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水力学实验指导书.doc

水力学实验指导书

Albert侯鹏
2017-09-18 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《水力学实验指导书doc》,可适用于高等教育领域

水力学实验指导书杨小亭冯彩凤主编武汉大学水利水电学院水力学流体力学教研室年月前言水力学是工科类高等院校一门重要的专业基础课程水力学教学包括理论教学和实验教学两部分。水力学实验在水力学学科发展中占有重要的地位是整个水力学教学不可替代环节。其重要性在于加强学生对水流现象的感性认识验证所学理论培养基本的实验技能和科学研究的严谨作风。本实验指导书是在武汉大学水力学教研室多年教学实践经验及原有讲义基础上广泛吸收国内外实验教材中的优点结合本校水力学实验课的具体情况以及编者自身实验工作的体会编写而成其内容涵盖了水力学教学大纲所要求的所有实验。编写过程中始终贯彻理论联系实际注重实践环节结合我校水力学开放实验的特点力求符合学生的认识规律及便于独立操作的原则。全讲义内容包括两部分:第一部分为演示实验学生通过观察各种形式的水流现象增强对流体运动现象的认识加深对水力学基本概念、基本规律和基本理论的理解。第二部分为操作实验以促进学生掌握操作技能测量方法培养分析实验数据整理实验成果以及编写实验报告的能力。本实验指导书采用集体讨论、分工执笔的方式进行由杨小亭、冯彩风执笔编写黄纪忠、李琼参加了部分工作并由李大美教授主审。由于时间仓促水平有限书中的缺点和错误在所难免恳切希望读者批评指正。编者年月于珞珈山目录第一部分演示实验一、流线演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„二、能量方程演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„三、空化机理演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„四、势流叠加演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„五、水流流态演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„六、紊动机理演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„七、脉动压强演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„八、虹吸管原理演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„九、水泵特性演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„十、水击现象综合演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„十一、流动演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„十二、明槽水面曲线演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„十三、泄水建筑物消能及水跃演示实验„„„„„„„„„„„„„„„„„第二部分的照射可以图一壁挂式自循环流动演示仪结构示意图、挂孔、彩色有机玻璃面罩、不同边界的流动显示面、加水孔孔盖、掺气量调节阀、蓄水箱、可控硅无级调速旋钮、电器、水泵室、标牌、铝合金框架后盖、水位观测窗清楚地演示不同边界条件下的多种水流现象。整个仪器由个单元组成每个单元都是一套独立的装置可以单独使用亦可以同时使用。三、实验步骤及演示内容(一)操作程序、接通电源打开开关。关闭掺气阀在最大流量下使显示面两侧水道充满水。、用调节进气量旋纽调节进气量的大小。调节应缓慢逐次进行使之达到最佳显示效果(掺气量不宜太大否则会阻断水流或产生剧烈噪声)。(二)演示内容、ZL型(图二、)用以显示逐渐扩散、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩等平面上的流动图形模拟串联管道纵剖面流谱。在逐渐扩散段可观察到由于边界层分离而产生旋涡。而在收缩段由于不产生边界层分离现象流线均匀收缩几乎没有旋涡产生只在拐角处出现很小的旋涡。在突然扩大段出现了较大的旋涡区。由此可见逐渐扩散段局部水头损失大于收缩段而突然扩大段所产生的局部水头损失最大。、ZL型(图二、)显示文丘里流量计、孔板流量计等流动图形和串联流道纵剖面上的流动图形。由显示可见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。孔板流量计在孔板前的拐角处有小旋涡产生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。由此可见孔板流量计结构简单水头损失较大流量系数较小(=左右)。文丘里流量计流动形态较好,水头损失较小流量系数效大(=,)。,、ZL型(图二、)显示弯头、直角园弧弯头、直角弯头、弯头以及非自由射流等流段纵剖面上的流动图像。图二显示面过流示意图由显示可见在每一转变化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。在各圆弧转弯段流线顺畅该串联管道上还显示局部水头损失叠加影响的流动图谱。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。在此段上还可以看到射流的“附壁效应”现象。、ZL型(图二、)显示弯头、分流、合流、弯头、YF溢流阀、闸阀及蝶阀等流段纵剖面上的流动图谱。由流动显示可见在转弯、分流、合流等过流段上有不同的旋涡出现。合流旋涡较为典型明显干扰主流使主流受阻闸阀半开尾部旋涡区较大水头损失也大。蝶阀全开时过流顺畅阻力小半开时尾涡紊动激烈表明阻力大且易引起振动。