内科大水力学实验指导01有压管流综合型实验.docx

水力学实验指导前言1实验项目一：有压管流综合型实验5（一）不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验5（二）不可压缩流体恒定流动量定律实验10（三）毕托管测速实验14（四）雷诺实验17（六）管路沿程阻力系数测定实验24（七）管路局部阻力系数测定实验30（八）孔口与管嘴出流实验34实验项目二：明渠水力学综合型实验38（一）水跃参数测定实验38（二）实用堰流量系数测定实验41（三）宽顶堰流量系数测定实验43实验项目三：开放式水工断面模型综合型实验44（一）模型设计与制作44（二）实验量测与分析44实验项目四：开放式研究型整体模型实验45（一）模型设计与制作45（二）实验量测与分析45实验项目五：单项量测实验46（一）流体静力学实验46（二）渗流电模拟实验52实验项目六：动手演示型实验54（一）静压传递自动扬水演示54（二）壁挂式自循环流动演示54（三）自循环流谱流线显示仪55（U"）: JT、 55（五）水击综合演示55（六）虹吸演示55（八）水面曲线的定性实验55一、水力学实验课的改革水力学及工程流体力学是工科院校土建水利类学科的一门重要的技术基础课。现代水 力学是建立在实验、理论和计算三大支柱上的，是实践性和理论性都较强的学科，它涉及 到大量的概念、定义、模型、计算和实验等。虽然实验教学对本课程非常重要，但传统的 实验教学存在许多与当代教学不相适应之处，如实验内容局限于古典而缺乏新意；仪器陈 旧，大多沿用50年代的的老设备，且往往学生多，仪器台数少，动手率低；教学注入式 为主，缺乏现代辅助手段，学生自主性不足，等等。因此进行实验室的改造，引进荣获国 家级一等优秀教学成果奖的浙江大学水力学与工程流体力学教学实验综合改革成 果，包括新型实验仪器和CAl实验教学软件，这些仪器具有技术先进，测量精度高，流动 现象可视化性强，小型化，性能优于进口仪器等特点。引进的CAl实验教学软件教学辅助 功能齐全。每项实验CAl均包括仪器仿真，动态操作界面、实验原理、数据采集、成果分 析、操作指南和问题解答。可供学生在计算机上进行各项实验的过程操作、数据采集和成 果分析，还设有实验提示、错误纠正等功能，以辅导学生按正确途径深入有序地进行实验。 所附的实验原理和问题解答除用文本形式外，均以多媒体动画和录相的形式给出，形象生 动、简单易懂，可供学生实验预习与答疑，帮助学生成功地完成实验。在教学计划学时被 大幅度压缩后，实验项目的挑选与组合优化就显得很重要。以往水力学实验有十几项，每 项2学时，就得20多学时。为了压缩学时，同时加强对学生的创造性思维和综合分析能 力的培养，把水力学实验项目分成演示型、单项型、综合型、设计型和开放式研究型等类 型，分述如后。（一）演示型实验演示型实验包括水力学模型试验演示和一些水力现象和原理的演示。1 .水力学模型试验演示本试验演示安排在水力学第一次课（诸论）后进行。其主要目的在于让学生认真观察 水利枢纽中的各种水流现象，观察并思考水流与约束水流运动的边界（包括各种水工建筑 物）之间的相互作用，归纳出水利工程中常遇到的问题，如：水力荷载、水流流动形态、 水能利用和水能消耗及其他特殊的水力学问题，如：空蚀、掺气、挟沙及污染的扩散问题。 这些问题如何解决正是水力学所研究的主要内容。通过试验演示，并经认真观察和思考， 可深刻感到水力学是一门实实在在的、真正有用的课程，进一步明确学习目的性，激发学 习兴趣。同学进一步可思考：模型与原型水流相似吗？如何才能相似？物理量如何换算？ 所有这些问题正是水力学或工程流体力学要解决的的。2 .水力现象和原理的演示此类实验N的在于让学生在实验室里集中快速地观察水流的各种现象，各种妙趣横生、 奇观频现的演示实验能让我们深有“世界真奇妙”之感，有寓教于奇、启迪智慧之神效， 能够激发学习水力学的强烈欲望，引导分析、研究各种水力学问题。这些演示还蕴含深奥 的水力学科学知识，直观生动地揭示了重要的流体运动规律。所有这些是单纯理论教学， 那怕是多媒体教学也难以取代的。流线、流态、紊动机理、空化、水击、虹吸、静压扬水、能量转换与守恒、动量原理 等演示可由实验指导教师操作、讲解，目的在于在有限的课时内让学生看到更多的水流现 象。有些实验演示可由学生自己操作，并仔细观察水流现象，体会其中之奥妙。（-）单项型实验单项型实验包括静水压强测定、渗流电模拟实验等，这些实验内容单一，实验仪器小 巧精细，并自成系统，需要细心操作和反复量测。为培养独立操作能力和认真细致的工作 作风，实验分小组进行，每组23人，为克服仪器不足的不利条件，采用课外预约、多批 次、多小组进行的方式。课前要求认真预习。（三）综合型实验为了节约课时，提高效率，把以往分散的多个单项实验加以合理综合，分为有压管流 综合实验和明渠水流综合实验两部分。这些综合实验利用实验室原有的玻璃实验槽以及引 进的有压管流和明渠水流多种实验仪进行。