀门突然关闭引起阀门与水库之间的水击波传播四个阶段时，能量没有耗损，第四阶段终止后，水流将回复到初始状态，水击波将无休止地传播下去，各断面的水击增压随时间变化曲线呈阶梯形。但实际上这是不可能的，各断面的水击增压随时间变化曲线呈衰减振荡形态。

实验设备

水击与调压室现象演示设备如图。供水箱有溢流装置，可保证实验水流为恒定流。采用容易膨胀变形的橡胶软管作实验管段，大大降低水击波速，易于演示水击波传播过程，在实验管段的上、下游端部安装接触式指示灯，以显示水击波传播往复情况。在胶管下游安装钢管，上装快速阀门。在阀门前安装粗玻璃管以模拟调压室，并装设压力传感器以量测不同情况下的水击压强时间变化曲线。

实验目的和要求

1.观察管道水击现象的发生、传播与消失过程，增强对水击现象的感性认识。利用实测数

据，计算水击波的传播速度。

2.量测水击引起的压强增量，加深对水击影响的定量认识。

3.通过调压室水位振荡现象的演示，以及使用调压室前后水击压强增量的变化情况，了解

调压室消减水击压强的作用。

实验步骤

1.认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。

2.将量测仪器按图示线路接好，打开电源，预热15分钟。

3.对照实物了解仪器设备的使用方法和操作步骤，做好准备工作后，启动抽水机，打开进

水开关，使水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。

4.将动态应变仪调至平衡，并将压力传感器的微应变信号输给电阻平衡箱，然后由此将信

号送至示波器，此时将绘笔调至走纸中间，可通过调节电阻平衡箱使示波器的灵敏度及偏移量为最佳值。

5.记录调压室的测管水头，用以计算动水压强值，然后关闭调压室与管道的联通阀门。

6.将管端快速阀门突然关闭，产生水击现象，水击波传播使橡胶软管膨胀凸起变化，凸起

处将电源接通则指示灯亮。管道两端的指示灯的亮灭显示了水击波的传播过程。用停表记录下管道两端指示灯闪亮的间隔时间。此时示波器已记录下水击压强过程线。

7.打开调压室与实验管段间的联通阀门。待水流恒定后重复步骤6，此时记录下的水击压

强过程线即为有调压室作用后的情况。

8.阅读思考问题，作简要回答。

分析思考问题

1.水击波的传播速度与哪些因素有关？本实验为什么要用胶皮管作为实验管段？

2.水击有何危害？为什么工程上要采用：①延长阀门启闭时间；②限制管道中流速；③设

置调压室等安全装置等措施来防止水击危害？

注意事项

1.按规定步骤使用仪器设备。

2.实验结束后，关闭各仪器开关，切断电源，关好供水阀门。

旋转水射流冲击压强的实验分析

第16卷第1期2007年1月 长江流域资源与环境 Resources and Environment in the Yangtze Basin Vol.16No.1 J an.2007 文章编号:100428227(2007)0120042206 旋转水射流冲击压强的实验分析 胡鹤鸣,陈永灿,李　玲,曾成杰 (清华大学水利水电工程系,北京100084) 摘　要:利用测压排摄像自动读数法,测量了水垫式旋转磨料射流喷嘴所产生旋转射流的冲击压强。该方法对测压排内水面标志物进行连续摄像,然后利用计算机程序对所摄图像自动读数,可以用较低的成本较好地实现非恒定压强的测量。实验结果表明,对于水垫式旋转磨料射流喷嘴产生的旋转射流,切向入流与轴向入流流量之比(流量比)及之和(总流量)是其冲击压强的控制性因素,前者控制其分布和大小,后者只对其大小有影响;各股切向入流的流量不均匀性对射流冲击压强时均值的影响很小;冲击压强脉动强度随着作用位置到射流中心距离的增大而减小。 