该装置不但能获得较好的教学效果而且还直接为改进阀门的性能提供了直观根据。、ZL型(图二、)显示明槽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形。()驻点:观察流经圆柱前端驻点处的小汽泡运动特性可了解流速与压强沿圆周边的变化情况。()边界层分离现象:流动显示了圆柱绕流边界层分离现象可观察到边界层分离点的位置及分离后的回流形态。()卡门涡街:圆柱的轴与水流方向垂直在圆柱左右两个对称点上产。生边界层分离然后不断交替在圆柱下游的两侧产生旋转方向相反旋涡并随主流一起向下游运动旋涡的强度逐渐减弱。()多圆柱绕流:观察水流经过多圆柱绕流所产生的旋涡可以了解被广泛用于热工中的传热系统的“冷凝器”及其他工业管道的热交换器等。由流谱图形可知其换热效果较佳。、ZL型(图二、)显示明渠渐扩、桥墩形钝体绕流、流线体绕流和反流线体绕流等流段上的流谱。通过观察可以看出以下几点:()非圆柱体绕流也会产生卡门涡街与圆柱绕流不同的是该涡街的频率具有较明显的随机性。改变绕流体结构可以破坏涡街固有频率避免共振。()流线型柱体绕流流动顺畅形体阻力最小。而反流线体绕流时也会出现卡门涡街。、ZL型(图二、)显示了一只“双稳放大射流阀”流动原理。经喷大信号)附于任何一面若先附于左侧射流经左通道后向嘴射出的射流(右出口输出用旋转控制圆盘使左气道与圆盘气孔相通时(通大气)因射流获得左侧的控制流(小信号)射流便切换至右壁流体从左出口输出。这时切断气流射流稳定于通道不变。转动控制圆盘使右气道与圆盘气孔相通则射流再切换回来。因此该装置既是个射流阀又是个双稳射流控制元件。此原理在实际中应用非常广泛。、演示结束后及时关机切断电源。四、注意事项、开机后需等,分钟使流道气体排净后再演示否则仪器不能正常工作。、水泵不能在低速下长时间工作更不允许在通电情况下(日光灯亮)长时间处于停转状态只有日光灯熄灭才是真正关机否则水泵易烧坏。、调速器旋钮的固定螺丝松动时应及时拧紧以防止内部电线短路。五、思考题、旋涡强度的大小与能量损失有什么关系边界层分离现象发生在什么区域、卡门涡街具有什么特性对绕流有什么影响你能指出实际问题中的卡门涡街现象吗、空化现象为什么常常发生在旋涡区明槽水面曲线演示实验一、实验目的、熟悉明槽恒定渐变流十二条水面曲线的变化规律、掌握明槽中典型建筑物上下游的水流衔接形式。二、实验原理矩形明槽恒定非均匀流水深沿程变化的微分方程为:dhi,j,ds,FrvQv式中j是单位长度上的沿程水头损失称水力Fj,,,rghgAhcR坡度、、R各代表上、下游两个断面相应水力要素的平均值。vc明槽恒定渐变流在不同底坡i时共有条水面曲线定性掌握其沿理变化的规律是进一步计算水面曲线必不可少的基本前提。三、实验设备如图一所示的变坡玻璃水槽全长米槽宽米可由下游的升降架(电动)来改变水槽的底坡底坡i的大小可以由升降架附近的标尺直接读出。此外还配有自循系统并可由转子流量计直接读出通过水槽的恒定流量。根据通过水槽的实验流量Q(由转子流量计读出)以及图二中Q,hk的相应关系曲线可查出所对应的临界水深h从而可确定K,K曲线。k根据变坡水槽断面宽度b=m和已知流量条件下的h两个参数代入kQQi,,即可算出i或直接由图二的h,i相关曲线定出i。从kkkKACRkkk图二中可以看出当水槽的实际流量Q从ls变到ls时i的变化虽k然很小但也能随流量的增大而略有增加。四、操作步骤及演示内容在实际进行水面曲线演示时可先将流量调到某一固定值如Q=mh(ls)从图二的Q,h相关曲线上看出此时的h正好为cmkk(注意:cm的临界水深线已记得画在水槽的边壁上了)。当已知水槽的流量和水槽的临界底坡i后再根据实际调定的水槽底坡k所在的位置也就不难确定水槽中的水面曲线属于何种类型了。下面具体介绍调定条水面线的操作方法。、接通电源使管道泵投入运行缓缓打开管道泵与转子流量计之间的控制闸阀即可调定水槽的恒定流量Q=mh(ls)。此时水槽的临界水深正好为m。、调整水槽的实际底坡使得<i<i开启平板阀门全开尾门此时k在水槽的后部即可看到如图三a所示的M降水曲线。、如若降低平板闸门使得闸门开度e小于h并关小尾门此时即k可在平板闸门的前后看到M、M和M三条水面线如图三b所示。、开大平板闸门全开尾门调整底坡i>i此时可在水槽的前段看k到S型降水曲线如图三c所示。、在第四步的基础上关小尾门即在水槽中可看到一个水跃并随着尾门的关小该水跃逐步往前移动。当水跃稳定不动时即可在水槽中看到S、S两条水面曲线如图三d所示。、调整水槽的底坡使得i=并关小平板阀门使得其开度e<hk当水流稳定后即可看到HH两条水面曲线如图三e所示。、调整水槽的底坡使得i<并关小平板闸门使得其开度e<hk即可看到A、A两条水面曲线如图三f所示。、调整水槽的底坡使得i=i并关小平板闸门使得其开度e<hkk即可看到C、C两条水面曲线如图三g所示。五、思考题、当改变水槽中的流量Q时i和h的数值将如何变化水面曲线的kk形式是否也发生变化,、流量Q不变时水面曲线的变化与哪些因素有关,、当流量Q不变时i=i时水槽的C、C型曲线与书本中描述的情k况略有不同,为什么,图一变坡水槽装置简图、首部、浮子流量计、水泵电机、水箱、玻璃水槽、平板闸门、电动升降架、尾部的求解图图二不同流量时相应底坡i的均匀水深h图三十二条水面曲线泄水建筑物下游消能及水跃演示实验一、演示目的l、观察急流、缓流及水跃现象。、观察底流、面流、挑流消能时的水流衔接。二、演示原理水跃是水流从急流过渡到缓流时所产生的局部水力现象由于水跃区内水流剧烈旋滚和紊动旋滚区和主流区之间不断进行动量交换大大地加剧水跃区水流内部的摩擦作用从而有效地消耗水流大量的机械能。所以在水利工程中常采用水跃采消除水流中多余的能量。由于建造水工建筑物后造成上游水位抬高溢流宽度减小单宽流量加大从而使下泄水流过于集中而使下游河床遭受冲刷。因此必须在尽可能小的范围内设法消除下泄水流中多余的机械能。常采用的消能方式有以下三种:l、底流消能:通常是在泄水建筑物的下游建造消能池、消能坎、消能墩等建筑物促使水流在池中形成水跃利用水跃进行消能。、面流消能:设法把下泄水流的主流引向下游水面不致直接冲刷下游河床表面同时在主流与河床之间形成底部旋滚以消耗水流的能量。