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水力学实验.doc

水力学实验

陈姿惜
2017-09-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《水力学实验doc》,可适用于综合领域

水力学实验(一)水静力学实验一、实验目的要求通过测定密闭容器内静止液体中任意点(A、B)点的静水压强进一步加深理解水静力学基本方程的物理意义和几何意义测定某种液体的容重γ。二、实验装置本实验的装置如图所示。图水静力学实验装置图、蓄水筒、密封水箱、通气孔、某种液体、、、、为测压管三、实验原理对于重力作用下处于静止状态的不可压缩的连续均质液体(如水、汽油、酒精、甘pz,c (常数) 或  p,p,h,油等)其基本方程为:式中:Z单位位能即位置水头p,单位压能即压强水头,液体容重p液体内部任一点的静水压强p液体表面压强h液体内部任一点的液体深度。工程上一般用相对压强进行计算。相对压强是以当地大气压为零(即作为基准面)开始计量的压强。p,p,h,pa相相对压强p相pp,a当=时P,γh或h,相ppp真当,时,,,相相pa式中:当地大气压强。一般计算用工程大气压工程大气压为千牛米(即。千帕)四、实验方法与步骤实验分两种情况进行。实验用液体为水。ppa(一)液体表面压强大于大气压强(即,)的实验打开通气孔使水箱内的表面压强为大气压强。这时水箱内蓄水筒内和测压管内的水面应在同一水平面上。如果不在同一水平面上必须检查各连接部位是否有漏水堵塞现象及时处理好。关闭通气孔将蓄水筒向上移动筒内水流入箱内使箱内空气被压缩这时箱ppa内液体表面压强,。在测压管中看出压差的存在。待水箱的蓄水筒内液面稳定后测读测压管内的液面读数至并填入表(一)内。ppa将蓄水筒再向上移动箱内液体表面压强,重复步骤。重复步骤要求共测三次。ppa(二)液体表面压强小于大气压强(即,)的实验打开通气孔使水箱内的液体表面压强为大气压强。关闭通气孔或将通气孔胶管接于水箱顶部存水盒的测压管上。将蓄水筒向下移ppa动使箱内水流入筒内这时箱内空气膨胀液体表面压强,。在测压管中看出压差的存在。待水箱的蓄水筒内液面稳定后测读测压管内的液面读数至填入表(一)内并观察存水盒的测压管内液面升高现象。ppa将蓄水筒再向下移动箱内液体表面压强仍然是,重复步骤。重复步骤要求共测三次。注意事项:上下移动蓄水筒时不能太快以免压差太大使液体从测压管内流出。仪器是由有机玻璃管构成必须细心操作以免损坏。(二)能量方程实验一、实验目的要求验证不可压缩液体恒定总流的能量方程通过对水动力学诸多水力现象的实验分析研讨进一步掌握有压管流中水动力学的能量转换特性掌握流速、流量、压强等水动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,所示。图自循环能量方程实验装置图自循环供水器实验台可控硅无级调速器溢流板稳水孔板恒压水箱测压计滑动测量尺测压管实验管道测压点毕托管实验流量调节阀。说明:本仪器测压管有两种:毕托管测压管(表中标*的测压管)用以测读毕托管探头对准点的总水头pupv'()()H,zH,z,g,g须注意一般情况下H′与断面总水头不同(因一般uv)它的水头线只能定性表示总水头变化趋势普通测压管(表未标*者)用以定量量测测压管水头。实验流量用阀调节流量由体积时间法(量筒、秒表另备)、重量时间法(电子称另备)或电测法测量(以下实验类同)。三、实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面()至另一断面(i)的能量方程式(i,„„n),pv,pviiiz,zhiw,igg,,p,,,,,,n取=选好基准面从已设置的各断面的测压管中读出Z值,vg测出通过管路的流量即可计算出断面平均流速v及从而即可得到各断面测管水头和总水头。四、实验方法与步骤、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。、打开开关供水使水箱充水待水箱溢流检查调节阀关闭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。、打开阀观察思考)测压管水头线和总水头线的变化趋势)位置水头、压强水头之间的相互关系)测点()、()测管水头同否为什么)测点()、()测管水头是否不同为什么)当流量增加或减少时测管水头如何变化、调节阀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)。、改变流量次重复上述测量。其中一次阀门开度大到使号测管液面接近标尺零点。(三)毕托管测速实验一、实验目的要求、通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量掌握用毕托管测量点流速的技能、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水力学量测仪器的现实作用。二、实验装置本实验的装置如图所示。图毕托管测速实验装置图自循环供水器实验台可控硅无级调速器水位调节阀恒压水箱管嘴毕托管尾水箱与导轨测压管测压计滑动测量尺(滑尺)上回水管。说明:经淹没管嘴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。测压计的测压管、用以测量高、低水箱位置水头测压管、用以测量毕托管的全压水头和静压水头水位调节阀用以改变测点的流速大小。三、实验原理u,cg,h,k,hk,cg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压水头差。