关键词:旋转射流;冲击压强;压强测量;水垫式旋转磨料射流喷嘴 文献标识码:A 射流作用在固体壁面上的冲击压强问题在很多工程领域都会遇到,如大坝泄洪冲击水垫塘底板、水射流切割物料等。对于射流的冲击破坏作用,一般认为不仅与冲击压强的时均值有关,而且和冲击压强的脉动特性也有很大关系[1]。以往的研究主要集中在平面射流及普通圆射流上[2～4],旋转射流的冲击压强研究则很少见到。本文介绍了水垫式旋转磨料射流喷嘴产生的旋转射流冲击固体壁面的冲击压强时均值及其脉动特性的实验研究成果。 在压强的测量方法上,并未采用传统的测压管直接读数法或者价格昂贵的压力传感器法,而是采用了一种新的测压排摄像自动读数法:实验时对测压排进行实时摄像采样,然后进行后期图像处理自动读数,可以得到测点压强的随时变化过程。 1　实验系统 实验在清华大学水力学实验室内进行。整个实验系统可以分为以下4个部分:喷嘴、供水系统、流量测量及控制系统、压强测量及处理分析系统。 喷嘴模型如图1所示,称之为水垫式旋转磨料射流喷嘴[5],采用切向引入式加旋方式,主要为了解决当前旋转磨料射流喷嘴的两个问题:使用寿命短,射流中心区破岩能力低。喷嘴具有1个轴向入口和4个切向入口,切向入口流道按收缩曲线设计。实验喷嘴模型采用有机玻璃制作,放大为4倍于实际尺寸 。 图1　喷嘴模型 Fig.1　Nozzle Model 实验采用自循环系统供水,供水系统由上游水箱、下游水箱、连通软管、潜水泵、供水管等组成。上下游水箱连通作为储水箱,实验时下游水箱的水由潜水泵抽入供水管,流经流量控制阀门、文透里管流量计进入喷嘴,并由喷嘴射入下方的冲击腔,再由冲击腔侧壁的4根软管流入上游水箱。4根软管在进入水箱之前合四为一,由一围压控制阀门控制,此阀门是为了制造喷嘴的淹没条件,不同的开度对应不同的淹没深度,即不同的围压。 本文测量了水垫式旋转磨料射流喷嘴所产生的 收稿日期:2006209230;修回日期:2006212210 基金项目:国家自然科学基金项目(50379018)资助. 作者简介:胡鹤鸣(1980～　),男,河北省衡水人,博士研究生,主要从事流体力学研究.

水力学实验2

工程流体力学实验指导与报告 专业___________________ 学号___________________ 姓名___________________ 西南交大峨眉校区水力学实验室 2010、5

目录 第一章结论 (1) 1.1 工程流体力学（水力学）教学实验的目的 (1) 1.2 工程流体力学（水力学）教学实验的要求……………………‥1 第二章流体基本物理量的室内量测技术 (3) 2.1 压强的量测 (3) 2.2 水位的量测 (7) 2.3 流量的量测 (8) 2.4 流速的量测 (12) 第三章流体静力学实验 (20) 3.1流体静力学实验 (20) 第四章流体动力学基础实验 (23) 4.1 流动显示实验 (23) 4.2 管路测压管水头线实验 (24) 4.3 毕托管测速实验 (27) 4.4 文丘里流量计实验 (31) 第五章流动阻力与水头损失实验 (35) 5.1 雷诺实验 (35) 5.2 管路沿程水头损失实验 (38) 5.3 管路局部阻力损失实验 (42) 5.4 管路沿程阻力实验 (46) 第六章孔口与管嘴实验 (49) 6.1 孔口与管嘴实验 (49) 第七章明渠水流实验 (53) 7.1 水跃实验 (53) 7.2 明渠恒定非均匀流水面曲线实验 (56) 第八章堰流实验 (59) 8.1 宽顶堰溢流实验 (59) 8.2 小桥过流演示实验 (62) 参考文献 (63)