、挑流消能:利用下泄水流的巨大动能把高速水流抛入空中使水流在空中扩散并与空气摩擦消耗部分动能然后跌入下游水垫中与下游水流和河床碰撞、摩擦而消耗另一部分多余的动能。三、演示设备如图所示的是消能装置简图。主要由进水设备、玻璃水槽及堰流模型等组成。四、演示方法l、打开装有平板闸门(如图a)水槽的进水阀放入适当的流量用尾门调节下游水位使水流分别产生远离水跃临界水跃波状水跃及淹没水跃同时观察急流和缓流的水流现象。、打开装有无挑流坎的实用堰(如图b)或宽顶堰(如图c)水槽的进水阀放入适当的流量观察底流消能时的水流现象。、打开装有挑流坎的实用堰(如图d)水槽的进水阀放入适当的流量并用尾门调节下游水位分别观察挑流消能、面流消能时的水流现象。消能装置简图五、思考题l、泄水建筑物下泄水流具有什么特点为什么要采取消能措施、挑流消能、面流消能与底流消能各应用在什么条件下才能充分发挥消能工的作用第二部分量测实验静水压强量测实验一、目的要求、量测静水中任一点的压强、测定另一种液体的重率、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、实验设备实验设备如下图所示。三、实验步骤及原理p、打开通气孔使密封水箱与大气相通则密封箱中表面压强等于p大气压强。那么开口筒水面、密封箱水面及连通管水面均应齐平。a、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。密封箱中空气的体积减小而压强增大。待稳定后p,p,,h开口筒与密封箱两液面的高差即为压强差这个水柱高度h也a,,,p,p,,,等于及而U形管两液面的压差也应等于。a、如果将开口筒向下降到一定高度使其水面低于密封箱中的水面则密封箱中的水流向开口筒。因此密封箱中的空气的体积增大而增强减小p,p此时待稳定后其压强差称为真空以水柱高度表示即为真空度:ap,pa,,,,,,,,,,p、按照以上原理可以求得密封箱液体中任一点A的绝对压强。Ah设A点在密封箱水面以下的深度为号管和号管水面以下的深Ah度为和则:hAA,p,p,h,p,(,,,),haAaA,p,h,p,haAaA、由于连通管和U形管反映着同一的压差故有:,p,p,,(,,,),,(,,,),,(,,,)a,由此可以求得另一种深信体的容重:,四、注意事项、首先检查密封箱是否漏气(检查方法自己考虑)。、开口筒向上提升时不宜过高在升降开口筒后一定要用手拧紧左边的固定螺丝以免开口筒向下滑动。五、量测与计算静水压强仪编号实测数据与计算(表、表)。六、回答问题、第、、、号管和、号管可否取等压面,为什么,、第、、号管和、号管中的液面是不是等压面,为什么,表观测数据名称测压管液面高程读数液面高程单位厘米厘米厘米厘米厘米厘米厘米p>pap<pa表计算p>pp<p算aa项目单位序,,,,,,,,,,,厘米p,p,(,,,)ap,,(,,,)hAA,p,ppAaA,p,p,,(,,,),,(,,,)a,,注:设A点在水箱水面下的深度h厘米。A流速量测(毕托管)实验一、目的要求、通过本次实验掌握基本的测速工具(毕托管)的性能和使用方法。、绘制各垂线上的流速分布图点绘断面上的等流速分布曲线以加深对明槽水流流速分布的认识。、根据实测的流速分布图计算断面上的平均流速v和流量Q并测与实验流量Q相比较。实二、仪器设备毕托管、比压计及水槽简图如下。毕托管测速示意图三、实验原理毕托管是由两根同心圆的小管所组成。A管通头部顶端小孔B管与离头部顶端为d的断面上的环形孔相通。环形孔与毕托管的圆柱表面垂直pz因此它所测得的是水流的势能在测压牌上所反映的水面差,pupuh(z)(z),,,,即为测点的流速水头。,g,g,为了提高量测的精度将比压计斜放成角若两测压管水面之间的读数差为则有从而可以求得测点的流速表达式:,L,h,,Lsin,u,Cg,h,Cg,Lsin,式中C流速修正系数对不同结构的毕托管其值由率定得之。本实验使用的毕托管经率定C=。、垂线流速分布图的画法垂线平均流速的计算将所测得的同一垂线各点流速按选定的比例尺画在坐标纸上。槽底的底流为零水面的流速矢端为水面以下各点流速矢端向上顺延与水面相交的那一点。由水深线及各点流速矢端所围成的矢量图即为垂线流速分布图。显然流速分布图的面积除以水深h就是垂线的平均流速。uw垂线平均流速:u,h式中垂线平均流速(cms)uw垂线流速分布图的面积(cm)h水深(cm)。、断面平均流速的计算n断面平均流速:v,u,in,i式中v断面平均流速(cms)u第i根垂线上的平均流速(cms)in垂线个数。量测断面垂线及测点布置图垂线流速分布图、流量的计算Q,vA实测的流量:测式中Q实测流量(cms)测v断面平均流速(cms)A过水断面面积(cm)。Q,H实验流量:实式中Q实验流量(cms)实H水槽首部三角堰()上的水头(cm)。四、方法步骤、打开水槽的进水阀门调节尾门将水深控制在厘米左右。、用测针测得水深h。如图所示在断面上布置条垂线每条垂线布置个测点。毕托管最高点宜在水面以下厘米最低点为毕托管的半径(厘米)其余各点均布其中。、按所布置的垂线及测点位置逐步进行测量。例如:把毕托管首先放在第一条垂线上即毕托管中心到槽边壁的距离(B)厘米。接着把毕托管放到槽底同时测读固定毕托管测杆标尺上的读数稍待稳定后再测读比压计上的读数,、,这就完成了第个测点的工作。然后将毕托管AB依次提升直至水面下厘米那一点为止。其它各条垂线的测量方法同上述步骤一样并把各条垂线各测点相应的距离和高度记录在垂线流速分布测点表中。、将测得的数据进行分析、整理并采用坐标纸按一定的比例:(a)点绘各垂线上的流速分布图。(b)点绘断面上各等流速点的分布曲线。、分析比较实测流量与实验流量有何差别。五、注意事项、测速之前首先要对毕托管、比压计进行排气。排气方法:从比压计三通管注入有一定压力的水流使水和空气由毕托管喷出冲水约分钟左右将毕托管浸入防气盒静水中。然后打开三通管在大气压强作用下比压计测管中的水面下降待降不便于测读的位置时用止水夹夹紧三通管。此时比压计两测管中的水面应该齐平否则要重新冲水排气直至两管水面齐平后方能进行测速工作。