该实验的主要内容有：水位测针测水位，毕托 管测流速，薄壁堰测流量，缓流、急流和水跃现象观测，共规水深、水跃长度测定等。利 用一套设备一次进行多项目实验可大大节省时间（免去了多次开机抽水和稳定时间），还 可一定程度上缓解了学生多、设备少的矛盾。只要充分准备、合理安排就可以增加共用一 套设备进行实验的学生数。这项综合实验还可以作为一个断面模型使用，当讲到“相似原 理和模型试验基础”后，可做为一个习题，把实验得到的数据按相似律换算为原型数据。（四）设计研究型实验以水力学整体模型试验作为设计型实验。这个实验在水力学实验大厅和露天模型场进 行，这是配合“相似原理和模型试验基础” 一章的教学安排的。根据某水利枢纽的试验任 务，让学生结合本校实验室的实际条件（如实验场地、循环水设备等），通过实地勘测、 调查，拟定实验方案，包括：相似准则、模型范围、模型比尺的选定，模型设计和制作（要 求画出模型的平面和高程布置图，做出23个有代表性的模型断面板等），实验仪器和设 备的选定，拟定实验内容和实验步骤（包括记录表格的设计）等。然后，在现有的模型（如 水口水电站模型、棉花滩水电站模型等）上放水试验。试验内容：水位流量控制，水位流 速量测，流态观测和描述等。这项实验的意义在于：在完成实验课的过程中，学生可以凭 借自己已有的知识和技能（如测量学、建筑材料学、水力学、实验误差理论等），展开丰 富的想像，通过创造性思维，提高自己的综合应用能力。二、水力学教学实验守则1 .实验前必需详细阅读实验指导书，参阅有关教材，明确实验目的和要求、熟悉实验仪 器和设备，有关原理和实验步骤（指导书中未列出步骤的，学生必须自己拟定实验步 骤并设计好记录表格）、注意事项等，做到实验前心中有数。2 .认真进行实验，严守操作规程，进行合理分工，协调操作，细心观察水流现象，认真 分析思考，及时记录原始数据，有关的计算和绘画工作应与实测工作同时进行，以便 及时检查实测是否有误，一旦有误，及时更正，不得任意任意更改。课后认真独立完 成实验报告。3 .实验课听从教师指导，保持安静，不得动用与本实验无关的设备，注意实验安全，保 持场地卫生，实验完毕后应整理好仪器设备，经教师同意方能离开。三、实验报告的要求1 .报告内容：甲、实验目的要求：乙、实验原理简述：丙、水流现象描述和原始实验数 据：丁、实验成果整理和曲线图表绘制及结论与问题讨论。2 .每人独立完成实验报告，一律用福州大学毕业设计论文报告纸，要求文字通顺，字迹 清楚，用工具绘图。3 .实验报告经教师批阅后，应认真阅读和改正，不合格者需重做实验或重做实验报告。四、实验注意事项1 .凡装有测压管的实验，实验时应先排尽管中的空气。2 .用重量法或体积法测流量时段应尽可能长些，以便获得较高精度。3 .凡水力要素波动不定时，不能读其瞬间值，应读其平均值。4 .在玻璃水槽中做实验时，如需调节下游水深，应缓慢操作，水位测针车亦应沿轨道缓 慢移动。5 .测量恒定流时的各种数据时，应待水力要素（如量水堰堰上水头、堰前水位、下游水 位等）稳定后方可量测。6 .测定表面波动较大的水流的水位时，用有量水筒的测针量测，要待水筒的水位与水槽 内水位齐平时再测，并注意测针尖与水面接触。五、水力学实验室概况本实验室主要由700?实验大厅、IoOm2实验教室和以泵房为中心的循环水系统，以 及办公观测用房与附属实验场等组成。实验大厅内装有一条宽度B=80cm的玻璃水槽供科研用，备有两条B=40cm的玻璃教 学实验用，提供一定的场地面积可供水力模型试验使用，并配置有各种电测仪器与设备。实验教室内装设有各种教学实验用的实验测定和演示仪器。泵房内装有四台水泵，总供水流量为365升/秒。地下水库容量为150m3,平水塔高度 8米，其容量为50n另设置多条供水管道和回水地沟，组成循环水系统，能对多个地点 稳定地提供不同的流量需求，使用可靠方便。水力学实验指导实验项目一：有压管流综合型实验本实验装置是由可控硅无级调速器控制供水量的自循环台式实验仪，恒压水箱和实验 管道用全透明有机玻璃精制而成。实验管道为变直径与变管轴线高程，强化了位能、压能、 动能之间能量转化的直观效果，测压点布置经优化组合，并增设毕托管测总压装置，可直 观显视测压管水头和总水头的变化规律，各选一个均匀流和急变流（弯段）断面分别设置 不同高度的两个测压点，可供动水压强分布规律的实验，用有机玻璃精制而成的组合式多 管测压计，并配有移动标尺，精美耐用，测量方便。本实验装置可供本科学生实验分析研究管流测压管水头和总水头的沿程变化规律及 其位能、压能、动能、损失能之间的转化关系；验证流体恒定总流的伯诺里能量方程；并 实验分析均匀流和急变流在过水断面上的分布规律及其它十余项定性、定量实验。本实验 装置可购买成套产品，并配有CAl仿真实验软件。（-）不可压缩流体恒定能量方程（伯诺里方程）实验一、实验目的要求1 .验证流体恒定总流的能量方程；2 .通过对动水力学诸多水力现象分析研讨，进一步掌握有压管流水力学的能量转换 特性；3 .掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。