水力學(xué)實驗報告實驗組別：實驗組員：實驗日期：

A155;57;510土木系201951流體靜力學(xué)綜合型實驗一、實驗?zāi)康暮鸵笳莆沼脺y壓管測量流體靜壓強的技能；驗證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程；通過對諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實驗觀察分析，加深流體靜力學(xué)基本概念理解，提高解決靜力學(xué)實際問題的能力。二、實驗原理1．在重力作用下不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程z p C 或 pp

ghg 0式中：z ——被測點相對基準(zhǔn)面的位置高度；p ——被測點的靜水壓強（用相對壓強表示,以下同）；p——水箱中液面的表面壓強；0 ——液體密度；h ——被測點的液體深度。三、實驗內(nèi)容與方法定性分析實驗測壓管和連通管判定。測壓管高度、壓強水頭、位置水頭和測壓管水頭判定。觀察測壓管水頭線。(4)判別等壓面。觀察真空現(xiàn)象。6定量分析實驗(1)測點靜壓強測量。根據(jù)基本操作方法，分別在p0

=0、p0

>0、p0

0pB

<0條件下測量水箱液面標(biāo)高2、、、Dp、p、p、0 H A B Cp。D實驗數(shù)據(jù)處理與分析參考四。四、數(shù)據(jù)處理及成果要求記錄有關(guān)信息及實驗常數(shù)實驗設(shè)備名稱： 靜力學(xué)實驗儀 實驗臺號： No.1 實驗者： A1組7人 實驗日期：_5月7號_各測點高程為：= 2.1 10-2m、= -2.9 10-2m、= -5.910-2mB C D基準(zhǔn)面選在 2號管標(biāo)尺零點上 z

-2.910-2m、zC D

= -5.9 10-2m實驗數(shù)據(jù)記錄及計算結(jié)果（1，2）成果要求回答定性分析實驗中的有關(guān)問題。C由表中計算的z p 、zCC g Dp

pDgp答：實驗結(jié)果表明z C

C=zg D

DCDgZ五、分析思考題

P C。g1．相對壓強與絕對壓強、相對壓強與真空度之間有什么關(guān)系？測壓管能測量何種壓強？答：①絕對壓強：以絕對零壓為起點計算的壓強或完全真空狀態(tài)下的壓強為基準(zhǔn)計算的壓強。常用P 表示abs相對壓強：或稱為表壓強，簡稱表壓，是指以當(dāng)?shù)卮髿鈮篜a

為基準(zhǔn)計算的壓強。P0，0。絕對壓強恒大于等于零，而相對壓強值可正可負(fù)可為零。兩者的關(guān)系：PP Pabs a②真空度Pv

，當(dāng)被測量的系統(tǒng)的絕對壓強小于當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簳r，當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮号c系統(tǒng)絕對壓之差，稱為真空度。此時所用的測壓儀表稱為真空表。真空度可以用水柱高度來表示，即Pv

Pghv

（式中hv

為真空高度）③測壓管能測相對壓強。2．測壓管太細(xì)，對測壓管液面讀數(shù)造成什么影響？答：若被測液體為水，當(dāng)測壓管太細(xì)時，測壓管液面因毛細(xì)現(xiàn)象而產(chǎn)生液面上升現(xiàn)象，造成誤差。毛細(xì)高度hcosd為毛細(xì)升高。常溫(t=20℃=7.28N/m=0.98N/m。水與玻璃的浸潤角很小，可認(rèn)為29.7co=1.0。于是有h

dmm)d一般來說，當(dāng)玻璃測壓管的內(nèi)徑大于10mm時，毛細(xì)影響可略而不計。另外，當(dāng)水質(zhì)不潔時，減小，毛細(xì)高度亦較凈水?。划?dāng)采用有機玻璃作測壓管時，浸潤角h較普通玻璃管小。如果用同一根測壓管測量液體相對壓差值，則毛細(xì)現(xiàn)象無任何影響。因為測量高、低壓強時均有毛細(xì)現(xiàn)象，但在計算壓差時，互相抵消了。3．本儀器測壓管內(nèi)徑為0.8×10-2m，圓筒內(nèi)徑為2.0×10-1m，儀器在加氣增壓后，水箱液面將下降而測壓管液面將升高H，實驗時，若近似以p0