第一章绪论 1.1 工程流体力学（水力学）教学实验的目的 工程流体力学（水力学）是应用性较强的专业技术基础课。从学科发展看，工程流体力学（水力学）属于技术基础学科，实验方法是促进其发展的重要研究手段。由于流体运动的复杂性，工程流体力学（水力学）的研究就更加离不开科学实验。现代工程流体力学（水力学）的蓬勃发展，更是和飞跃进步的现代实验技术分不开的。因此，工程流体力学（水力学）实验是学习理论知识、探索流体运动规律的重要教学环节。 工程流体力学（水力学）教学实验的目的为： 1、观察流动现象，扩大感性认识，提高理论分析能力。 2、根据实测资料验证工程流体力学（水力学）的基本理论或根据所观察的流动现象进行某些深入的思考，以加强和巩固理论知识的学习。 3、会使用工程流体力学（水力学）实验的基本量测仪器，掌握一定的实验技术，培养实验研究的初步能力。 4、培养分析实验数据、整理实验成果和编写实验报告的能力。 5、培养严谨踏实的科学作风和融洽合作的其事态度，为将来进行科学研究打下良好的基础。 1.2 工程流体力学（水力学）教学实验的要求 一、实验要求 1、在每次实验前，必须了解本次实验的目的、实验原理和实验所要验证的理论。为此，实验前应预习实验指示书和教科书中的有关内容。 2、进入实验室后，应注意听取指导教师对实验方法的讲授，待完全弄清楚实验方法与步骤后，方能动手实验。 3、实验时应爱护仪器设备及实验室其它公物，未经允许不得随便打开可关闭实验室的电路开关及与所做实验无关的水阀。如有损坏应立即报告指导教师，并按学校有关规定处理。在整个实验过程中，均须保持实验场所整洁安静，做到文明实验。 总之，对待实验应有严肃的态度，严格的要求，严密的方法。只有这样才能完成好实验技能的训练任务。 二、实验报告要求 1、实验报告一般应包括以下内容： （1）、班级、姓名、同组人入实验日期； （2）、实验名称； （3）、实验目的； （4）、实验装置简图及仪器； （5）、流动现象的描述及实验原始记录；

水力学实验学生指导书19页word

目录 实验须知 (1) 实验一自循环流动演示实验 (5) 实验二水击综合实验 (2) 实验三流体静力学实验 (16) 实验四雷诺实验 (36) 实验五不可压缩流体恒定流能量方程(伯努利方程)实验 (31) 实验六不可压缩流体恒定流动量定律实验 (39) 实验须知 一、实验基本要求 1．认真预习实验讲义、教材的有关原理部分，弄懂实验的大致步骤、主要设备、实验方法，熟悉实验中要接触的化学物质的物理、化学性质及操作时应注意的事项，完成预习报告。 2．实验过程中，认真操作，细心观察，深入思考，以科学的态度填写实验原始数据记录。 3．实验结束后，认真处理数据，完成思考题，并编写项目齐全、整洁、清楚的实验报告。 二、实验注意事项 1．遵守实验室的各项制度，听从指导教师的安排。 2．准时进入实验室，不准吸烟、吃零食，不准大声喧哗。 3．爱护各种仪器设备（电动搅拌器、循环水真空泵、电炉、各类玻璃仪器），轻拿轻放，未经指导教师同意不得动用与本实验无关的仪器。 4．对实验中损坏的仪器应及时登记，并报告指导教师，等待处理。 5．格外注意水、电的使用，防止触电及热灼伤发生，电炉严禁直接放在实验台上加热。 6．在实验过程中，保持实验室整洁卫生，实验台面无杂物、无积水，实验完毕，一