二、实验装置本实验的装置如图一所示。图一自循环伯努利方程实骐装置图1.自循环供水器5.稳水孔板9.测压管4.溢流板8.滑动测量尺12.毕托管2.实验台3.可控硅无级调速器6.恒压水箱7.测压计10.实验管道IL测压点13.实验流量调节阀说明：本仪器测压管有两种：1 .毕托管测压管（表2.1中标*的测压管），用以测读毕托管探头对准点的总水头 22H, （=Z+E + ± ）,须注意一般情况下H'与断面总水头H（=Z+R + 2-）不同（因 / 2g/ 2g一般up）,它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；2.普通测压管（表2.1未标*者），用以定量量测测压管水头。实验流量用阀13调节，流量由体积时间法（量筒、秒表另备）或重量时间法（电子 称另备）测量（以下实验类同）。三、实验原理在实验管路中沿管内水流向取n个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i）的能量方程式（i=2, 3,n)+皿= z,+R +皿十%7 2g/ 2g w'¾1=2=.n=l,选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出Z+ "值，测出通过 ya管路的流量，即可计算出断面平均流速U及一，从而即可得到各断面测管水头和总水头。 2g四、实验方法与步骤1 .熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功 能的区别。2 .打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关后所有测压管水面是否齐 平。如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。3 .打开阀13,观察思考1）测压管水头线和总水头线的变化趋势；2）位置水头、压 强水头之间的相互关系；3）测点（2）、（3）测管水头同否？为什么？ 4）测点（12）、（13） 测管水头是否不同？为什么？ 5）当流量增加或减少时测管水头如何变化？4 .调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕 托管供演示用，不必测记读数）。5 .改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。五、实验成果及要求实验装置台号No上管道轴线高程；1 .把有关常数记入表.1。表1有关常数记录表水箱液面高程（ cm,测点编号1*23456*78*9101112*1314*1516*1718*19管径Cm两点间距Cm4466413.5610291616cm;D= CiniD2= cm; D3=注：（1）测点6、7所在断面内径为D2,测点16、17为Dh，余均为Di。（2）标“ * ”者为毕托管测点（测点编号见图二）。（3）测点2、3为直管均匀流段同一断面上的两上测压点，10、11为弯管非均匀流段同一断面 上的两上测点。2 .量测（Z +乙）并记入表2.2y测点编号Q cm3s实 验12次序3单位：cm表2.2测记（Z + K）数值表（基准面选在标尺的零点上）3 .计算流速水头和总水头。4 .绘制上述成果中最大流量下的总水线E-E和测压管水线P-P （轴向尺寸参见图 二，总水头线和测压管水头线可以绘在图二上）。提示：1. PP线依表2数据绘制，其中测点10、11、13数据不用：2. EE线依表3 （2）数据绘制，其中测点10、11数据不用：3. 在等直径管段EE与P-P线平行。U图二六、成果分析及讨论1 .测压管水头线和总水头的变化趋势有何不同？为什么？2 .流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？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？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。5 .毕托管所显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都略有差异，试分析其原因。表3计算数值表示支持（1）流速水头管径 d (cm)Q=( cms s )Q=(cm5/ s)Q=(cm3/s)A (cm2)V (cms)v2(cm)A (cm2)V (cms)v2 27 (cm)A (cm2)V (cms)V2 27 (cm)（2）总水头（Z + 旦 + 贮）单位：Cmy 2g测点编号Q (cm3s)I次序23（二）不可压缩流体恒定流动量定律实睑一、实验目的要求1 .验证不可压缩流体恒定流的动量方程；2 .