、实验过程中为防止进气毕托管不得露出水面。实验结束后将毕托管放入防气盒静水中检查是否进气若比压计两管水面不平说明所测数据有误差应重新冲水排气重新施测。、毕托管嘴必须正对流向。、测读时视线应垂直于比压计的倾斜面读取弯液面的最低点读数当测管中的水面上下脉动时读取平均值。六、量测与计算、已知数据,,,,三角堰零点厘米三角堰堰上水位读数水面H,,,,厘米三角堰堰上水头=厘米水面水槽宽度B=(cm)。毕托管直径d=(cm)。,水压计倾斜角=。重力加速度g=(cms)。、实测数据与计算槽底测针读数厘米测针尖接触水面时的读数厘米测针量得水深h=厘米。垂线流速分布测定表斜比压读数,L,毕托管测测流垂线平均,h,垂线测点,,杆读数流速u流速u,Lsin,,,ABAB编号编号cmcmscmscmcmcmcm中垂线L=B水面注:表中L为垂线到槽边壁的距离。若要测多条垂线请再续表。七、回答问题、毕托管、比压计排气不净为什么会影响量测精度,、为什么必须将毕托管正对来流方向,如何判断毕托管是否正对了流向,、比压计安放位置的高低是否影响量测数据,为什么,光电流速仪测速实验一、目的要求、掌握光电流速仪的使用方法、点绘沿水深线上的流速分布图计算沿水深线上的平均流速。二、仪器设备设备由计时器和测杆两部分组成如图、图所示。图计时器图测杆(光电传感器)三、光电传感器的工作原理、光电传感器亦称测杆系由旋浆、导光纤维及光敏三极管和灯泡组成。旋浆直径厘米有四个对称的与轴线成扭角的叶片其中一片上贴有反光片它的作用是将机械运动量通过光转换成电的脉冲讯号其结构简图如图所示。、工作原理。光电传感器的光源(灯泡)由仪器供电。光线经聚光球聚焦后经导光纤维射出。旋浆在水流的推动下旋转旋浆每旋一周反光片即反射光线一次。反射光线经导光纤维照射光敏三极管。光敏三极管每被反射光线照射一次就输出一个电脉冲讯号。此脉冲讯号输入计数器进行计数。当水流速度u越大旋浆的旋转角速度也越大单位时间内产生电脉冲讯号的个数N也越多。一般地说流速u和单位时间内产生电脉冲讯号的个数N具有一定的比例关系。若设仪器采样的时段为T那么这种比例关系可表述为:Nu,C,KNCT式中:C旋浆的起动流速K率定曲线的斜率。现代的光电流速仪可将K值和C值进行预置并且每当仪器得到一个计数脉冲时流速仪内部就可进行一次除T和累加的运算这样在采样时段T内仪器可自动进行N次除T和累加(倍乘)的计数运行最后数码管停显时所显示的数据即为T时段内传感器所测到的水流内某一点的时间平均流速。四、方法步骤、打开水槽的进水阀调节尾门开度使水深控制在,厘米左右。、开机前应先检查电源开关使开关处于断开状态再把光电传感器的插头插入仪器后面的专用插座然后将电源线引入电源插座。、打开电源开关电源指示灯亮光电传感器上的光源灯和数码管同时亮按下复零按钮使计数器复零。、时间选择开关一般打在秒位置这时如用口吹传感器旋浆计数器将连续计数秒钟后停止计数并显示计数总和。然后按复零计数停显复零的过程自动往复进行。检查仪器正常后将测杆固定到所要施测的断面上去即可开始测速。、旋浆的中心轴距框架底缘为厘米故旋浆的框架轻触槽底时的距离也是厘米。然后逐次提升测杆测得沿水深线上各点的读数。当接近水面时旋浆必须没入水中(使旋浆中心轴低于水面厘米)。测速时要仔细将旋浆轴线对准来流方向。、计算各测点的流速。将计数器计数的总和n值除以计数时间t得nN,即为单位时间内旋浆转数。由N值查得测杆率定曲线就可得到各t测点相应的流速u值。然后点绘沿水深线的流速分布力经计算得到沿水深线的平均流速值。v五、注意事项、该流速仪是为了测低流速而设计的旋浆的起动流速约为cms测速范围约为,cms在这个范围之外该仪器不能使用。、在施测过程中同一测点的计数器读数不可能各次一样为减少误差暂时定每个测点测读次再取其平均值。、施测时要经常注意观察旋浆如发现有杂物缠绕旋浆的转轴时要及时报告辅导教师进行处理以免影响量测精度。清除杂物要特别小心不得用硬件去触碰旋浆。六、量测与计算、实验数据流速仪编号旋浆直径cm旋转扭角起动流速值ms。、数据记录与计算表水深线流速分布测定与计算表点流速测点至槽底点流速点流速点流速(cms)V(cms)V(cms)V(cms)编号v高度Z第一次第二次第三次平均值(cm)沿程水头损失实验一、实验目的、掌握测定管道沿程水头损失系数的方法。,、绘制沿程水头损失系数与雷诺数Re的对数关系曲线并与莫迪图进,行比较,加深对沿程水头损失系数的理解,二、实验原理对一等直径管道中的恒定水流应用能量方程可得:h,(zp,),(zp,)flvh由沿程水头损失计算公式:,,fdghf则沿程水头损失系数为:,,,lvdg,,一般认为与相对粗糙度及雷诺数Re有关。即。,,f(,Re),dd三、实验设备实验设备及各部分名称如图一所示。低压差用水压差计量测而高压差用电子量测仪量测其仪器如图二所示。四、实验步骤、熟悉实验设备记录有关常数。、实验管道排气及其连通管内排气。开启水泵全开流量调节阀全开供水阀松开连通管的止水夹来回开关旁通阀数次即可排净实验管道内气体。半开旁通阀关闭流量调节阀检查水压差计是否水位齐平若不平找出原因并排除。松开电测仪传感器上旋钮倒置调压筒至筒内充水将调压筒复位待连通管内气泡全排尽传感器两旋扭处连续出水后扭紧旋钮电子压差计调零。、检查尾阀全关时压差计的液面是否齐平若不平则若排气调平。、打开尾阀和供水阀以及旁通阀使流量达到最大待水流稳定后记录电子压差计读数、水温和量测其流量流量用体积法量测。、逐渐关闭供水阀依次减小流量用电子压差计来量测相应的压差值。当压差在cm范围内通过调节尾阀来调节流量。用水压差计量测相应的压差值每次均需用体积法量测流量共做次以上。、用温度计测记本次实验的水温t。并查得相应的运动粘度v值或用v,下列公式计算v值:从而计算出相应于每次流tt量下的Re值。五、注意事项、每次关闭尾阀时要缓慢进行在层流段:应在水压计=,mm,h=,mmHO(冬季)量测范围内测记,组数据HO(夏季),h在紊流段:夹紧水压计止水夹每次增量,mmHO递加用电子,h压差计测量。、记录水温时应将温度计放在水中读数。、紊流段用水压差计测量压差时压差计液面有微小波动应读取上下波动范围的平均值。六、实验成果及要求、有关常数。