好水电阀门。 7．实验数据（实验现象及产量）记录经指导教师签字后方可离开实验室。 三、实验报告 实验报告是实验的总结，整理实验结果也是一种基本训练。因此，要求各自独立完成实验报告。 实验报告文句应力求简明，书写清楚，正确使用标点。实验报告封面上中应正确填写出课程名称、专业、班级、姓名等信息。应在规定时间内交给指导教师批阅。 实验报告应包括下列内容： 1．实验目的及要求 2．实验原理 3．实验步骤（包括主要仪器、药品和实验方法及步骤） 4．数据记录及处理（含实验现象及产量） 5．实验结果讨论与思考题 实验一自循环流动演示仪 一、实验目的 1、显示逐渐扩散、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩、壁面冲击、直角弯道等平面上的流动图像。 2、显示文丘里流量计、孔板流量计、圆弧进口管咀流量计以及壁面冲击、圆弧形弯道等串联流道纵剖面上的流动图像。 3、显示30°弯头、直角圆弧弯头、直角弯头、45°弯头以及非自由射流等流段纵剖面上的流动图像。 4、显示30°弯头、分流、合流、45°弯头，YF一溢流阀、闸阀及蝶阀等流段纵剖面上的流动图谱。其中YF一溢流阀固定，为全开状态，蝶阀活动可调。 5、显示明渠逐渐扩散，单圆柱绕流、多圆柱绕流及直角弯道等流段的流动图像。 6、显示明渠渐扩、桥墩形钝体绕流、流线体绕流、直角弯道和正反流线体绕流等流段上的流动图谱。 7、显示“双稳放大射流阀”流动原理。 二、实验原理 1、在逐渐扩散段可看到由边界层分离而形成的旋涡，且靠近上游喉颈处，流速越大，涡旋尺度越小，紊动强度越高；而在逐渐收缩段，无分离，流线均匀收缩，亦无旋涡，由此可知，逐渐扩散段局部水头损失大于逐渐收缩段。

11水击

清华大学水利水电工程系水力学实验室 水 力 学 流体力学 课程教学实验指示书 管道水击现象演示实验 原理简介 z 水击现象是一种典型的有压管道非恒定流问题，在水击现象中，由于压强变化急剧，必须考虑流体的压缩性及管道的弹性。水击现象可大致作如下描述：有压管道流动的流量突变→流速突变→由于流动的惯性，造成压强大幅波动→流体的压缩性和管道的弹性使 波动在管道中以有限的速度传播。 z 以阀门突然关闭为例，将有一个增压、增密度、 增管道断面积、减流速的过程从阀门向上游传 播，压强、流速、密度、管道断面积的间断面 在管道中运动，这就是水击波。 一. 水击波的压强增值 z 在已知水击波传播速度c 的条件下，压强增量Δp 与流速大小增量Δ的关系为 v ΔΔp c =?v ρ. 二. 水击波的传播速度 z 水击波传播速度为 )d d 1d d 1(1 p A A p c +=ρρρ. 式中 K p 1d d 1=ρρ，K 为液体的体积弹性系数，p A A d d 1 反映管壁的弹性，对于直径为 D 的 圆管， δE D p A A =d d 1， 其中E 为管壁材料的弹性系数，δ为管壁厚度。于是 δρδρE DK K E D K c +=+= 1/)1(1. 若忽略管壁的弹性，即认为 ∞=E ，则 c K p 0==ρρd d ， 为声波速度（水中约为1435 m/s ）。所以

δE DK c c +=10 . 水电站引水管的 100≈δ D ，. c ≈1000m/s 三. 水击现象的分析 z 为了更清晰地说明水击波传播、反射、叠加的发展过程，考察上游水库与阀门间的长度 为L 的直圆管（BA ）中因阀门A 突然完全关闭发生的水击现象，认为弹性力与惯性力起主要作用，忽略水头损失和流速水头。在理解了水击波在A 处的正反射和B 处的负反射之后，可以列出 ，c L t /0<

水力学实验之平面静水总压力分析

平面静水总压力实验 俞小彤 1119010309 11级大禹港航 一、实验简介： 目的：掌握解析法与压力图法，测定矩形平面上的静水总压力；验证平面静水理论。 原理：作用于任意形状平面上的静水总压力P 等于该平面形心点的压强与平面面积A 的乘积,即A p P c ?=。矩形平面上的静水总压力等于压强分布图的体积,即b P ?Ω=。对于三角 形分布: H e gH P 31,212==ρ,对于梯形分布：21212123,)(21H H H H a e ab H H g P ++?=+=ρ 由力矩平衡：10PL GL =,其中e L L -=1 。 二、数据分析： 图一：理论与实测静水压力图