通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研讨，进一 步掌握流体动力学的动量守恒定理；3 . 了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。二、实验装置本实验的装置如图一所示。1.自循环供水器2.实验台5.恒压水箱6.管嘴9.带活塞和翼片的抗冲平板3.可控硅无级调速器4.水位调节阀7.集水箱8.带活塞的测压管10.上回水管自循环供水装置1由离心式水泵和蓄水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节 均由调速器3控制。水流经供水管供给恒压水箱5,溢流水经回水管流回蓄水箱。流经 管嘴6的水流形成射沙，冲击带活塞和翼片的抗冲平板9,并以与入射角成90°的方向 离开抗冲平板。抗冲平板在射流冲力和测压管8中的水压力作用下处于平衡状态。活塞 形心水深可由测压管8测得，由此可求得射法的冲力，即动量力F。冲击后的弃水经 集水箱7汇集后，再经上回水管10流出，最后经漏斗和下回水流回蓄水箱。为了自动调节测压管内的水位，以使带活塞的平板受力平衡并减小摩擦阻力对活塞 的影响，本实验装置应用了自动控制的反馈原理和动摩擦减阻技术，其构造如下：带活塞和翼片的抗冲平板9和带活塞套的测压管8如图二所示，该图是活塞退出活 塞套时的分部件示意图。活塞中心没有一细导水管a,进口端位于平板中心，出口端伸 出活塞头部，出口方向与轴向垂直。在平板上没有翼片b,活塞套上设有窄槽c。工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管a向测压管内加水。当射流冲击力大 于测压管内水柱对活塞的压力时，活塞内移，窄槽C关小，水流外溢减少，使测压管内 水位升高，水压力增大。反之，活塞外移，窄槽开大，水流外溢增多，测管内水位降低， 水压力减小。在恒定射流冲击下，经短时段的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力 的平衡状态。这时活塞处在半进半出、窄槽部分开启的位置上，过a流进测压管的水量 和过c外溢的水量相等。由于平板上没有翼片b,在水流冲击下，平板带动活塞旋转， 因而克服了活塞在沿轴向滑移时的静摩擦力。为验证本装置的灵敏度，只要在实验中的恒定流受力平衡状态下，人为地增减测压 管中的液位高度，可发现即使改变量不足液柱高度的±5%o（约0.5Imm）,活塞在旋转 下亦能有效地克服动摩擦力而作轴向位移，开大或减小窄槽C,使过高的水位降低或过 低的水位提高，恢复到原来的平衡状态。这表明装置的灵敏度高达0.5%,亦即活塞轴向 动摩擦力不足总动量力的5%o。三、实验原理恒定总流动量方程为F = pQ(22- x)取脱离体如图三所示，因滑动摩擦阻力水平分力£ <0.5%&,可忽略不计，故X方向 的动量方程化为FX = -PcA = 一九 D2 p(0- xxx)即pQ%*例D=O式中：hc作用在活塞形心处的水深；D活塞的直径；Q射流流量；Qx射流的速度；Bl动量修正系数。实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水空h,由给定的管嘴直径d 和活塞直径D,代入上式，便可验证动量方程，并率定射流的动量修正系数Bl值。其中， 测压管的标尺零点己固定在活塞的园心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞园心处 的水深。四、实验方法与步骤1 .准备熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能，记录有关常数。2 .开启水泵打开调速器开关，水泵启动23分钟后，关闭23分钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气。3 .调整测压管位置待恒压水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位,要求测压管内液面的标尺读数，即hc值。5 .测量流值 利用体积时间法，在上回水管的出口处测量射流的流量，流量时间 要求在1520秒以上。可用塑料桶等容器，通过活动漏斗接水，再用量简测量其体积(亦 可用重量法测量)。6 .改变水头重复实验 逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。 调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按35步骤重复进行实验。7 .验证、HO对FX的影响 取下平板活塞，使水流冲击致电活塞套内，调整好 位置，使反射水流的回射角一致，记录回射角度的目估值、测压管作用水深和管嘴 作用水头Hoo五、实验成果及要求1 .记录有关常数。实验装置台号No管嘴内径d=cm,活塞直径D=cm。2 .设计实验参数记录、计算表，并填入实测数据。