圆管直径d=cm实验装置台号:、记录及计算(见表)。、成果整理:绘制lgv,lgh与lg(),lgRe曲线确定指数m的大,f小并判断流区。在方格纸具分别以lgv为横坐标以lgh为纵坐标点绘flgv,lgh曲线以lgRe为横坐标lg()为纵坐标点绘lg(),lgRe,,f曲线并根据具体情况连成一段或几段直线。直线斜率的公式:lgh,lghffm,lgv,lgv将从图上求得的m值与已知各流区的m值(即导流m=光滑管流区m=粗糙管紊流区m=紊流过渡区<m<)进行比较确定流区。七、思考题、压差计中的读数是否随着实验管道的倾斜放置而发生变化,为什么,、随着管道使用年限的增加,Re关系曲线有什么变化,,、本次实验结果与莫迪图吻合与否,试分析其原因。图一自循环沿程水头损失实验装置简图、自循环高压恒定全自动供水器、实验台、回水管、水压差计、测压针、实验管道、电子量测仪、滑动测量尺、测压点、实验流量调节阀、供水管及供水阀、旁通管及旁通阀、调压筒图二电子量仪测压计、压力传感器、排气旋钮、连通管、主机表一记录与计算表常数cmsK,,gdL,比压计、电测仪读沿程损沿程损Re<水温体积流量Q流速v粘度v雷诺数数cm次序时间s失系数失hfλ=RecmcmscmscmsRecmhhλ管道局部水头损失实验一、实验目的、掌握测定管道局部水头损失系数的方法。,、将管道局部水头损失系数的实测值与理论值进行比较。、观测管经突然扩大时旋涡区测压管水头线的变化情况和水流情况以及其他各种边界突变情况下的测压管水头线的变化情况。二、实验原理由于边界形状的急剧改变水流就会与边界分离出现旋涡以及水流流速分布的改组从而消耗一部分机械能。单位重量液体的能量损失就是水头损失。边界形状的改变有水流断面的突然扩大或突然缩小、弯道及管路上安装阀门等。局部水头损失常用流速水头与与系列的乘积表示。v,,hjg式中:,局部水头损失系数。系数,是流动形状与边界形状的函数即,=f(Re边界形状)。一般水流Re数足够大时可认为系数,不再随Re数而变化而看作常数。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测定,值。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:vA,,h,,,(,)jgAvAh,,,,,(,)jgA式中A和v分别为突然扩大上游管段的断面面积和平均流速A和v分别为突然扩大下游管段的断面面积和平均流速。三、实验设备实验设备及各部分名称如图一所示。图一局部水头损失实验仪四、实验步骤、熟悉仪器记录管道直径D和d。、检查各测压管的橡皮管接头是否接紧。、启动抽水机打开进水阀门使水箱充水并保持溢流使水位恒定。、检查尾阀K全关时测压管的液面是否齐平并保持溢流使水位恒定。、慢慢打开尾阀K使流量在测压管量程范围内最大待流动稳定后记录测压管液面标高用体积法测量管道流量。、调节尾阀改变流量重复测量次。五、注意事项、实验必须在水流稳定后方可进行。、计算局部水头损失系数时应注意选择相应流速水头所选量测断面应选在渐变流上尤其下游断面应选在旋涡区的末端即主流恢复并充满全管的断面上。六、实验成果及要求、有关常数。圆管直径D=cm圆管直径d=cm实验装置台数:、记录及计算(见表一)。、成果分析:将实测的局部水头损失数与理论计算值进行比较试分析产生误差的原因。七、思考题、试分析实测h与理论计算h有什么不同,原因何在,jj、如不忽略管段的沿程水头损失h所测出的值比实际的值偏大,,j还是偏小,在使用此值是否可靠,、在相同管径变化条件下相应于同一流量其突然扩大的值是否,一定大于突然缩小的值,,、不同的Re数时局部水头损失系数值是否相同,通常值是否,,为一常数,表一记录及计算表测次体积w(cm)时间T(s)流量Q(cms)流速v(cms)流速v(cms)测压管高度h(cm)测压管高度h(cm)断面总水头H(cm)H,hvg断面总水头H(cm)H,hvg实测的局部水头损失hjh,H,H(cm)j实测的局部水头损失系数vh,,jg理论的局部水头损失系数A,,(,)A实测的局部水头损失系数,平均值文丘里流量计及孔板流量计率定实验一、实验目的、了解文丘里流量计和孔板流量计的原理及其实验装置。、绘出压差与流量的关系曲线确定文丘里流量计和孔板流量计的流量系数值。,二、实验原理文丘里流量计是在管道中常用的流量计它包括收缩段、喉管、扩散段三部分。由于喉管过水断面的收缩该断面水流动能加大势能减小造成收缩段前后断面压强不同而产生的势能差。此势能差可由压差计测得。孔板流量计原理与文丘里流量计相同根据能量方程以及等压面原理可得出不计阻力作用时的文丘里流量计(孔板流量计)的流量计算公式:Q,K,h理,Dd,其中:Kg,Dd,h,(zp,),(zp,),h,h,h对于文丘里流量计:,h,h,hh,h对于孔板流量计:根据实验室设备条件管道的实测流量Q由体积法测出。实在实际液体中由于阻力的存在水流通过文丘里流量计(或孔板流量计)时有能量损失故实际通过的流量Q一般比Q稍小因此在实际应实理用时上式应予以修正实测流量与理想液体情况下的流量之比称为流量系数即Q实,,Q理三、实验设备实验设备与各部分名称如图一所示。四、实验步骤(熟悉仪器记录管道直径D和d。(启动抽水机打开进水开关使水进入水箱并使水箱保持溢流使水位恒定。(检查尾阀K压差计液面是否齐平若不平则需排气调平。(调节尾阀K依次增大流量和依次减小流量。量测各次流量相应的压差值。共做次。用体积法测量流量。五、注意事项(改变流量时需待开关改变后水流稳定(至少,分钟)方可记录。(当管内流量较大时测压管内水面会有波动现象。应读取波动水面的最高与最低读数的平均值作为该次读数。六、实验成果及要求(有关常数圆管直径D=cm圆管直径d=cm实验装置台号:(记录及计算(见表一)。(成果分析:绘制Q,关系曲线。在厘米方格纸上以为横坐,h,h标以Q为纵坐标分别点绘文丘里流量计和孔板流量计的Q,曲线。,h根据实测的值分析文丘里流量与孔板流量计的流量系数不相同的原因。七、思考题(若文丘里流量和孔板流量计倾斜放置测压管水头差是否变化,为什么,(收缩断面前与收缩断面后相比哪一个压强大,为什么,h,hh,h(孔板流量计的测压管水头差为什么是:,试推导之。