,u,,g,h,,,c,h,H联解上两式可得。式中u测点处流速由毕托管测定,,测点流速系数H管嘴作用水头。四、实验方法与步骤准备(a)熟悉实验装置各部分名称、作用性能搞清构造特征、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、相连通。(c)将毕托管对准管嘴距离管嘴出口处约,cm上紧固定螺丝。开启水泵顺时针打开调速器开关将流量调节到最大。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必须重新排气。测记各有关常数和实验参数填入实验表格。改变流速操作调节阀并相应调节调速器使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。实验结束时按上述的方法检查毕托管比压计是否齐平。(四)雷诺实验一、实验目的和要求、观察层流、紊流的流态及其转换特征、测定临界雷诺数、掌握圆管流态判别准则二、实验装置本实验的装置如图所示。图自循环雷诺实验装置图自循环供水器实验台可控硅无级调整器恒压水箱有色水水管稳水孔板溢流板实验管道实验流量调节阀。供水流量由无级调速器调控使恒压水箱始终保持微溢流的程度以提高进口前水体稳定度。本恒定水箱还设有多道稳水隔板可使稳水时间缩短到分钟。有色水经有色水水管注入实验管道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示水采用自行消色的专用色水。三、实验原理QVdKR,,,KQ,e,,,dvdv四、实验方法与步骤测记本实验的有关常数观察两种流态打开开关使水箱充水至溢流水位经稳定后微微开启调节阀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。测定下临界雷诺数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()待管中出现临界状态时用体积法或电测法测定流量()根据所测流量计算下临界雷诺数并与公认值()比较偏离过大需重测()重新打开调节阀使其形成完全紊流按照上述步骤重复测量不少于三次()同时用水箱中的温度计测记水温从而求得水的运动粘度。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颜色水线刚开始散开时即为上临界状态测定上临界雷诺数,次。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。(五)沿程水头损失实验一、实验目的要求f、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绘制lgh,lgv曲线、掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气水压差计及电测仪测量压差的方法、将测得的Re,λ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所示。图自循环沿程水头损失实验装置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计实验管道水根压差计滑动测量尺测压点实验流量调节阀供水管与供水阀旁通管与旁通阀稳压筒。根据压差测法不同有两种型式:型式压差计测压差。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量测仪(简称电测仪)量测。与型式比较该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪(图)所取代。本实验装置配备有:、自动水泵与稳压器自循环高压恒定全自动供水器由离心泵、自动压力开关、气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。接测点接测点图压力传感器排气旋钮连通管主机、旁通管与旁通阀由于本实验装置所采用水泵的特性在供小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。、稳压筒为了简化排气并防止实验中再进气在传感器前连续由只充水(不满顶)之密封立筒构成。、电测仪由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点(图)。压差读数(以厘米水柱为单位)通过主机显示。三、实验原理由达西公式gdhgdhh,Lvfff,,,,(dQ),kh,fdgLLvQ得()K,,gdL另由能量方程对水平等直径圆管可得h,(p,p),f()压差可压差计或电测。对于多管式水银压差有下列关系:,p,pmh,,(,)(h,hh,h),,hfm,,ww,h,h,hh,hm(),hm式中γ、γ分别为水银和水的容重为汞柱总差。mω四、实验方法与步骤准备对照装置图和说明搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理检查蓄水箱水位是否够高及旁通阀是否已关闭。否则予以补水并关闭阀门记录有关实验常数:工作管内径d和实验管长L(标志于蓄水箱)。准备启动水泵。本供水装置采用的是自动水泵接通电源全开阀打开供水阀水泵自动开启供水。准备调通量测系统。、夹紧比压计止水夹打开出水阀和进水阀(逆钟向)关闭旁通阀(顺钟向)启动水泵排除管道中的气体。、全开阀关闭阀松开比压计止水夹并旋松比压计之旋塞F排除比压计中的气体。随后关阀开阀使比压计的液面降至标尺零指示附近即旋紧F。,再次开启阀并立即关闭阀稍候片刻检查水压计是否齐平如不平则需重调。