=0時的水/H為多少？，而同時測壓管1/2H，由水量平衡原理則有24

D 2d2H 24則 2 d2H D代入數(shù)據(jù)則有 0.0032H于是相對誤差

HH

0.0032

0.0032因此可以忽略不計。

H H 10.0032對于單根測壓管的容器若有Dd＞10或?qū)筛鶞y壓管有Dd＞14時，便可使＜0.01。表1 流體靜壓強測量記錄及計算表水箱液測壓管壓強水頭水箱液測壓管壓強水頭實驗條件次序面0液面Hp/(10-m)/(10-m)Ag pB pH 0gH BC g H CpDg/p=00p0>01112.512.312.530.0/(10-2m)017.7(10-m)10.427.9/(10-m)15.432.9/(11835p0(其中一次p<0)212.21.9-10.3-0.24.87.212.423.911.521.826.829<0112.38.9-3.46.811.814六、注意事項1．用打氣球加壓、減壓需緩慢，以防液體溢出及油柱吸附在管壁上；打氣后務(wù)必關(guān)閉打氣球下2．真空實驗時，放出的水應(yīng)通過水箱頂部的漏斗倒回水箱中。3．在實驗過程中，裝置的氣密性要求保持良好。2 恒定總流伯努利方程綜合性實驗一、實驗?zāi)康暮鸵笸ㄟ^定性分析實驗，提高對動水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實驗分析能力；通過設(shè)計性實驗，訓(xùn)練理論分析與實驗研究相結(jié)合的科研能力。二、實驗原理1．n個過水?dāng)嗝妫诤愣鲃訒r，可以列出進(jìn)口斷面(1)i=2,3…,n)p v2 p v2z 1 11z i iih1 g 2g

i g 2g

w1i?。剑健?，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出z p 值，1 2 n gv及v2，從而可得到各斷面測2g管水頭和總水頭。2．過流斷面性質(zhì)。均勻流或漸變流斷面流體動壓強符合靜壓強的分布規(guī)律，z

p Cg1p1zgz21p1

p p 2 三、實驗內(nèi)容與方法1．定性分析實驗驗證同一靜止液體的測壓管水頭線是根水平線。觀察不同流速下，某一斷面上水力要素變化規(guī)律。驗證均勻流斷面上，動水壓強按靜水壓強規(guī)律分布。觀察沿流程總能坡線的變化規(guī)律。觀察測壓管水頭線的變化規(guī)律。利用測壓管水頭線判斷管道沿程壓力分布。2.定量分析實驗——伯努利方程驗證與測壓管水頭線測量分析實驗219號測管液面接近可讀數(shù)范圍的最低點，待流量穩(wěn)定后，測記各測壓管液面讀數(shù)，同時測記實驗流量（畢托管測點供演示用，不必測記讀數(shù)）。實驗數(shù)據(jù)處理與分析參考第五部分內(nèi)容。四、數(shù)據(jù)處理及成果要求1．記錄有關(guān)信息及實驗常數(shù)實驗設(shè)備名稱： 伯努利方程實驗儀 實驗臺號： No.3 實驗者： A1組7人

實驗日期：_510_均勻段d=1.410-2m 喉管段d=1.010-2m 擴管段d=2.010-2m1 2 3水箱液面高程=47.2910-2m 上管道軸線高程=18.710-2m0 z（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點上）2．實驗數(shù)據(jù)記錄及計算結(jié)果測點編號①*②③測點編號①*②③1.4④⑤管徑d/10-m兩點間距/10-2m1.41.41.4⑥*⑦1.0⑧*⑨1.4⑩111.412*131.414*151.416*172.018*191.44466413.561029.51616表2 測壓管水頭h，流量測記表（其中hz

pi，單位10-mi為測點編號）實驗次數(shù)h2h3實驗次數(shù)h2h3h4h5h7h9h10h11h13h15h17h19qV/(10-6m3/s)137.37.36.35.6.02023.15.17.8.211.318.12211.632158.8167.67110318243.43.42.41.12.26.29.22.24.998985962表3 計算數(shù)值表流速水頭41.000.785269.59237.0820.785213.59323.2762.003.14267.3552.3153.14253.3641.453H

（H

z

p 2q Vq VV11 1t211.63qV2V t2 2167.67d/10-2mA/(10-6m3/s)v/(10-2m/s)v22g/10-2mA/10-4m2/(10-6m3/s)v/(10-2m/s)v22g/10-2m1.401.539137.5119.6481.539108.9473686.056

，單位102i為測點編號）i i i

g 2g245791315171946.745.644.943.029.626.817.813.611.655584451449.948.847.936.032.530.221.019.514.8666866655實驗次數(shù)實驗次數(shù)HHHHHHHHHqV1211.632167.67回答定性分析實驗中的有關(guān)問題。3。繪制上述成果中最大流量下的總水頭線和測壓管水頭線。（軸向尺寸參5，5）。4003001 4003001 2682001034579110100500404060 60 4013513112011416180151719019516016080 50100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200/mm圖5 繪制測壓管水頭線坐標(biāo)圖圖6.測壓管水頭線 圖總水頭線五、分析思考題1．測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢有何不同？為什么？答：測壓管水頭線沿程可升可降，線坡可正可負(fù)。而總水頭線沿程只降不升，線坡恒為正，即。這是因為水在流動過程中，依據(jù)一定邊界條件，動能和勢能579，管漸擴，部分動能又轉(zhuǎn)換成勢能，測壓管水頭線升高。而據(jù)能量方程E1