3,取某一流量，绘出脱离体图，阐明分析计算的过程。六、实验分析与讨论1 .实测方（平均动量修正系数）与公认值（ =1.021.05）符合与否？如不符合， 试分析原因。2 .带翼片的平板射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿X方向的 动量方程有无影响？为什么？3 .若通过细导水管的分流，其出流角度与%相同，对以上受力分析有无影响？4 .滑动摩擦力人为什么可以忽略不计？试用实验来分析验证工的大小，记录观察 结果。（提示：平衡时，向测压管内加入或取出Imm左右深的水量，观察活塞及液位的 变化）。5 . %若不为零，会对实验结果带来什么影响？试结合实验步骤7的结果予以说明。（三）毕托管测速实验一、实验目的和要求1 .通过对管嘴淹没出流点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；2 . 了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体 力学量测仪器的现实作用。二、实验装置本实验的装置如图一所示1.自循环供水器5.恒压供水箱9.测压管验嘴隔实管测Z 60.图毕托管测速实验装置图3.可控硅无级调速器4.水位调节阀7.毕托管8.尾水箱与导轨11.滑动测量尺12.上回水管说明：经淹没管嘴6,将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值。 测压计11的测压管1、2和以测量高、低水箱位置水头，测压管3、4用以测毕托管的全 压水头和静压水头，水位调节阀4用以改变测点的流速大小。三、实验原理u = Cyl2gh = k4hk = cy2g(1)式中U毕托管测点处的点流速；C毕托管的校正系数；h毕托管全压水头与静水压头差。u = ,y2gH(2)联解上两式可得, = Cyl hH(3)式中U测点处流速，由毕托管测定；,测点流速系数；h管嘴的作用水头。四、实验方法与步骤1 .准备 (a)熟悉实验装置各部分名称、作用性能，分解毕托管，搞清构造特 征、实验原理。(b)用医塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。(c)将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约23cm,上紧固定螺丝。2 .开启水泵顺时针打开调速器开关3,将流量调节到最大。3 .排气 待上、下游溢流后，用吸气球(如医用洗耳球)放在测压管口部抽吸, 排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平， 液面不齐平可能是空气没有排尽，心须重新排气。4 .测记各有关常数和实验参数，填入实验表格。5 .改变流速操作调节阀4并相应调节调速器3,溢流量适中，共可获得三个不同恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量。6 .完成下述实验项目：(I)分别沿垂向和纵向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布；15（2）在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在610倍以内时，误差在2 5%以上，不宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。7 .实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。五、实验成果及要求实验装置台号NO表1 记录计算表校正系数C= , k= cm05s实验次序上、下游水位差（Cm）毕托管水头差（cm）测点流速U = k>!h(cms)测点流速系数hihzHh3h4h' - c!h / H六、实验分析与讨论1 .利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？2 .毕托管的压头差Ah和管嘴上、下游水位差AH之间的大小关系怎样？为什么？3 .所测的流速系数”说明了什么？4 .据激光测速仪检测，距孔口23cm轴心处，其点流速系数”为0.996,试问本实验的毕托管精度如何？如何率定毕托管的校正系数C?5 .普朗特毕托管的测速范围为0.22ms,流速过小过大都不宜采用，为什么？另， 测速时要求探头对正水流方向（轴向安装偏差不大于10度），试说明其原因（低流速可 倾斜压差计）。6 .为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的流体测速 仪器？（四）雷诺实验一、实验目的要求1 .观察层流、紊流的流态及其转换特征；2 .测定临界雷诺数，掌握园管流态判别准则；3,学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。