图二：理论与实测压力的相对值 二、实验成果分析： 拿到了全班同学的平面静水总压力数据进行分析，分别求出理论静水点压力与实测静水总压力，以及他们的相对值y（实测压力值/理论压力值），作图一：理论与实测静水压力图，图二：理论与实测压力的相对值。 从图一共有三条线，分别是包络线1,2与理论斜率k=1，可以直观地看出，数据点均在包络线1,2内部，且在直线k=1两侧分布，包络线1,2的斜率分别是k1= 1.0518,k2=0.9535，均与k=1差别不大，可以认为在5%以内；由图二直观的看出，相对值在1处上下波动，大部分点落在0.9与1.1之间，少数的落到0.9以下。与1相差不大，可认为在误差范围内，有个数据在0.7左右，可以认为是粗心导致的读数不准确，除去这个数据点，对余下的相对值求平均值得0.954424，之所以会比1小，可能是以下的仪器与操作误差引起。 三、误差分析： 一般分为系统误差，随机误差，由实验步骤，实验仪器与实验数据可得以下的误差来源：1，实验仪器误差： （1）支点位置，因为扇形体的圆柱形曲面上各点处的静水总压力均通过其圆心，故支点必须在圆心上。否则，圆柱形曲面上的静水总压力就会对杠杆受力发生作用，产生测量误差；（2）杠杆的力臂误差，电子杆的误差，水位测量误差以及杠杆水平度的误差都会对最终的结果的精度产生影响。 2，操作误差：（1）调整平衡杆时放水速度过快，且未等平衡杆停稳就读数，会导致实测值比理论值小，符合大部分实测值比理论值小的情况； （2）出水阀门没有关紧，在调稳平衡杆准备开始读数时，有水流出，但平衡杆发生微小形变没有被察觉，从而导致实际读数变小； 3，随机误差：由某些偶然因素引起，这也是有些实测值比理论值大的原因。这也是试验中不可避免的 四、改进措施（主要是从实验仪器误差与操作误差两方面考虑）： 1，选择制作精良的仪器，减少实验仪器误差； 2，在调整平衡杆时，进水或放水速度要慢，等平衡杆处于水平状态时再操作； 3，操作时，阀门要拧紧。 五、小结： 1，无论是解析法还是压力图法，求得的理论静水压力与实测静水压力在误差允许范围内几乎相等，平面静水理论可以被验证； 2，实验前需要仔细听老师讲解，实验操作时需要小心的遵循规范步骤，处理数据时可以采用多种方式对数据进行分析与对比，例如作图，然后进行误差分析与总结。

水力学实验

水力学实验 实验一流线演示实验 一、演示目的 1、通过演示进一步了解流线的基本特征。 2、观察液体流经不同固体边界时的流动现象。 二、演示原理 流场中液体质点的运动状态，可以用迹线或流线来描述，迹线是一个液体质点在流动空间所走过的轨迹。流线是流场内反映瞬时流速方向的曲线，在同一时刻，处在流线上所有各点的液体质点的流速方向与该点的切线方向相重合，在恒定流中，流线和迹线互相重合。在流线仪中，用显示液（自来水、红墨水），通过狭缝式流道组成流场，来显示液体质点的运动状态。整个流场内的“流线谱”可形象地描绘液流的流动趋势，当这些有色线经过各种形状的固体边界时，可以清晰地反映出流线的特征及性质。 三、演示设备 演示设备如图所示，它们分别显示二种特定边界条件下的流动图象。 （a）可显示机翼绕流流场中流体的流动形态。 （b）可显示实用堰溢流的流动形态。 演示仪均由有机片制成狭缝式流道，其间夹有不同形状的固体边界。在演示仪的左上方有两个盛水盒，一个装自来水，一个装红色水，两盒的内壁各自交错开有等间距的小孔通往狭缝流道，流道尾部装有调节阀。 流线仪简图 1、盛水盒 2、机翼 3、弯道 4、机翼角度调节开关 5、狭缝流道 6、泄水调节阀 7、实用堰 四、演示方法 1、首先打开演示仪的排气夹和尾部的调节夹进行排气，待气排净后拧紧调节夹，并将上方的两个盛水盒装满自来水；