E hw2 12

,hw12

為損失能量，是不可逆的，即恒有hw12

>0，故E恒小2EJ越大，表明單位流1程上的水頭損失越大，如漸擴段和閥門等處，表明有較大的局部水頭損失存在。但總水頭線變化一直處于下降趨勢，測壓管水頭為 ZP

,而總水頭為P V2Z 。測壓管水頭對應(yīng)液體流動的總勢能，總水頭對應(yīng)機械能，液體是從 2g總機械能大的地方流向總機械能小的地方。2．閥門開大，使流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？答：（1）流量增加，測壓管水頭線總降落趨勢更顯著。這是因為測壓管水頭EH ZpEv2 E Q2 ，任一斷面起始時的總水頭E

及管道過流斷面面p 2g 2gA2AQ

v22g

Z

p必減小。而且隨流量的增加阻力損E相應(yīng)減小，故Z

p的減小更加顯著。（2）測壓管水頭線的起落變化更為顯著。因為對于兩個不同直徑的相應(yīng)過水?dāng)嗝?管中水流流速過快時為紊流，兩個斷面之間的損失系數(shù)接近于常數(shù)，管道斷面為定值，故Q亦增大，測壓管水頭線的起落變化就更為顯著。3．由畢托管測量的總水頭線與按實測斷面平均流速繪制的總水頭線一般都有差異，試分析其原因。1、6、8、12、14、1618際測繪的總水頭是以實測的Z

p值加斷面平均流速水頭

v2繪制的。據(jù)經(jīng)驗資2g料，對于圓管紊流，只有在離管壁約0.12d的位置，其點流速方能代表該斷面的平均流速。由于本實驗畢托管的探頭通常布設(shè)在管軸附近，其點流速水頭大于斷面平均流速水頭，所以由畢托管測量顯示的總水頭線，一般比實際測繪的總水線偏高。4．為什么急變流斷面不能被選作能量方程的計算斷面？由于能量方程推導(dǎo)時的限制條件之一是質(zhì)量力只有重力六、注意事項1.各自循環(huán)供水實驗均需注意：計量后的水必須倒回原實驗裝置的水斗內(nèi)，以保持自循環(huán)供水（此注意事項后述實驗不再提示）。2.穩(wěn)壓筒內(nèi)氣腔越大，穩(wěn)壓效果越好。但穩(wěn)壓筒的水位必須淹沒連通管的進(jìn)口，以免連通管進(jìn)氣，否則需擰開穩(wěn)壓筒排氣螺絲提高筒內(nèi)水位；若穩(wěn)壓筒的水位高于排氣螺絲口，說明有漏氣，需檢查處理。3.傳感器與穩(wěn)壓筒的連接管要確保氣路通暢，接管及進(jìn)氣口均不得有水體進(jìn)入，否則需清除。4.智能化數(shù)顯流量儀開機后需預(yù)熱3~5分鐘。3達(dá)西滲流實驗一、實驗?zāi)康暮鸵?．k值，掌握特定介質(zhì)滲透系數(shù)的測量技術(shù)。2．通過測量透過砂土的滲流流量和水頭損失的關(guān)系，驗證達(dá)西定律。二、實驗原理1．滲流水力坡度JH可用測壓管水頭hhw

J可用測壓管水頭坡度來表示：

hJ wh

hh 1 2h

hl l l為兩個測量斷面之間的距離（測點間距h1 2

為兩個測量斷面的測壓管水頭。2．達(dá)西定律AJ成正比，并和土壤的透水性能有關(guān)，即vk或 qV

wkJlhkAJh式中：v ——滲流斷面平均流速；k ——土質(zhì)透水性能的綜合系數(shù)，稱為滲透系數(shù)；q ——滲流量；VA ——圓桶斷面面積；h——水頭損失。w上式即為達(dá)西定律，它表明，滲流的水力坡度，即單位距離上的水頭損失與滲流流速的一次方成正比，因此也稱為滲流線性定律。3．達(dá)西定律適用范圍vd達(dá)西定律有一定適應(yīng)范圍，可以用雷諾數(shù)Re 10

v為滲流斷10

為土壤顆粒篩分時占10%重量土粒所通過的篩分直徑；為水的運（如絕大多數(shù)細(xì)顆粒土壤中的滲流），達(dá)西定律是適用的。只有在礫石、卵石等大顆粒土層中滲流才會出現(xiàn)水力坡度與滲流流速不再成一次方比例的非線性滲流（Re>1~10），達(dá)西定律不再適應(yīng)。三、實驗內(nèi)容按照基本操作方法，改變流量2~3次，測量滲透系數(shù)k，實驗數(shù)據(jù)處理與分析參考第五部分四、數(shù)據(jù)處理及成果要求1．記錄有關(guān)信息及實驗常數(shù)實驗設(shè)備名稱： 達(dá)西滲流實驗儀 實驗臺號： No.1_實驗者： _A1組7_