二、实验装置本实验的装置如图一所示。1.自循环供水器2.实验台5.有色水水管6.稳水孔板9.实验流域调W阀3.可控硅无级调速器4.恒压水箱7.溢流板8.实验管道供水流量由无级调速器调控使恒压水箱4始终保持微溢流的程度，以提高进口前水 体稳定度。本恒压水箱还没有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到35分钟。有色水经 有色水水管5注入实验管道8,可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染， 有色指标水采用自行消色的专用色水。三、实验原理Re=- = -KQ-, KV Myav四、实验方法与步骤1 .测记本实验的有关常数。2 .观察两种流态。打开开关3使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9,并注入颜色水 于实验管内，使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态， 然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征，待管中 出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。3 .测定下临界雷诺数。（1）将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调 节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；（2）待管中出现临界状态时，用体积法测定流量；（3）根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2000）比较，偏离过大，需重 测；（4）重新打开调节阀，使其形成守全紊流，按照下述步骤重复测量不少于三次；（5）同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。注意：a.每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；b.关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；c.随出水流量减小，应适当调小开关（右旋），以减小溢流量引发的扰动。4 .测定上临界雷诺数。逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水线刚开始散开时，即为上 临界状态，测定上临界雷诺数12次。五、实验成果及要求1.记录、计算有关常数:管径d=实验装置台号Nocm, 水温t=0.017752,Q2,区»- T =Crn /s1 + 0.0337/+ 0.00022 U2计算常数 K=scm32.整理、记录计算表表1实验 次序颜色水 线形态水体积V (cm3)时间T (s)流量Q (cm3s )雷诺数Re阀门开度增（t ）或减（I ）备注实测下临界雷诺数（平均值）Rec =注：颜色水形态指：稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等。六、实验分析与讨论1 .流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？2 .为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判 据？实测下临界雷诺数RC与公认值偏离多少？原因何在？3 .雷诺实验得出的园管流动下临界雷诺数为2320,而目前有些教科书中介绍采用 的下临界雷诺数是2000,原因何在？4 .为什么在测定RdI调小流量过程中，不许有反调？5 .分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？（五）文丘里流量计实验一、实验目的要求1 .通过测定流量系数，掌握文丘里流量计量测管道流量的技能；2 .掌握气一水多管压差计量测压差的技能；3 .通过实验与量纲分析，r解应用量纲分析与实验结合研究水力学问题的途径，进 而掌握文丘里流量计水力特性。二、实验装置本实验的装置如图一所示。图一文丘里流量计实验装置图I. 口循环供水器5.溢流板9.测乐计2.实验台6.检水孔板10.滑尺3.可控硅无级调速播4.恒压水箱7.文丘里实验管段 8.测压计气阀II.多管乐差计12.实验流域调行阀在文丘里流量计7的两个测量断面上，分析有4个测压孔与相应的均压环连通，经 均压环均压后的断面压强由气一水多管压差计9测量（亦可用电测仪量测，详参P23）。