(实测的值是大于还是小于,,(每次测出的流量系数值是否是常数,若不是则与哪些因数有关,,图一文丘里流量计与孔板流量计实验仪,Dd表一记录与计算表常数,=cmgKg,Dd测压管高度cm测压管高差cm次文丘里流量体积时间流量Q孔板流量系数μcmscms序系数μhhhhhhhhhhhh动量方程验证实验一、实验目的(测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。(将测出的冲击力与用动量方程计算出的冲击力进行比较加深对动量方程的理解。二、实验原理应用力矩平均原理如图一所示:求射流对平板和曲面板的冲击力。GL力矩平衡方程:FL,GLF,L式中:F射流作用力L作用力力臂G砝码重量L砝码力臂。图一力矩平衡原理示意图,,,,,F,,Q(,V,,V)恒定总流的动量方程为,,,,,,若令且只考虑其中水平方向作用力则可求得射流对平板和曲F,,QV(,cos,)面的作用力公式为:,式中:Q管嘴的流量V管嘴流速射流射向平板或曲面板后的偏转角度。F,,QV,=时。F:水流对平板的冲击力。平平,,F,,QV(,cos),,QV,F=时平,,F,,QV(,cos),,QV,F=时平三、实验设备,,实验设备及各部分名称见图二实验中配有=平面板和=,及=的曲面板另备大小量筒及秒表各一只。图二动量原理实验仪四、实验步骤(记录管嘴直径和作用力力臂。(安装平面板调节平衡锤位置使杠杆处于水平状态(杠杆支点上的气泡居中)。(启动抽水机使水箱充水并保持溢流。此时水流从管嘴射出冲击平板中心标尺倾斜。加砝码并调节砝码位置使杠杆处于水平状态达到力矩平衡。记录砝码质量和力臂L。(用体积法测量流量Q用以计算F。理,,(将平面板更换为曲面板(=及=)测量水流对曲面板的冲击力并重新用体积法测量流量。(关闭抽水机将水箱中水排空砝码从杠杆上取下结束实验。五、注意事项(量测流量后量筒内的水必须倒进接水器以保证水箱循环水充足。(测流量时计时与量筒接水一定要同步进行以减小流量的量测误差。(测流量一般测两次取平均值以消除误差。六、实验成果及要求(有关常数喷管直径d=cm作用力力臂L=cm实验装置台号:(记录及计算(见表一)表一:记录及计算表理论计算冲砝码实测冲击时体平均流力臂测冲击板流量击力F重量力F实理积间L流量速次cms角度αcmcmscmscmsN×N×N×(成果分析:将实测的水流对板的冲击力与由动量方程计算出的水流对板的冲击力进行比较计算出其相对误差并分析产生误差的原因。七、思考题(F与F有差异除实验误差外还有什么原因,实理(实验中平衡锤产生的力矩没有加以考虑为什么,管流流态实验一、目的要求(测定沿程水头损失与断面平均流速的关系并确定临界雷诺数。(加深对不同流态的阻力和损失规律的认识。二、仪器设备设备如下图。另备打气筒一个、量筒一个、秒表一只、温度一只。(由实验小组向实验室借用)三、实验原理(列量测段与断面的难量方程:pvpv,,z,zhw(,)gg,,h,hv,v,,,由于是等直径管道恒定均匀流所以w(,)f(,)即沿程水头损失等于流段的测压管水头差:pp,(),()hzzf,,,断面与的测压管接至斜比压计上其倾斜角为令斜比压计,,的测压牌读数为及则h,(,,,)sin,fJ,hL量测长度为L则水力坡度。f(用体积法测定流量利用量筒与秒表得到量筒盛水的时间T及T时间内盛水的体积W。则流量Q=WT相应的断面平均流速v=QA。(量测水温查相关曲线得运动粘滞性系数v或用下式计算:v,(cms)式中t单位:tt则可得到相应于不同流速时的雷诺数:vdRe,v四、方法步骤(打开水箱下的进水阀向水箱充水使水箱稍有溢水。再全开管道上的前阀与尾阀以冲洗管道。(关闭尾阀松开比压计上端三通管止水夹进行排气。待气体排净后用打气筒经三通管端头向比压计注入压缩空气使两测管水面降至测压牌中部便于测读处再将止水夹夹紧三通管颈端以防止压缩气体外泄。拔去打气筒检查两测管中水面是否齐平若否则应重新排气。(从紊流做到层流将尾阀开到一定的开度(斜比压计上的读数差约,,为厘米左右)开始实验待水流稳定后测读、、w、T便完成了第一个测次。尔后逐次关小尾阀重复上述操作与测读一直做到管道出流几乎成滴淋状方才做完了从紊流到层流的实验过程。(再从层流做到紊流逐次开大尾阀逐次测读(若时间有限可不做此步骤)。(实验过程中每半小时量测一次水温取用水温平均值。(对实测数据进行分析计算以logJ为纵座标以logV为横坐标在方格纸上点绘其关系曲线再从该图上确定出临界流速值V从而计算k出临界雷诺数Re的值并标明实验成果线段的坡度即为本次实验的成果。k五、注意事项管流流态实验(亦称雷诺实验)的技术性比较强必须精心操作才能取得反映真实情况的成果。(不能弄错尾阀的关小与开大。尾阀顺时针旋转为关小逆时针旋转为开大。(应尽可能减少外界对水流的干扰在实验过程中要保持环境安静不要碰撞管道以及与管道有联系的器件要仔细轻巧地操作尾阀开度的改变对水流也是一个干扰因而操作阀门要轻微缓慢而且切忌在关小的过程中有开大或在开大的过程中有关小的现象发生。(尾阀开度的变化不宜过大。当流速较大时斜比压计上的读数差改变大约在cm左右为宜。当接近临界区Re=(,)斜比压计上读k数差约为cm左右以后每次调节反映在斜比压计上的读数差改变应控制在,mm更要细心操作一个单程的量测(从紊流到层流或从层流到紊流)应做,个以上的测次预计全部实测的雷诺数约在,之间但在雷诺数小于以下时约需个测次才能保证实验成果比较完满。(每调节一次尾阀必须等待分钟使水流稳定后方可施测。(用体积法测流量时量水时间越长则流量越精确尤其在小流量时应该注意延长盛水时间。(量测水温时要把温度计放在量筒的水中来读数不可将它拿出水面之外读数。