水压计齐平时则可旋开电测仪排气旋扭对电测仪的连接水管通水、排气并将电测仪调至“”显示。实验装置通水排气后即可进行实验测量。在阀、阀全开的前提下逐次开大出水阀每次调节流量时均需稳定分钟流量愈小稳定时间愈长测流时间不小于,秒测流量的同时需测记比压计(或电测仪)、温度计(温度表应挂在水箱中)等读数:层流段:应在水压计h,mmHO(夏季),h,mmHO(冬季),量程范围内测,记,组数据。hf紊流段:夹紧比压计止水夹开大流量用电测仪记录值每次增量可按h,hfcmHO递加直至测出最大的值。阀的操作次序是当阀、阀开至最大后逐,hf渐关阀直至显示最大值。结束实验前应全开阀关闭阀检查压计与电测仪是否指示为零若均为零则关闭阀切断电源。否则表明压力计已进气需重做实验。(六)局部水头损失实验一、实验目的要求、掌握三点法、四点法量测局部水头损失系数的技能、加深对局部水头损失机理的理解。二、实验装置本实验装置如图所示。图局部水头损失实验装置图自循环供水器实验台可控硅无级调速器恒压水箱溢流板稳水孔板突然扩大实验管段测压计滑动测量尺测压管突然收缩实验管段实验流量调节阀。实验管道由小大小三种已知管径的管道组成共设有六个测压孔测孔和分别测量突扩和突缩的局部水头损失系数。其中测孔位于突扩界面处用以测量小管出口端压强值。三、实验原理写出局部水头损失前后两断面的能量方程根据推导条件扣除沿程水头损失可得:、突然扩大采用三点法计算下式中h由h按流长比例换算得出。ff,,vvppgg,,f,h实测h=(Z)(Z)je,v,,hgejeA,,,(,)eA理论,v,,h,,gjee、突然缩小hhhhf,Bf,fB,f,采用四点法计算下式中B点为突缩点由换算得出由换算得出:,,vvpphhhgg,,jsf,BfB,实测=(Z)(Z),v,,hgsjsA,,,(,)sA经验,v,,h,,gjss四、实验方法与步骤、测记实验有关常数。、打开电子调速器开关使恒压水箱充水排除实验管道中的滞留气体。待水箱溢流后检查泄水阀全关时各测压管液面是否齐平若不平则需排气调平。、打开泄水阀至最大开度待流量稳定后测记测压管读数同时用体积法或用电测法测记流量。、改变泄水阀开度,次分别测记测压管读数及流量。、实验完成后关闭泄水阀检查测压管液面是否齐平否则需重做。(七)堰流实验一、实验目的要求,H(观察不同的有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象以及下游水位变化对宽顶堰过流能力的影响。,sm掌握测量堰流流量系数m和淹没系数的实验技能并测定无侧收缩宽顶堰的及,s值。二、实验装置如下图所示:图堰流实验装置图有机玻璃实验水槽稳水孔板测针实验堰三角堰量水槽三角堰水位测针筒多孔尾门尾门升降轮支架旁通管微调阀门旁通管供水管供水流量调节阀门水泵蓄水箱。本设备自循环供水回水储存在蓄水箱中。实验时由水泵向实验水槽供水水流经三角堰量水槽流回到蓄水箱中。水槽首部有稳水、消波装置末端有多孔尾门及尾门升降机构。槽中可换装各种堰、闸模型。堰闸上下游与三角堰量水槽水位分别用测针与量测。为量测三角堰堰顶高程配有专用校验器。本设备通过变换不同堰体可演示水力学课程中所介绍的各种堰流现象及其下游水面衔接型式。包括有侧收缩无坎及其它各种常见宽项堰流、底流、挑流、面流和戽流等现象。此外还可演示平板闸下出流、薄壁堰流。同学们在完成规定的实验项目外可任选其中一种或几种作实验观察以拓宽感性知识面。三、实验原理堰流流量公式:Q,mbgH自由出流()Q,,mbgHs淹没出流()堰流流量系数经验公式:圆角进口宽顶堰,PHm,PHPH(当时m=)()直角进口宽顶堰,PHm,PHPH(当时m=)()WES型标准剖面实用堰PHd时属高坝范围m值如下:H,H时m,m,ddH,H时md值参见附录,s淹没系数的经验值参见附录,本实验需测记渠宽b上游渠底高程、堰顶高程、宽顶堰厚度、流量Q、上游,H水位及下游水位还应检验是否符合宽顶堰条件。进而按下列各式HvPH计算确定上游堰高、行近流速、堰上水头总水头:P=QV,b(,,,)H,,,,H,H,vg其中实验流量Q由三角堰量水槽测量三角堰的流量公式为:BQ,Ahcms()h,,,,(cm),,式中:、分别为三角堰堰顶水位(实测)和堰顶高程(实验时为常数)。A、B为率定常数由设备制成后率定标明于设备铭牌上。四、实验方法与步骤(以宽顶堰为例)(把设备各常数测记于实验表格中(根据实验要求流量调节阀门和下游尾门开度使之形成堰下自由出流同时,H满足<<的条件。待水流稳定后观察宽顶堰自由出流的流动情况定性绘出其水面线图。(用测针测量堰的上、下游水位。在实验过程中不允许旋动测针针头(包括明渠所有实验均是如此)(待三角堰和测针筒中的水位完全稳定后(需待分钟左右)测记测针筒中水位。(改变进水阀门开度测量个不同流量下的实验参数。Hhs(调节尾门抬高下游水位。使宽顶堰成淹没出流(满足)。测记流,Q量及上、下游水位。改变流量重复次。(测算淹没系数。方法有二:,,Qs方法一根据步骤测记的与H值由式()确定,式中m需根据H值由fm自由出流下实验绘制的~(H)曲线确定也可由上式()或()式计得(误差不大于)。方法二:在完成步骤后已测得自由出流下的Q值。后调节尾门使这成淹没出流此时由于流量没有改变因淹没出流的影响上游水位必高出原水位为便于比较可'Q减小过水流量待堰上游水位回复到原自由出流水位测定此时的流量,据式()',,QQs。可得hs参照以上方法改变重复测次。对WES型实用堰除淹没系数不测外其余同上。,s附录宽顶堰的淹没系数值hsH,shsH,sHH~md附录关系曲线

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