图１－1 2、将装有自来水的两个盛水盒其中的任一个滴少许红墨水搅拌均匀； 3、调节尾部控制夹，可使显示液达到最佳的显示效果； 4、待整个流场的有色线（即流线）显示后，观察分析其流动情况及特征； 5、演示结束后，倒掉演示液，并将仪器冲洗干净待用。 五、思考题 1、 流线的形状与边界有否关系？ 2、 流线的曲、直和疏、密各反映了什么？ 实验二 静水压强量测实验 一、目的要求 1、量测静水中任一点的压强； 2、测定另一种液体的密度； 3、要求掌握U 形管和连通管的测压原理以及运用等压面概念分析问题的能力。 二、实验设备 1与2测压管注入油，3与4注入水，二者的液体不能混 三、实验步骤及原理 1、打开通气孔，使密封水箱与大气相通，则密封箱中表面压强p 0等于大气压强p a 。那么开口筒水面、密封箱水面及连通管水面均应齐平。 2、关闭通气孔，将开口筒向上提升到一定高度。水由开口筒流向密封箱，并影响其它测压管。因此，密封箱中空气的体积减小而压强增大。待稳定后，

水力学实验报告思考题答案(想你所要)

实验二不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺利方程）实验 成果分析及讨论 1.测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？ 测压管水头线（P-P）沿程可升可降，线坡J P可正可负。而总水头线（E-E）沿程只降不升，线坡J 恒为正，即J>0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。测点5至测点7，管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，Jp>0。测点7至测点9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高，J P<0。而据能量方程E1=E2+h w1-2, h w1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有h w1-2>0，故E2恒小于E1，（E-E）线不可能回升。(E-E) 线下降的坡度越大，即J越大，表明单位流程上的水头损失越大，如图2.3的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。 2.流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？ 有如下二个变化： （1）流量增加，测压管水头线（P-P）总降落趋势更显著。这是因为测压管水头 ，任一断面起始时的总水头E及管道过流断面面积A为定值时，Q增大， 就增大，则必减小。而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头E相应减 小，故的减小更加显著。 （2）测压管水头线（P-P）的起落变化更为显著。 因为对于两个不同直径的相应过水断面有 式中为两个断面之间的损失系数。管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）线的起落变化就更为显著。 3.测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？ 测点2、3位于均匀流断面（图2.2），测点高差0.7cm，H P=均为37.1cm（偶有毛细影响相差0.1mm）， 表明均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面不能选作能量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃。 4.试问避免喉管（测点7）处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬高或降低水箱的水位）对喉管压强的影响情况。 下述几点措施有利于避免喉管（测点7）处真空的形成： （1）减小流量，（2）增大喉管管径，（3）降低相应管线的安装高程，（4）改变水箱中的液位高度。