六、量测与计算(实验数据管径d=cm管道过水面积A=cm量测段长度L=cm比压计倾斜率sinα=水温t=运动粘性系数v=cms(数据记录与计算表(详见下表)(成果整理分别以logJ和logV为横坐标(比例用)把实验点点绘在坐标纸上以此定出紊流向层流转化的临界点由临界点所对应的logV的值查反对数得出V=V故可得到临界雷诺数为:kvdkRe,kv七、回答问题(实验成果的评价(为什么上、下临界雷诺数数值会不一样,(若将管道倾斜放置对临界雷诺数是否有影响,为什么,数据记录与计算表(单位以s、cm计)比压计读数水头损水力坡时间流量体积流速测loglogRe失hTQ度JWVfJV次scmscmscmcmcmcmcmcm明渠糙率的测定实验一、目的要求掌握明渠均匀流或明渠非均匀渐变糙率的测定方法并将实验所测得的n与已知材料的糙率n进行比较。测二、仪器设备选定一较长的可变坡的玻璃水槽或固定底坡的玻璃水槽其上装有测量水位的测针如图一所示。图一三、实验原理v,CRi(根据无效流公式:。,,,QQ下上R,i式中:v,。,,LAQ流量A过水断面面积湿周L测量段长度,、上下游水面高程。图二上下将以上数据代入均匀流公式即可算出谢才系数:vC,Ri再由算出糙率n。C,R测n(上述方法仅适用于紊流均匀流阻力平方区但在实验室中不具备可变水槽条件下一般在固定底坡长度有限的水槽中很难调到均匀流所以上述方法不适用。因在固定坡度长度不足的水槽中一般只能产生明渠非均匀渐变流所以明渠的糙率测量只能通过对明渠非均匀渐变流列能量方程式的办法来解决。在明渠非均匀渐变流取一测量段如图二所示。对相距L的断面―和―列能量方程并令。,,,,pvpvz,zhw,,gg在长直玻璃水槽中h=所以h=h代入上式得:jwf()ppvv,,,,,hzz,,,,,,f,(),,,,,,g,,,,,,,,pvpv,,,,h,z,z或f,(),,,,,g,g,,,,上式表明在明渠渐变流中某一测量段之间的沿程能量损失为两断面间的测压管水头差和两断面间的流速水头差之和或者为两断面间单位重量水体的总机械能之差。如图一所示测量两断面间的测压管水头差可直接采用玻璃水槽上已经安装好的水位测针筒进行精确的测量。而两断面间的流速水头差则可通过测量水槽首部的过堰流量Q除以过水断面面积A得到平均流速进而求得两断面间的流速水头差或两断面间单位重量水体的总机械能之差。由于施测段长度L是可预先量测的所以两断面间的平均能坡:hf(,),JpL由于明渠非均匀渐变流条件下糙率n的计算目前尚无精确的计算方法但在渐变流条件下当量测长度较短时一般可近似地借用均匀流公式来计算且用前后两断面各水力要素的平均值来代替计算公式中的各有关水力要素即:QVJ,,pKCR用曼宁公式:C,Rn代入上式得:RJpn,V上式中n即为两测量断面间单位长度上水泥底面和两侧玻璃糙率的综合平均值当已知玻璃的糙率值n=时可采用公式:边n,,n,n,侧侧底底来计算水泥底面的糙率值n(见《综合糙率的计算方法》水利水运专底题述评第辑李昌华)。四、方法步骤(用水准仪与测尺测量每一过水断面水位测针在该断面的零点高程读数(对在各测量断面上的水位测针筒用橡皮管进行连通灌水排气待较长时间稳定后各测针筒内的水位即为同一水平面分别记下各测针对该水平面的读数作为基准面读数。为便于计算该水平基准面应低于水槽水面以下。因此测量时各断面的水位读数减去基准面读数即得各断面的测压管水头上述、步工作由实验室指导教师预先做好并将各量测断面的测针零点高程和基准面读数分别记在各水位测针旁的小牌子上(选定两施测断面将前后两施测断面上水位测针的零点高程和基准面读数以及两施测断面间的流段长度L分别记入记录表格。(打开进水阀、调节尾门使之产生接近均匀流的流动即使h接近h(分别仔细检查各水位测针管与水槽底部相连的橡皮管看是否连通好若有气泡阻隔必须设法排净气泡(待水流稳定后(约小时)测定水槽首部矩形堰(或三角堰)上水头H由H,Q相关曲线查得(或用公式计算)过堰流量Q(分别读出并记下前后两过水断面水位测针筒内的水位读数(改变流量和尾门开度重复,步可得又一组实验数据。五、注意事项(一定要等水流稳定后才能施测在施测过程中千万不要随便变动尾门(施测水深时测针要接触水面波动的平均值读出测针游标值时要正视(计算糙率n时长度单位一律要换算成“m”。六、量测与计算(已知数据()矩形堰(或三角堰)测针零点cm。()槽宽Bcm。()断面至断面的长度Lcm。()断面的槽底测针读数cm基准面测针读数cm。底面()断面的槽底测针读数cm基准面测针读数cm。底面(流量计算公式:,Q,H三角堰:ls(式中H以cm计)。矩形堰:ms(式中H以m计)。Q,CBHHC,式中:HPC流量系数P堰高B堰宽。(数据记录与计算表(见表和表)。七、回答问题(糙率n的物理实质是什么,它与哪些因素有关,(若为明渠恒定均匀流其糙率如何测定,表三角堰(矩形堰)用角堰(矩形堰)过堰流量水面测针读数堰顶水头QH=,测测cmcmls表第一次数据第二数据名称单位断面,断面,断面,断面,测针筒水位读数cm测压管水头pcm,,,,z基,断面水深cmH=,底断面平均流速Qcmsv,Bh断面总机械能pvcmHz,,g平均水深hhmh,平均水力半径mBhR,BB平均流速Qmsv,Bh平均能坡HH,J,pL平均糙率Rn,Jpv堰流流量系数的测定实验一、目的要求(掌握堰流流量系数m的测定方法了解流量系数m的物理意义。(观察淹没堰流的水流形态和特征。(点绘实用堰流流量系数m与水头H的关系曲线。(点绘宽顶堰流流量系数m与水头H的关系曲线。二、仪器设备如图示。在玻璃水槽中分别装有实用堰(WES型)和宽顶堰并在水槽首部装有的三角量水堰在堰前装有水位测针筒。三、实验原理由堰流流量公式:Q,mBgHQ得到:m,BgH实验时改变槽中不同的流量即可测得相应于不同流量时的堰顶水头H值。然后计算出H(含行近流速水头)。利用上式计算出相应于不同堰顶水头H的m值从而可以点绘出m与水头H的关系曲线。四、步骤方法实用堰与宽顶堰的实验方法完全相同。(放水之前用活动测针测出堰前槽底高程及堰顶高程则堰底堰顶高P=,。堰顶底(关闭首部的泄水阀打开进水阀和尾门保持堰流为自由出流待水流稳定后测读水槽首部三角堰上游水面测针读数则三角堰水头H=,根据Q,H曲线查Q前或根据三角堰流量公式Q=Hcms计算Q值(式中H以cm计)。(用水位测针筒测读堰前的水深h约在堰上游(,)H以上断面处得堰顶水头H=h,p式中p为堰的高度。堰(计算行近流速v和包括行近流速水头的堰上水头H。v,Qv,HH,,堰Bhg,式中:B槽宽=。(按堰流流量公式计算流量系数m值。(改变流量(关小进水阀)重复、、步骤共做八次左右。