三、实验原理根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用时的文氏管过水能力关系式-J12, r1Q, = T 1J2g(4 + Q/y)-© + %/) = KyhK =&J(4 /2)4 -1h = (Z1 + ) - (Z2 + ) y 式中：电为两断面测压管水头差。由于阻力的存在,实际通过的流量Q恒小于Q'。今引入一无量纲系数U =QQ' ( 口 称为流量系数)，对计算所得的流量值进行修正。即Q = Q JJKyJAh另，由水静力学基本方程可得气一水多管压差计的为h= hih2+h3-h4四、实验方法与步骤1 .测记各有关常数。2 .打开电源开关，全关阀12,检核测管液面读数hi h2+h3h4是否为0,不为0 时，需查出原因并予以排除。3 .全开调节阀12检查各测管液面是否都处在滑尺读数范围内？否则，按下列步序 调节：拧开气阀8/将清水注入测管2、3/待h2=3=24cm,打开电源开关充水/待连通管无气泡12,并调开关3/至h=h4j=28.5cm,即速拧紧气阀8。4 .全开阀节阀门，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数、h2、h3、h4,并用 秒表、量筒测定流量。5 .逐次关小调节阀，改变流量79次，重第步骤4,注意调节阀门应缓慢。6 .把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。7 .如测管内液面波动时，应取时均值。8 .实验结束时，需按步骤2校核压差计是否回零。五、实验成果及要求1 .记录计算有关常数。实验装置台号Nod=cm,d?=cm, 水温 t=0C,U =cm2s水箱液面标尺值()=cm,管轴线高标尺值=cmo2 .整理记录计算表。表1记录表次序测压管读数(cm)水量(Cm3)测量时间(S)h3%123456789表2计算表次 序Q (cm3s)h= h h2÷h3-h4RciQ' =(Kyh)(cm3s)1234567893 .用方格绘制Q-h与Re 曲线图。分别取h、为纵坐标（绘法参附录Do六、实验分析与讨论1 .本实验中，影响文丘里管流量系数大小的因素有哪些？哪个因素最敏感？对本 实验的管理而言，若因加工精度影响，误将（dz0.01） Cnl值取代上述d2值时，本实验 在最大流量下的M值将变为多少？2 .为什么Q'与Q不相等？3 .试证气一水多管压差计（图一）有下列关系：h-（Z+p/ ） （Z2+p2 Y ）=hh2+h3-ht4 .试应用量纲分析法，阐明文丘里流量计的水力特性。5 .文氏管喉颈处容易产生真空，允许最大真空度为67mH20。工程中应用文氏管时， 应检验其最大真空度是否在允许范围内。据你的实验成果，分析本实验流量计喉颈最大 真空值为多少？（六）管路沿程阻力系数测定实验一、实验目的要求1 .加深了解园管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律；2 .掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气一水压差及水一水银多管压差计测 量压差的方法；3 .将测得的七入关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分 析能力。二、实验装置本实验的装置如图一所示。I.自循环高压恒定全自动供水器4.水压差讨7.电子Iit测仪10.实驶流量调加阀13.调压M）2.实验台5.测压计8.滑动测量尺11.供水管及供水阀3.网水管6.实政管道9.测乐点12.旁通管及旁通阀根据压差测法不同，有两种型式：型式I压差计测压差。低压差用水压差计量测；高压差用水银多管式压差计量测。装置简图如图一所示。型式电子量测仪测压差。低压差仍用水压差计量测；而高压差用电子测仪（简称电测仪）量测。与型式I比较，该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪（图二） 所取代。本实验装置配备有：1 .自动水泵与稳压器自循环高压恒定全自动供水器3由离心泵、自动压力开关、气一水压力罐式稳压器 等组成。压力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供 水而造成的压力波动等影响，离心泵的输水是先进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向 实验管道。图二图三1 .压力传感器2.排气旋钮3.连通管 4.主机2 .旁通管与旁通阀由于本实验装置所采用水泵的特性，在供水流量时有可能时开时停，从而造成供水 压力的较大波动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管（图中未 标出），通过分流可使水泵持续稳定运行。旁通管中设有调节分流量至蓄水箱的阀门，即 旁通阀，实验流量随旁通阀开度减小（分流量减小）而增大。实际上旁通阀又是本装置 用以调节流量的重要阀门之一。3 .水封面 为了简化排气，并防止实