水力学实验指导

实验一自循环流动演示仪 一、实验目的 1、显示逐渐扩散、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩、壁面冲击、直角弯道等平面上的流动图像。 2、显示文丘里流量计、孔板流量计、圆弧进口管咀流量计以及壁面冲击、圆弧形弯道等串联流道纵剖面上的流动图像。 3、显示30°弯头、直角圆弧弯头、直角弯头、45°弯头以及非自由射流等流段纵剖面上的流动图像。 4、显示30°弯头、分流、合流、45°弯头，YF一溢流阀、闸阀及蝶阀等流段纵剖面上的流动图谱。其中YF一溢流阀固定，为全开状态，蝶阀活动可调。 5、显示明渠逐渐扩散，单圆柱绕流、多圆柱绕流及直角弯道等流段的流动图像。 6、显示明渠渐扩、桥墩形钝体绕流、流线体绕流、直角弯道和正反流线体绕流等流段上的流动图谱。 二、实验原理 1、在逐渐扩散段可看到由边界层分离而形成的旋涡，且靠近上游喉颈处，流速越大，涡旋尺度越小，紊动强度越高；而在逐渐收缩段，无分离，流线均匀收缩，亦无旋涡，由此可知，逐渐扩散段局部水头损失大于逐渐收缩段。 在突然扩大段出现较大的旋涡区，而突然收缩只在死角处和收缩断面的进口附近出现较小的旋涡区。表明突扩段比突缩段有较大的局部水头损失(缩扩的直径比大于O.7时例外)，而且突缩段的水头损失主要发生在突缩断面后部。 由于本仪器突缩段较短，故其流谱亦可视为直角进口管咀的流动图像。在管咀进口附近，流线明显收缩，并有旋涡产生，致使有效过流断面减小，流速增大。从而在收缩断面出现真空。 在直角弯道和壁面冲击段，也有多处旋涡区出现。尤其在弯道流中，流线弯曲更剧，越靠近弯道内侧，流速越小。且近内壁处，出现明显的回流，所形成的回流范围较大，将此与ZL一2型中圆角转弯流动对比，直角弯道旋涡大，回流更加明显。 2、文丘里流量计的过流顺畅，流线顺直，无边界层分离和旋涡产生。在孔板前，流线逐渐收缩，汇集于孔板的孔口处，只在拐角处有小旋涡出现，孔板后的水流逐渐扩散，并在主流区的周围形成较大的旋涡区。由此可知，孔板流量计的过流阻力较大；圆弧进口管嘴流量计入流顺畅，管嘴过流段上无边界层分离和旋涡产生：在圆形弯道段，边界层分离的现象及分离点明显可见，与直角弯道比较，流线较顺畅，旋涡发生区域较小。 3、在每一转弯的后面，都因边界层分离而产生旋涡。转弯角度不同，旋涡大小、形状各异。在圆弧转弯段，流线较顺畅，该串联管道上，还显示局部水头损失叠加影响的图谱。在非自由射流段，射流离开喷口后，不断卷吸周围的流体，形成射流的紊动扩散。

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河海大学水利水电学院 水利水电工程专业 局 部 阻 力 实 验 报 告

局部阻力实验实验报告 一、 实验概述 有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变 → 流动分离形成剪切层 → 剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡 → 平均流动能量转化成脉动能量，造成不可逆的能量耗散。与沿程因摩擦造成的分布损失不同，这部分损失可以看成是集中损失在管道边界的突变处，每单位重量流体承担的这部分能量损失称为局部水头损失。 局部水头损失常用流速水头与一系数的乘积表示： 2 2j v h g ξ= 式中：ξ——局部水头损失系数，也叫做局部阻力系数。系数ξ是流动形态与边界形状的函数，即ξ=f(Re ，边界形状)。一般水流Re 数足够大时，可认为系数ξ不再随Re 数变化，而看作一常数。 管道局部水头损失目前仅有突然扩大可采用理论分析，并可得出足够精确的结果。其他情况则需要用实验方法确定ξ值。 二、 实验装置及实验方法 （一）、实验设备及各部分名称如图所示： 局部水头损失实验仪