(实验完成后可关小尾门抬高下游水位观察淹没堰流的水流形态。五、注意事项(要检查水槽首部泄水阀是否关闭否则所测流量与进槽流量是不相等的。(堰上水头一定要在距离堰顶(,)倍水头以上处量测。(每次调节流量一定要待水流稳定(时间间隔大约需分钟左右)后才能施测。(关小尾门时注意水位变化不要使水流溢出槽外。六、量测与计算(实验数据三角堰零点读数=cm堰前水位测针零点读数=cm。底堰高p=cm水槽宽度B=cm。(实用堰(宽顶堰)流量系数测定启示及计算表格(见下表)。七、回答问题(从m随H的变化趋势说明其变化原因,(如何从水流现象上判断堰流是否淹没,(宽顶堰流的淹没过程有什么特点,数据记录及计算表三角堰流量实用堰(宽顶堰)堰前水深堰顶水头测针筒水面水头QH=,前水面读数实前前底H=h,p堰读数H=,cmscmcmcmcm前过水堰前行近vv断面面积流速HH,HBgH堰mggAvcmcmscmcmcmcms闸下自由出流流量系数的测定实验一、目的要求,,(掌握平板闸门流量系数的测定方法了解影响的因素。,(点绘流量系数与相对开度eH之间的关系曲线。二、仪器设备设备如图示。玻璃水槽在水槽首部装有的三角量水堰在闸门处设有测量闸门开度的标尺闸门前装有水位测针筒。三、实验原理如图示列―和C―C断面的能量方程式,,vvvcccHh,,cggg经整理得到:Q,,eBgHQ,,eBgH,,式中流量系数它是流速系数和相对开度eH的函数。在实验中保持流量一定改变闸门开度经量测Q、H、e、B值后,,便可按上式求得值。最后根据不同的相对开度点绘,eH之间的关系曲线。四、方法步骤(水槽放水之前首先关闭平板闸门读记闸门标尺的起始读数e。然后将闸门开到一定开启度。(关闭首部的泄水阀打开进水阀和尾阀使水流保持自由出流待水流稳定后利用水槽首部的三角堰流测定过闸流量流量应控制在闸门较小开度时闸前水面不溢出水槽为准。(利用闸前水位测针测读闸前水位。(或利用测压管测定)。,(利用平板闸门上的标尺测读闸门标尺读数到此即完成一个e测次。(继续进行第二次实验。增大一点平板闸门的开度待水流稳定后测读闸前水位测读闸门开度共做八次左右。(当以上实验完毕后调节尾门变化下游水深观察闸门下游淹没水跃、临界水跃、远离水跃的水流特点及水闸出流情况。,,(分析整理实验数据以为纵坐标eH为横坐标点绘,eH线即为本实验的成果。五、注意事项(水槽首部进水阀打开调好后实验过程中不再变动以保持流量一定。(在实验过程中应保证过闸水流为自由出流。为此尾门的开度应开大一些。(闸门小开度时闸前水面不得过高。以防水槽漫溢。(实验点数据太少时可变更流量和闸门的相对开度重复实验步骤,。六、量测计算(实验数据三角堰零点=cm。用角堰堰上水位读数=cm。三角堰堰上水头H=,cm。流量Q=Hcms。闸前水位测针零点读数cm槽宽B=cm。底闸门关闭时标尺起始读数e=cm。(数据记录与计算表(见下表)。七、回答问题,(为什么相对开度eH会影响流量系数值,(当闸下出现淹没出流时闸前水位将发生什么变化,为什么发生这个变化,数据记录与计算表闸门标闸前行闸前过水闸门开启度闸前水面闸前水深尺读数近流速断面面积,e,e,e读数H=,底A=BHv=QA,ecmcmcmCmcmscmvveBgH,HH,eHggcmscmcm有压渗流电拟法实验一、目的要求l、通过本实验了解电拟法实验原理、掌握测定平面有压渗流等势线的方法并根据等势线绘制流网或用电拟法试验仪直接测出流网、根据所绘制或测出的流网求渗流量(有关数据由教师给出)。二、实验原理渗流的运动规律在符合达西线性定律的条件下与导体中电流现象的规律一样都可用拉普拉斯方程来描述。因此在渗流和电流现象之间存在着比拟关系。利用这种比拟关系测出电流场中的有关物理量采求解或解释有压渗流场中的水力要素这种方法叫做水电比拟法。基于两者之间的比拟关系若能将电流场与渗流场保持几何相似导电性质和渗透性质相似以及边界条件相似那么测出电流场中的等位线就可视为渗流场中的等势线即等水头线。平面有压渗流电拟模型首先要做到几何形状相似然后考虑各种边界的模拟:透水边界在渗流场中为一等势线如上游渗入面和下游逸出面这在电模型中可用铜片来模拟。不透水边界如闸底板和渗流区域的边界则可用绝缘体(如有机玻璃、玻璃等)来模拟。除此以外还要考虑导电性质和渗透性质相似的条件:在均质土壤中的渗流其渗透系数K为一常数可用厚度均匀的同一导电液(如自来水)来模拟。由于在一个流动区域内流速势函数和流函数是共轭调和函数当边界条件互换时两个函数也互换。因此可在同一个模型上测完等势线后将绝缘边界和汇流板的位置调换这样在新的边界条件下所测得的等位线就是原流场的流线。三、仪器设备、标准模型盘一组(测“等势线”、和测“流线”的模型盘各个)。、电拟试验仪一台如下图所示。四、方法步骤l、将模型盘按一定比例点绘在方格纸上(由指导教师预先布置)。、利用水平尺调平模型盘以保证导电液厚度均匀一致再将导电液注入模型盘中其厚度控制在厘米左右、按图连接线路在指导教师检查无误后再接通电源、分别按分压器上和两个按键用探针先后触及上游高电位()和下游低电位()检查微安表指针是否指零如能指零表示仪器完好再把探针指向模型盘水中如若表头指针向某一侧偏离表示可以开始施测(以上步骤一般在实验前已由指导教师作好了准备)。、按下分压器上那一个按键将探针在模型盘上沿正交等势线方向往返移动(一般固定一个坐标为好)寻找表头指针指零的相应于这一根等势线的坐标点找到后并立即录绘到准备好的方格纸上测出多点后可徒手连接成光滑曲线即得这一条等势线。、依次按下其它各个按键按上述方法测得其它各条等势线。、实验结束后关闭电源倒掉导电液盖上防尘罩。五、注意事项、本实验使用较精密仪器上课前一定要预习好实验指导书实验时应严格按操作规程进行。、线路接好后必须由指导教师检查同意后方可打开电源。、在靠近建筑物底部轮廓线附近由于等势线曲率变化较大测点宜密一些以便于光滑连接等势线。六、回答问题、电拟法试验求得之流网图与电桥两端电位差的数值有没有关系、用电拟法画流线应注意那些问题、如何用所测得之流网图计算渗流量和渗流流
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