實驗日期：_510_砂土名稱： 人工粗砂 ； 測點間距l(xiāng)=30.010-2m；砂筒直徑d=15.0 10-2m； d= 0.03 10-2m102．實驗數(shù)據(jù)記錄及計算結(jié)果（參表1）3．成果要求完成實驗數(shù)據(jù)記錄及計算表。校驗實驗條件是否符合達(dá)西定律適用條件。五、分析思考題1．k是否相同，為什么？k相同，滲流系數(shù)大小取決于很多因素，主要取決kk的大小與流量無關(guān)2．裝砂圓筒垂直放置、傾斜放置時，對實驗測得的qV

、v、J與滲透系數(shù)k值有何影響？答：裝砂圓筒垂直放置、傾斜放置，對測得的qV

J有影響，這是因為在整個系統(tǒng)達(dá)到滲流以后，裝砂圓筒垂直放置、傾斜放置，相當(dāng)于改變了砂桶溢流水面的高度，也就是改變了供水箱水頭和砂桶溢流水面水頭高度差 H，這樣的k就會改變，從而qV

J也會相應(yīng)的改變。但是裝砂圓筒垂直放置、kk是砂子的內(nèi)在屬性。測點壓差/10-2m水力測點壓差/10-2m水力坡度JqV砂筒面積A/10m-42流速v/(10-2m/s)滲透系數(shù) 水k T/(10-2m/s /)h1h2h體積 時間/10-6m3 /s流量)131.438.710.6 20.8 0.6930053.45.62176.70.03180.045920210.628.10.9430041.67.22176.70.04090.043720六、注意事項第五章有壓管道中的恒定流5.2已知：預(yù)制混凝土引水管 查表（P118）n=0.01~0.013D=1m,l=40m, =0.4 D =70m,D =60.5m,D =62.0m Q上 下 管底c解：自由出流流量公式Q=μ A 2g H n取0.013co作用水頭H=70-62.5=7.5m(管道形心點與上有水面的距離)oA=4D2= 4 ㎡π πcμ = 1c21 d2

假設(shè)在阻力平方區(qū) =8g c2C=Rn

6= 110.0131

11×( )614

=61.05(m 1/s)故 =8gc2

=0.021 μ =c

11 d

=0.668Q=0.668×4×2g . 7.5=6.36（m3/s)πV=Q6.36=8.10m/s>1.2m/s 原假設(shè)成立A π45.4Z

=4.5m,l=20m,d=150mm,l

=12m,d

=150mm,=0.03sξ =2.0，ξ自網(wǎng)

=9.0，ξ水泵閥

1=0.3，h900

16m（）Qv 泵（2)Z122（1）解：水泵安裝高度為：1Z≤h-（α+γl1

+）v2 故 =(h-Z)2g/(α+l1v21

+)s v d1

2g max v s d1=(6-4.5)×19.6/(1+0.03×0.15=2.15

+9.0+0.3)故v =1.52（m/s) Q =v

.A=1.52×πd

2=0.0269(m

/s)max

max

max

41 32gz(2)對于自流管：Q=μ 2gzc

作用水頭Z=2/

2A22gcd4

2=0.018μ = 1 = 1 =0.378c d

0.03

200.15

21故Z= 0.02692

=0.83（m)0.372

0.012 19.65.6已知：d=0.4m,H=4m,Z=1.8m,l1

=8m,l2

=4m,l3

=12m求（1）Q（2）p 的斷面位置及hmin vmax解1）淹沒出流QμcA 2gzμ = 1

(n的取值及ξ的取值都要明確)c d

1 (0.4)1n0.013，c=1

R1= ×

6=52.41(m

1/s)6n 0.013 4 263PAGEPAGE6=8gc2

=0.029c故μ= 1 =0.414c0.029 8412 2.520.31.00.4π2Aπd = ×2=0.1256㎡)π24 4Q=0.414×0.1256×

2g2g43

/s)(2)最小壓強發(fā)生在第二轉(zhuǎn)折處（距出口最遠(yuǎn)且管道最高）n=0.012 1-1,2-2為上游水面p0+ a

+0=(Z－d

P +)+2 2+)+

v +(

l＋) 22v2 2 2g d 2g2v2V=Q=2 A

0.473=3.766(m/s)0.1256h= P P =Z－d+( l

)+v2v a 2

1