（二）、实验步骤 1、对照实物了解仪器设备的使用方法和操作步骤，做好准备工作后，启动 抽水机，打开进水开关，使水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。 2、 检查下游阀门全关时，各个测压管水面是否处于同一水平面上。如不平， 则需排气调平。 3、 核对设备编号，确认数据记录表上列出的断面管径等数据。 4、 开启下游阀门，待水流恒定后，观察测管水头的变化，正确选择实验配件前后的量测断面，进行数据的量测，用体积法测量管道流量，并登录到数据记录表的相应位置。 5、 改变阀门开度，待水流恒定后，重复上述步骤，并按序登录数据。本实验要求做三个流量。 三 、实验数据及分析 实验数据见后面的列表excel 的计算 实验分析： 声明：由于在实验的过程中，我们小组的实验器材出现了问题，采取排气的措施后，部分测压管还存在问题。由于本实验要求不画突然扩大的测压管水头线，所以，我们选取了测验管编号1、9、11、14、21、22、23、24、25、26的测压管作为计算标准。 1、9——突然扩大；11、14——突然缩小 21、22——90度圆角转弯；23、24——180度圆角转弯 25、26——90度折角转弯； 由于22号管有问题，所以我们根据实验现象及理论分析，采用23号管的数据。 1、 对于突然扩大的局部水头损失，我们分析如下： 0.380.360.390.310.340.365ξ++++==；0.410.36*100%12.2%0.41 σ-==； 因为数据比较小，所以我们认为ξ实测和ξ理论比较接近。对于突然扩大的局部水头损失，可应用动量方程与能量方程及连续方程联合求解得到如下公式：

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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

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.................................................................... - 9 -实验（四）孔口与管嘴出流实验.................................................. - 11 -实验（五）雷诺实验...................................................................... - 13 -实验（六）沿程水头损失实验...................................................... - 15 -实验（七）局部阻力损失实验...................................................... - 18 -

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 2 2

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水力学实验报告 实验一流体静力学实验 实验二不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺利方程）实验实验三不可压缩流体恒定流动量定律实验 实验四毕托管测速实验 实验五雷诺实验 实验六文丘里流量计实验 实验七沿程水头损失实验 实验八局部阻力实验 实验一流体静力学实验 实验原理 在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 或 (1.1) 式中：z被测点在基准面的相对位置高度； p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0水箱中液面的表面压强； γ液体容重；

h被测点的液体深度。 另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系： (1.2) 据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。 实验分析与讨论 1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2.当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分： (1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。 (2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 (3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？

水力学实验报告答案

重庆交通大学 实验一流体静力学实验 水力学实验 重庆交通大学 2013/6/8 重庆交通大学 水力学实验报告 实验分析与讨论 1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2.当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分： (1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该

水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。 (2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 (3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有 (h、d单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5.过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？

水力学实验报告思考题答案(全)

水力学实验报告思考题答案 （一）伯诺里方程实验（不可压缩流体恒定能量方程实验） 1、 测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？ 测压管水头线(P-P)沿程可升可降，线坡J P 可正可负。而总水头线(E-E)沿程只降不升，线坡J P 恒为正，即J>0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。如图所示，测点5至测点7，管渐缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，J P >0。，测点7至测点9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高，J P <0。而据能量方程E 1=E 2+h w1-2，h w1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有h w1-2>0，故E 2恒小于E 1，（E-E ）线不可能回升。（E-E ）线下降的坡度越大，即J 越大，表明单位流程上的水头损失越大，如图上的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。 2、 流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？ 1）流量增加，测压管水头线（P-P ）总降落趋势更显著。这是因为测压管水头 22 2gA Q E p Z H p -=+=γ，任一断面起始的总水头E 及管道过流断面面积A 为定值时，Q 增大，g v 22就增大，则γ p Z +必减小。而且随流量的增加，阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头E 相应减小，故γp Z +的减小更加显著。 2）测压管水头线（P-P ）的起落变化更为显著。因为对于两个不同直径的相应过水断面有g A Q g A Q A Q g v g v v p Z H P 2222222212222222122ζζγ+-=+-=??? ? ??+?=? g A Q A A 212222122???? ? ?-+=ζ 式中ζ为两个断面之间的损失系数。管中水流为紊流时，ζ接近于常数，又管道断面为定值，故Q 增大，H ?亦增大，()P P -线的起落变化更为显著。 3、 测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？ 测点2、3位于均匀流断面，测点高差0.7cm ，γp Z H P +=均为37.1cm （偶有毛细影 响相差0.1mm ），表明均匀流各断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm ，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面不能选作能量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃。