工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告代學(xué)生樣版

工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書與報(bào)告毛根海編著杭州源流科技有限公司毛根海專家團(tuán)隊(duì)2023年3月

目錄2-1流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)....................................................................12-2恒定總流伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)......................................................82-3文丘里綜合型實(shí)驗(yàn)...........................................................................172-4雷諾實(shí)驗(yàn)..........................................................................................232-5動(dòng)量定律綜合型實(shí)驗(yàn)......................................................................272-6孔口出流與管嘴出流實(shí)驗(yàn)..............................................................332-7局部水頭損失實(shí)驗(yàn)..........................................................................382-8沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)..........................................................................432-9畢托管測速與修正因數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)...................................................492-10達(dá)西滲流實(shí)驗(yàn)................................................................................542-11平面上的靜水總壓力測量實(shí)驗(yàn)....................................................592-1流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?guī)定掌握用測壓管測量流體靜壓強(qiáng)的技能；驗(yàn)證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程；測定油的密度；通過對(duì)諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)觀測分析，加深流體靜力學(xué)基本概念理解，提高解決靜力學(xué)實(shí)際問題的能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。圖.1流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)裝置圖1.測壓管2.帶標(biāo)尺測壓管3.連通管4.通氣閥5.加壓打氣球6.真空測壓管7.截止閥8.U型測壓管9.油柱10.水柱11.減壓放水閥說明：下述中的儀器部件編號(hào)均指實(shí)驗(yàn)裝置圖中的編號(hào)，如測管2即為圖1中“2.帶標(biāo)尺測壓管”。后述各實(shí)驗(yàn)中述及的儀器部件編號(hào)也均指相應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置圖中的編號(hào)。2.裝置說明(1)流體測點(diǎn)靜壓強(qiáng)的測量方法之一——測壓管流體的流動(dòng)要素有壓強(qiáng)、水位、流速、流量等。壓強(qiáng)的測量方法有機(jī)械式測量方法與電測法，測量的儀器有靜態(tài)與動(dòng)態(tài)之分。測量流體點(diǎn)壓強(qiáng)的測壓管屬機(jī)械式靜態(tài)測量儀器。測壓管是一端連通于流體被測點(diǎn)，另一端開口于大氣的透明管，合用于測量流體測點(diǎn)的靜態(tài)低壓范圍的相對(duì)壓強(qiáng)，測量精度為1mm。測壓管分直管型和“U”型。直管型如圖1中管2所示，其測點(diǎn)壓強(qiáng)，h為測壓管液面至測點(diǎn)的豎直高度?！癠”型如圖中管1與管8所示。直管型測壓管規(guī)定液體測點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)大于本地大氣壓，否則因氣體流入測點(diǎn)而無法測壓；“U”型測壓管可測量液體測點(diǎn)的負(fù)壓，例如管1中當(dāng)測壓管液面低于測點(diǎn)時(shí)的情況；“U”型測壓管還可測量氣體的點(diǎn)壓強(qiáng)，如管8所示，一般“U”型管中為單一液體（本裝置因其它實(shí)驗(yàn)需要在管8中裝有油和水兩種液體），測點(diǎn)氣壓為，h為“U”型測壓管兩液面的高度差，當(dāng)管中接觸大氣的自由液面高于另一液面時(shí)h為“+”，反之h為“-”。由于受毛細(xì)管影響，測壓管內(nèi)徑應(yīng)大于8~10mm。本裝置采用毛細(xì)現(xiàn)象弱于玻璃管的透明有機(jī)玻璃管作為測壓管，內(nèi)徑為8mm，毛細(xì)高度僅為1mm左右。(2)恒定液位測量方法之一——連通管測量液體的恒定水位的連通管屬機(jī)械式靜態(tài)測量儀器。連通管是一端連接于被測液體，另一端開口于被測液體表面空腔的透明管，如管3所示。對(duì)于敞口容器中的測壓管也是測量液位的連通管。連通管中的液體直接顯示了容器中的液位，用mm刻度標(biāo)尺即可測讀水位值。本裝置中連通管與各測壓管同為等徑透明有機(jī)玻璃管。液位測量精度為1mm。(3)所有測管液面標(biāo)高均以帶標(biāo)尺測壓管2的零點(diǎn)高程為基準(zhǔn)；(4)測點(diǎn)B、C、D位置高程的標(biāo)尺讀數(shù)值分別以B、C、D表達(dá)，若同時(shí)取標(biāo)尺零點(diǎn)作為靜力學(xué)基本方程的基準(zhǔn)，則B、C、D亦為zB、zC、zD；(5)本儀器中所有閥門旋柄均以順管軸線為開。3.基本操作方法： (1)設(shè)立p0=0條件。打開通氣閥4，此時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)壓強(qiáng)p0=0。(2)設(shè)立p0>0條件。關(guān)閉通氣閥4、放水閥11，通過加壓打氣球5對(duì)裝置打氣，可對(duì)裝置內(nèi)部加壓，形成正壓；(3)設(shè)立p0<0條件。關(guān)閉通氣閥4、加壓打氣球5底部閥門，啟動(dòng)放水閥11放水，可對(duì)裝置內(nèi)部減壓，形成真空。(4)水箱液位測量。在p0=0條件下讀取測管2的液位值，即為水箱液位值。三、實(shí)驗(yàn)原理1．在重力作用下不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程或式中：z——被測點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)面的位置高度；p——被測點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)（用相對(duì)壓強(qiáng)表達(dá),以下同）；p0——水箱中液面的表面壓強(qiáng)；——液體密度；h——被測點(diǎn)的液體深度。2．油密度測量原理方法一：測定油的密度，簡樸的方法是運(yùn)用圖1實(shí)驗(yàn)裝置的U型測壓管8，再另備一根直尺進(jìn)行直接測量。實(shí)驗(yàn)時(shí)需打開通氣閥4，使p0=0。若水的密度為已知值，如圖2所示，由等壓面原理則有(a)(b)圖2油的密度測量方法一圖3油密度測量方法二方法二：不另備測量尺，只運(yùn)用圖1中測管2的自帶標(biāo)尺測量。先用加壓打氣球5打氣加壓使U型測壓管8中的水面與油水交界面齊平，如圖3(a)所示，有再打開減壓放水閥11降壓，使U型測壓管8中的水面與油面齊平，如圖3(b)所示，有聯(lián)立兩式則有四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1.定性分析實(shí)驗(yàn)(1)測壓管和連通管鑒定。按測壓管和連通管的定義，實(shí)驗(yàn)裝置中管1、2、6、8都是測壓管，當(dāng)通氣閥關(guān)閉時(shí)，管3無自由液面，是連通管。(2)測壓管高度、壓強(qiáng)水頭、位置水頭和測壓管水頭鑒定。測點(diǎn)的測壓管高度即為壓強(qiáng)水頭，不隨基準(zhǔn)面的選擇而變，位置水頭z和測壓管水頭隨基準(zhǔn)面選擇而變。(3)觀測測壓管水頭線。 測壓管液面的連線就是測壓管水頭線。打開通氣閥4，此時(shí)，那么管1、2、3均為測壓管，從這三管液面的連線可以看出，對(duì)于同一靜止液體，測管水頭線是一根水平線。(4)判別等壓面。關(guān)閉通氣閥4，打開截止閥7，用打氣球稍加壓，使為0.02m左右，判別下列幾個(gè)平面是不是等壓面；a.過C點(diǎn)作一水平面，相對(duì)管1、2、8及水箱中液體而言，這個(gè)水平面是不是等壓面？b.過U型管8中的油水分界面作一水平面，對(duì)管8中液體而言，這個(gè)水平面是不是等壓面？c.過管6中的液面作一水平面，對(duì)管6中液體和方盒中液體而言，該水平面是不是等壓強(qiáng)？根據(jù)等壓面判別條件：質(zhì)量力只有重力、靜止、連續(xù)、均質(zhì)、同一水平面?？设b定上述b、c是等壓面。在a中，相對(duì)管1、2及水箱中液體而言，它是等壓面，但相對(duì)管8中的水或油來講，它都不是同一等壓面。(5)觀測真空現(xiàn)象。打開放水閥11減低箱內(nèi)壓強(qiáng)，使測管2的液面低于水箱液面，這時(shí)箱體內(nèi)p0<0，再打開截止閥7，在大氣壓力作用下，管6中的液面就會(huì)升到一定高度，說明箱體內(nèi)出現(xiàn)了真空區(qū)域(即負(fù)壓區(qū)域)。(6)觀測負(fù)壓下管6中液位變化關(guān)閉通氣閥4，啟動(dòng)截止閥7和放水閥11，待空氣自管2進(jìn)入圓筒后，觀測管6中的液面變化。2.定量分析實(shí)驗(yàn)(1)測點(diǎn)靜壓強(qiáng)測量。根據(jù)基本操作方法，分別在p0=0、p0>0、p0<0與pB<0條件下測量水箱液面標(biāo)高0和測壓管2液面標(biāo)高H，分別擬定測點(diǎn)A、B、C、D的壓強(qiáng)pA、pB、pC、pD。(2)油的密度測定拓展實(shí)驗(yàn)按實(shí)驗(yàn)原理，分別用方法一與方法二測定油的容重。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決與分析參考五。五、數(shù)據(jù)解決及成果規(guī)定1.記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________各測點(diǎn)高程為：B=10-2m、C=10-2m、D=基準(zhǔn)面選在zC=10-2m、zD=102.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果（參表1，表2）3.成果規(guī)定(1)回答定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題。(2)由表中計(jì)算的、，驗(yàn)證流體靜力學(xué)基本方程。(3)測定油的密度，對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果作以比較。六、分析思考題1．相對(duì)壓強(qiáng)與絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)與真空度之間有什么關(guān)系？測壓管能測量何種壓強(qiáng)？2．測壓管太細(xì)，對(duì)測壓管液面讀數(shù)導(dǎo)致什么影響？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d而測壓管液面將升高H，實(shí)驗(yàn)時(shí)，若近似以p0=0時(shí)的水箱液面讀值作為加壓后的水箱液位值，那么測量誤差d/七、注意事項(xiàng)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)閉打氣球下端閥門，以防漏氣。2．真空實(shí)驗(yàn)時(shí)，放出的水應(yīng)通過水箱頂部的漏斗倒回水箱中。3．在實(shí)驗(yàn)過程中，裝置的氣密性規(guī)定保持良好。表1流體靜壓強(qiáng)測量記錄及計(jì)算表實(shí)驗(yàn)條件順序水箱液面0/(10-2m測壓管液面H/(10-2m壓強(qiáng)水頭測壓管水頭/(10-2m/(10-2m/(10-2m/(10-2m/(10-2m/(10-2mp0=0p0>0p0<0(其中一次pB<0)表2油的密度測定記錄及計(jì)算表?xiàng)l件順序水箱液面0/(10-2m測壓管2液面H/(10-2m/(10-2m/(10-2m/(10-2m/(10-2mp0>0，且U型管中水面與油水交界面齊平p0<0，且U型管中水面與油面齊平2-2恒定總流伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?guī)定通過定性分析實(shí)驗(yàn)，提高對(duì)動(dòng)水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析能力；通過定量測量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握有壓管流中動(dòng)水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性，驗(yàn)證流體恒定總流的伯努利方程，掌握測壓管水頭線的實(shí)驗(yàn)測量技能與繪制方法；通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的科研能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。圖1伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.可控硅無級(jí)調(diào)速器3.溢流板5.穩(wěn)水孔板6.恒壓水箱 7.實(shí)驗(yàn)管道 8.測壓點(diǎn)=1\*GB3①~eq\o\ac(○,19)9.彎針畢托管10.測壓計(jì)11.滑動(dòng)測量尺12.測壓管=1\*GB3①~eq\o\ac(○,19)13.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥14.回水漏斗15.穩(wěn)壓筒16.傳感器17.智能化數(shù)顯流量儀2．裝置說明(1)流量測量——智能化數(shù)顯流量儀智能化數(shù)顯流量儀系統(tǒng)涉及實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒15、高精密傳感器16和智能化數(shù)顯流量儀17（含數(shù)字面板表及A/D轉(zhuǎn)換器）。該流量儀為管道式瞬時(shí)流量儀，測量精度一級(jí)。流量儀的使用方法，需先排氣調(diào)零，待水箱溢流后，間歇性全開、全關(guān)管道出水閥13數(shù)次，排除連通管內(nèi)氣泡。再全關(guān)閥13，待穩(wěn)定后將流量儀調(diào)零。測流量時(shí)，水流穩(wěn)定后，流量儀所顯示的數(shù)值即為瞬時(shí)流量值（以下實(shí)驗(yàn)類同）。若需具體了解流量儀性能請(qǐng)見說明書。(2)測流速——彎針管畢托管圖2彎針管畢托管類型彎針管畢托管用于測量管道內(nèi)的點(diǎn)流速，原理見實(shí)驗(yàn)教材第2章2.3.3。為減小對(duì)流場的干擾，本裝置中的彎針直徑為1.61.2mm（外徑內(nèi)徑）。實(shí)驗(yàn)表白只要開孔的切平面與來流方向垂直，彎針管畢托管的彎角從90~180均不影響測流速精度，如圖圖2彎針管畢托管類型(3)本儀器測壓點(diǎn)有兩種：1)畢托管測壓點(diǎn)，圖1中標(biāo)號(hào)為=1\*GB3①、=6\*GB3⑥、=8\*GB3⑧、eq\o\ac(○,12)、eq\o\ac(○,14)、eq\o\ac(○,16)、eq\o\ac(○,18)（后述加*表達(dá)），與測壓計(jì)的測壓管連接后，用以測量畢托管探頭對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)的總水頭值，近似替代所在斷面的平均總水頭值，可用于定性分析，但不能用于定量計(jì)算；2)普通測壓點(diǎn)，圖1中標(biāo)號(hào)為=2\*GB3②、=3\*GB3③、=4\*GB3④、=5\*GB3⑤、=7\*GB3⑦、=9\*GB3⑨、⑩、eq\o\ac(○,11)、eq\o\ac(○,13)、eq\o\ac(○,15)、eq\o\ac(○,17)、eq\o\ac(○,19)，與測壓計(jì)的測壓管連接后，用以測量相應(yīng)測點(diǎn)的測壓管水頭值。(4)測點(diǎn)=6\*GB3⑥*、=7\*GB3⑦所在喉管段直徑為d2，測點(diǎn)eq\o\ac(○,16)*、eq\o\ac(○,17)所在擴(kuò)管段直徑為d3，其余直徑均為d1。3．基本操作方法（1）測壓管與穩(wěn)壓筒的連通管排氣。打開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，間歇性全開、全關(guān)管道出水閥13數(shù)次，直至連通管及實(shí)驗(yàn)管道中無氣泡滯留即可。再檢查調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后所有測壓管水面是否齊平，如不平則需查明故障因素（例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等）并加以排除，直至調(diào)平。（2）恒定流操作。全開調(diào)速器，此時(shí)水箱保持溢流，閥門13開度不變情況下，實(shí)驗(yàn)管道出流為恒定流。（3）非恒定流操作。調(diào)速器開、關(guān)過程中，水箱6無溢流情況下，實(shí)驗(yàn)管道出流為非恒定流。（4）流量測量。實(shí)驗(yàn)流量用閥13調(diào)節(jié)，記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。三、實(shí)驗(yàn)原理1．伯努利方程。在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n個(gè)過水?dāng)嗝?，在恒定流?dòng)時(shí)，可以列出進(jìn)口斷面(1)至另一斷面(i)的伯努利方程式(i=2,3…,n)取1＝2＝n…＝1，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)立的各斷面的測壓管中讀出值，測出通過管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速v及，從而可得到各斷面測管水頭和總水頭。2．過流斷面性質(zhì)。均勻流或漸變流斷面流體動(dòng)壓強(qiáng)符合靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律，即在同一斷面上，但在不同過流斷面上的測壓管水頭不同，；急變流斷面上。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．定性分析實(shí)驗(yàn)(1)驗(yàn)證同一靜止液體的測壓管水頭線是根水平線。閥門全關(guān)，穩(wěn)定后，實(shí)驗(yàn)顯示各測壓管的液面連線是一根水平線。而這時(shí)的滑尺讀數(shù)值就是水體在流動(dòng)前所具有的總能頭。(2)觀測不同流速下，某一斷面上水力要素變化規(guī)律。以測點(diǎn)⑧*、⑨所在的斷面為例，測管⑨的液面讀數(shù)為該斷面的測壓管水頭。測管⑧*連通畢托管，顯示測點(diǎn)的總水頭。實(shí)驗(yàn)表白，流速越大，水頭損失越大，水流流到該斷面時(shí)的總水頭越小，斷面上的勢能亦越小。(3)驗(yàn)證均勻流斷面上，動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。觀測測點(diǎn)=2\*GB3②和=3\*GB3③，盡管位置高度不同，但其測壓管的液面高度相同，表白。(4)觀測沿流程總能坡線的變化規(guī)律。 加大開度，使接近最大流量，若穩(wěn)定后各測管水位如圖3所示，圖中A-A為管軸線。圖3測壓管水位示例縱觀帶畢托管的測點(diǎn)=1\*GB3①*、=6\*GB3⑥*、=8\*GB3⑧*、eq\o\ac(○,12)*、eq\o\ac(○,14)*、eq\o\ac(○,16)*、eq\o\ac(○,18)*的測管水位（實(shí)驗(yàn)時(shí)可加入雷諾實(shí)驗(yàn)用的紅色水，使這些管呈紅色，如圖3中以較深顏色表達(dá)的測壓管），可見各測管的液面沿流程是逐漸減少而沒有升高的，表白總能量沿流程只會(huì)減少，不會(huì)增長，能量損失是不也許逆轉(zhuǎn)的。(5)觀測測壓管水頭線的變化規(guī)律?？傋兓?guī)律：縱觀測壓點(diǎn)=2\*GB3②、=4\*GB3④、=5\*GB3⑤、=7\*GB3⑦、=9\*GB3⑨、eq\o\ac(○,13)、eq\o\ac(○,15)、eq\o\ac(○,17)、eq\o\ac(○,19)的測壓管水位，可見沿流程有升也有降，表白測壓管水頭線沿流程可升也可降。沿程水頭損失：從=2\*GB3②、=4\*GB3④、=5\*GB3⑤點(diǎn)可看出沿程水頭損失的變化規(guī)律，等徑管道上，距離相等，沿程損失相同。勢能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)換：以測點(diǎn)=5\*GB3⑤、=7\*GB3⑦、=9\*GB3⑨為例，測點(diǎn)所在流段上高程相等，管徑先收縮后擴(kuò)大，流速由小增大再減小。測管=5\*GB3⑤到測管=7\*GB3⑦的液位發(fā)生了陡降，表白水流從測點(diǎn)=5\*GB3⑤斷面流到測點(diǎn)=7\*GB3⑦斷面時(shí)有部分壓力勢能轉(zhuǎn)化成了流速動(dòng)能。而測管=7\*GB3⑦到測管=9\*GB3⑨測管水位回升了，這正和前面相反，說明有部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成了壓力勢能。這就清楚驗(yàn)證了動(dòng)能和勢能之間是可以互相轉(zhuǎn)化的，因而是可逆的。位能和壓能的轉(zhuǎn)換：以測點(diǎn)=9\*GB3⑨與eq\o\ac(○,15)所在的兩斷面為例，由于二斷面的流速水頭相等，測點(diǎn)=9\*GB3⑨的位能較大，壓能（測管液位離管軸線的高度）很小，而測點(diǎn)eq\o\ac(○,15)的位能很小，壓能卻比=9\*GB3⑨點(diǎn)大，這就說明了水流從測點(diǎn)=9\*GB3⑨斷面流到測點(diǎn)eq\o\ac(○,15)斷面的過程中，部分位能轉(zhuǎn)換成了壓能。(6)運(yùn)用測壓管水頭線判斷管道沿程壓力分布。測壓管水頭線高于管軸線，表白該處管道處在正壓下；測壓管水頭線低于管軸線，表白該處管道處在負(fù)壓下，出現(xiàn)了真空。高壓和真空狀態(tài)都容易使管道破壞。實(shí)驗(yàn)顯示（參圖3），測點(diǎn)=7\*GB3⑦的測管液面低于管軸線，說明該處管段承受負(fù)壓（真空）；測壓管=9\*GB3⑨的液位高出管軸線，說明該處管段承受正壓。2.定量分析實(shí)驗(yàn)——伯努利方程驗(yàn)證與測壓管水頭線測量分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與環(huán)節(jié)：在恒定流條件下改變流量2次，其中一次閥門開度大到使eq\o\ac(○,19)號(hào)測管液面接近可讀數(shù)范圍的最低點(diǎn)，待流量穩(wěn)定后，測記各測壓管液面讀數(shù)，同時(shí)測記實(shí)驗(yàn)流量（畢托管測點(diǎn)供演示用，不必測記讀數(shù)）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決與分析參考第五部分內(nèi)容。3．設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——改變水箱中的液位高度對(duì)喉管真空度影響的實(shí)驗(yàn)研究為避免引水管道的局部負(fù)壓，可采用的技術(shù)措施有(a)減小流量；(b)增大喉管管徑；(c)減少相應(yīng)管線的安裝高程；(d)改變水箱中的液位高度。下面分析后兩項(xiàng)。對(duì)于措施(c)，以本實(shí)驗(yàn)裝置為例（參圖4），可在水箱出口先接一下垂90彎管，后接水平段，將喉管的高程降至基準(zhǔn)高程0－0，使位能減少，壓能EMBEDEquation.DSMT4增大，從而也許避免點(diǎn)=7\*GB3⑦處的真空。該項(xiàng)措施常用于實(shí)際工程的管軸線設(shè)計(jì)中。圖4實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)圖對(duì)于措施(d)，不同供水系統(tǒng)調(diào)壓效果是不同的，需作具體分析。可通過理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，擬定改變作用水頭（如抬高或減少水箱的水位）對(duì)管中某斷面壓強(qiáng)的影響情況。本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)規(guī)定運(yùn)用圖1實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)改變水箱中的液位高度對(duì)喉管真空度影響的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)。理論分析與實(shí)驗(yàn)方法提醒：取基準(zhǔn)面0-0如圖4所示，圖中1-1、2-2、3-3分別為計(jì)算斷面1、2、3，計(jì)算斷面1的計(jì)算點(diǎn)選在液面位置，計(jì)算斷面2、3的計(jì)算點(diǎn)選在管軸線上。水箱液面至基準(zhǔn)面0-0的水深為h。改變水箱中的液位高度對(duì)喉管真空度影響的問題，事實(shí)上就是隨h遞增還是遞減的問題，可由加以判別。列計(jì)算斷面1、2的伯努利方程（取2＝3＝1）有 (1)因hw1-2可表達(dá)成式中c1.2是管段1－2總水頭損失因數(shù)，當(dāng)閥門開度不變時(shí)，在h的有限變化范圍內(nèi)，可設(shè)c1.2近似為常數(shù)。 又由連續(xù)性方程有故式(1)可變?yōu)?2)式中可由斷面1、3伯努利方程求得，即(3)c1.3是全管道的總水頭損失因數(shù)，當(dāng)閥門開度不變時(shí)，在h的有限變化范圍內(nèi)，可設(shè)c1.3近似為常數(shù)。由此得，代入式(2)有(4)則(5)若＞0，則斷面2上的隨h同步遞增，反之，則遞減。若接近于0，則斷面2上的隨h變化不明顯。實(shí)驗(yàn)中，先測計(jì)常數(shù)d3/d2、h和z3各值，然后針對(duì)本實(shí)驗(yàn)裝置的恒定流情況，測得某一大流量下EMBEDEquation.2、EMBEDEquation.2、等值，將各值代入式(2)、(3)，可得各管道阻力因數(shù)c1.2和c1.3。再將其代入式(5)得，由此可得出改變水箱中的液位高度對(duì)喉管真空度影響的結(jié)論EMBEDEquation.2。最后，運(yùn)用變水頭實(shí)驗(yàn)可證明該結(jié)論是否對(duì)的。五、數(shù)據(jù)解決及成果規(guī)定1．記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________均勻段d1=10-2m喉管段d2=10-2m擴(kuò)管段d3=水箱液面高程0=10-2m上管道軸線高程z=10（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1管徑登記表測點(diǎn)編號(hào)=1\*GB3①*=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥*=7\*GB3⑦=8\*GB3⑧*=9\*GB3⑨=10\*GB3⑩eq\o\ac(○,11)eq\o\ac(○,12)*eq\o\ac(○,13)eq\o\ac(○,14)*eq\o\ac(○,15)eq\o\ac(○,16)*eq\o\ac(○,17)eq\o\ac(○,18)*eq\o\ac(○,19)管徑d/10-2兩點(diǎn)間距l(xiāng)/10-24466413.561029.51616

表2測壓管水頭hi，流量測記表（其中，單位10-2m，i為測點(diǎn)編號(hào)）實(shí)驗(yàn)次數(shù)h2h3h4h5h7h9h10h11h13h15h17h19qV/(10-6m3/12表3計(jì)算數(shù)值表(1)流速水頭管徑d/10-2201.3/(10-6m3/s/(10-6m3A/10-4v/(10-2m/s/10-2A/10-4v/(10-2m/s/10-2(2)總水頭Hi（其中，單位10-2m，i為測點(diǎn)編號(hào)）實(shí)驗(yàn)次數(shù)H2H4H5H7H9H13H15H17H19/(10-6m3123．成果規(guī)定(1)回答定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題。(2)計(jì)算流速水頭和總水頭。見表3(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。（軸向尺寸參見圖5，總水頭線和測壓管水頭線可以繪在圖5上）。如圖6所示圖5繪制測壓管水頭線坐標(biāo)圖(4)完畢設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)六、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？2．閥門開大，使流量增長，測壓管水頭線有何變化？為什么？3．由畢托管測量的總水頭線與按實(shí)測斷面平均流速繪制的總水頭線一般都有差異，試分析其因素。4．為什么急變流斷面不能被選作能量方程的計(jì)算斷面？七、注意事項(xiàng)1.各自循環(huán)供水實(shí)驗(yàn)均需注意：計(jì)量后的水必須倒回原實(shí)驗(yàn)裝置的水斗內(nèi)，以保持自循環(huán)供水（此注意事項(xiàng)后述實(shí)驗(yàn)不再提醒）。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，需檢查解決。3.傳感器與穩(wěn)壓筒的連接管要保證氣路通暢，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(jī)后需預(yù)熱3~5分鐘。

2-3文丘里綜合型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?guī)定1．了解文丘里流量計(jì)的構(gòu)造、原理和合用條件，率定流量因數(shù)；2．掌握應(yīng)用氣~水多管壓差計(jì)量測壓差的方法；3．通過擬定文丘里流量計(jì)最大允許過流量的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究過程。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。圖1文丘里綜合型實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.水泵電源開關(guān)4.恒壓水箱5.溢流板6.穩(wěn)水孔板7.穩(wěn)壓筒8.智能化數(shù)顯流量儀9.傳感器10.文丘里流量計(jì)11.壓差計(jì)氣閥12.壓差計(jì)13.滑尺14.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥2．裝置說明（1）壓差測量裝置1）氣-水壓差計(jì)為一倒U型管如圖2所示，在倒U型管中保存一段空氣，兩端各接測壓點(diǎn)，測量時(shí)，管內(nèi)液柱的高差即為壓強(qiáng)差。在測量中，氣-水壓差計(jì)應(yīng)當(dāng)豎直放置。當(dāng)數(shù)值相對(duì)較大時(shí)，可用連續(xù)串聯(lián)多個(gè)氣-水壓差計(jì)的方法來增大量程；數(shù)值較小時(shí)可傾斜U型管來放大測量值。本實(shí)驗(yàn)裝置中，采用雙U型的氣-水多管壓差計(jì)，如圖1中的壓差計(jì)12所示，壓差量程為0~1mH2O，測量精度為1mm。圖2空氣壓差計(jì)2）流量測量——智能化數(shù)顯流量儀圖2空氣壓差計(jì)智能化數(shù)顯流量儀系統(tǒng)涉及實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒、高精密傳感器和智能化數(shù)顯流量儀（含數(shù)字面板表及A/D轉(zhuǎn)換器）。該流量儀為管道式瞬時(shí)流量儀，測量精度一級(jí)。流量儀的使用方法參見伯努利方程實(shí)驗(yàn)，需先排氣調(diào)零，流量儀所顯示的數(shù)值為瞬時(shí)流量值。（2）文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)與布置（參圖3）。在結(jié)構(gòu)上，規(guī)定管徑比d2/d1在0.25～0.75之間，通常采用d2/d1=0.5；其擴(kuò)散段的擴(kuò)散角2也不宜太大，一般不大于5～7；在測量斷面上布置多個(gè)測壓孔和均壓環(huán)。在布置上，規(guī)定文丘里流量計(jì)上游l1在10倍管徑d1的距離以內(nèi)，下游l2在6倍管徑d1以內(nèi)，均為順直管段，以免水流產(chǎn)生漩渦而影響其流量因數(shù)。圖3文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖（2）文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)裝置中2=3.450.1；d1=（1.40.03）10-2m；d2=（0.70.015）10-2m；d2/d1=0.50.015；l1=0.45m；l2=0.54m，各均壓環(huán)上測壓孔數(shù)為3．基本操作方法(1)排氣方法。打開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，間歇性全開、全關(guān)管道出水閥數(shù)次，直至連通管及實(shí)驗(yàn)管道中無氣泡滯留即可，排氣后測管液面讀數(shù)h1－h(huán)2＋h3－h(huán)4為0，此時(shí)智能化數(shù)顯流量儀顯示為零。(2)調(diào)節(jié)多管測壓計(jì)。全開調(diào)節(jié)閥14檢查各測管液面是否都處在滑尺讀數(shù)范圍內(nèi)？否則，按下列步序調(diào)節(jié)：(a)關(guān)閥14，擰開氣閥11，待各測壓管中液位穩(wěn)定后，將清水注入壓差計(jì)12中編號(hào)為2、3的測管內(nèi)，使h2=h30.24m；(b)擰緊氣閥11，全開閥14，若壓差計(jì)12中編號(hào)為1、3的測壓管液面上升過高，可微微松開相應(yīng)的氣閥11，液面將自動(dòng)減少，可使測管讀數(shù)控制在測讀范圍內(nèi)，速擰緊氣閥11即可。(3)測壓管水頭差h測量讀取氣—水多管壓差計(jì)12各測壓管的液面讀數(shù)h1、h2、h3、h4，h=h1－h(huán)2＋h3－h(huán)4。(4)流量測量。記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。(5)真空度測量。智能化數(shù)顯流量儀正端顯示為流量，負(fù)端顯示為壓差水柱。運(yùn)用流量儀的這一智能化特性可測量文丘里喉頸處的真空度。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將傳感器低壓端用連通管連接于文丘里流量計(jì)喉頸處，傳感器高壓端接通大氣，并調(diào)整傳感器放置高度，使高壓端口與文丘里流量計(jì)喉頸處的測點(diǎn)齊平。此時(shí)，即可實(shí)驗(yàn)測量測點(diǎn)的真空度。三、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)能量方程式和連續(xù)性方程式，可得不計(jì)阻力作用時(shí)的文氏管過水能力關(guān)系式式中：h為兩斷面測壓管水頭差;k為文丘里流量計(jì)常數(shù)，對(duì)給定管徑是常數(shù)。由于阻力的存在，實(shí)際通過的流量恒小于。今引入一個(gè)無量綱因數(shù)=/(稱為流量因數(shù))，對(duì)計(jì)算所得流量值進(jìn)行修正。即另由靜水力學(xué)基本方程可得氣—水多管壓差計(jì)的h為h=h1－h(huán)2＋h3－h(huán)4四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．定量分析實(shí)驗(yàn)——文丘里流量計(jì)流量因數(shù)的測量與率定實(shí)驗(yàn)方法與環(huán)節(jié)：參照基本操作方法，改變流量4～6次，分別測量壓差和流量。數(shù)據(jù)解決及結(jié)果分析參第五部分內(nèi)容。2．設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——文丘里流量計(jì)最大允許過流量的理論分析與實(shí)驗(yàn)文丘里流量計(jì)管喉頸處容易產(chǎn)生真空，最大允許過流量受真空度限制，最大允許真空度為6~7mH2O，否則易導(dǎo)致空化與空蝕破壞。工程上應(yīng)用文丘里流量計(jì)時(shí)，應(yīng)檢查其最大真空度是否在允許范圍之內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)規(guī)定通過理論分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，針對(duì)圖1實(shí)驗(yàn)裝置，通過實(shí)驗(yàn)測量相應(yīng)參數(shù)，擬定文丘里流量計(jì)真空值不大于6mH2O條件下供水箱的最大作用水頭H0及最大流量。理論分析提醒：應(yīng)用伯努利方程，選基準(zhǔn)面和計(jì)算斷面如圖4，取。對(duì)計(jì)算斷面1-1與3-3有 (10)圖4文丘里流量計(jì)管流水力計(jì)算對(duì)計(jì)算斷面2-2，3-3，有(11)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，式中管段的總水頭損失因數(shù)和在流速達(dá)成某一較大值以上時(shí)便近似為常數(shù)，可在閥門全開的大流量下實(shí)驗(yàn)測得。進(jìn)而由斷面的允許真空度及、等值代入式(10)、(11)便可擬定最大作用水頭H0及最大流量。五、數(shù)據(jù)解決及成果規(guī)定1.記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________d1=10-2md2=10-2m水溫t＝=10-4m2/s水箱液面高程0=____10-2m管道軸線高程z=______10（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果（參表1，表2）3．成果規(guī)定按相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的規(guī)定，完畢方案設(shè)計(jì)、測量與成果分析。六、分析思考題1．文丘里流量計(jì)有何安裝規(guī)定和合用條件？2．本實(shí)驗(yàn)中，影響文丘里流量計(jì)流量因數(shù)大小的因素有哪些？哪個(gè)因素最敏感？對(duì)本實(shí)驗(yàn)的管道而言，若因加工精度影響，誤將（d2－0.01）10-2m值取代上述d2值時(shí)，本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的μ3．為什么計(jì)算流量與實(shí)際流量不相等？4．應(yīng)用量綱分析法，闡明文丘里流量計(jì)的水力特性。七、注意事項(xiàng)參見伯努利方程實(shí)驗(yàn)。

表1登記表次數(shù)測壓管讀數(shù)（10-2m流量/(10-6mh1/10-2h2/10-2h3/10-2h4/10-2123456表2計(jì)算表K=10-5m2次數(shù)/(10-6mh=h1-h2+h3-h4/10-2Re/(10-6m123456

2-4雷諾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?guī)定1.觀測層流、湍流的流態(tài)及其轉(zhuǎn)換過程；2.測定臨界雷諾數(shù)，掌握?qǐng)@管流態(tài)判別準(zhǔn)則；3.學(xué)習(xí)應(yīng)用量綱分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法，擬定非圓管流的流態(tài)判別準(zhǔn)數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。10101112圖1雷諾實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器 2.實(shí)驗(yàn)臺(tái) 3.可控硅無級(jí)調(diào)速器 4.恒壓水箱5.有色水水管6.穩(wěn)水孔板7.溢流板8.實(shí)驗(yàn)管道9.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥10.穩(wěn)壓筒11.傳感器12.智能化數(shù)顯流量儀2.裝置說明與操作方法供水流量由無級(jí)調(diào)速器調(diào)控，使恒壓水箱4始終保持微溢流的限度，以提高進(jìn)口前水體穩(wěn)定度。本恒壓水箱設(shè)有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水時(shí)間縮短到3~5分鐘。有色水經(jīng)有色水水管5注入實(shí)驗(yàn)管道8，可據(jù)有色水散開與否判別流態(tài)。為防止自循環(huán)水污染，有色指示水采用自行消色的專用色水。實(shí)驗(yàn)流量由調(diào)節(jié)閥9調(diào)節(jié)。流量由智能化數(shù)顯流量儀測量，使用時(shí)須先排氣調(diào)零，所顯示為一級(jí)精度瞬時(shí)流量值，詳見伯努利方程實(shí)驗(yàn)。水溫由數(shù)顯溫度計(jì)測量顯示。三、實(shí)驗(yàn)原理1883年,雷諾(OsborneReynolds)采用類似于圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，觀測到液流中存在著層流和湍流兩種流態(tài)：流速較小時(shí)，水流有條不紊地呈層狀有序的直線運(yùn)動(dòng)，流層間沒有質(zhì)點(diǎn)混摻，這種流態(tài)稱為層流；當(dāng)流速增大時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)作雜亂無章的無序的直線運(yùn)動(dòng)，流層間質(zhì)點(diǎn)混摻，這種流態(tài)稱為湍流。雷諾實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)存在著湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐R界流速，與流體的粘性、園管的直徑d有關(guān)。若要判別流態(tài)，就要擬定各種情況下的值，需要對(duì)這些相關(guān)因素的不同量值作出排列組合再分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，工作量巨大。雷諾實(shí)驗(yàn)的奉獻(xiàn)不僅在于發(fā)現(xiàn)了兩種流態(tài)，還在于運(yùn)用量綱分析的原理，得出了量綱為一的判據(jù)——雷諾數(shù)Re，使問題得以簡化。量綱分析如下：因根據(jù)量綱分析法有其中kc是量綱為一的數(shù)。寫成量綱關(guān)系為由量綱和諧原理，得1=1，2=-1。即或雷諾實(shí)驗(yàn)完畢了管流的流態(tài)從湍流過度到層流時(shí)的臨界值kc值的測定，以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證，結(jié)果表白kc值為常數(shù)。于是，量綱為一的數(shù)便成了適合于任何管徑，任何牛頓流體的流態(tài)由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐袚?jù)。由于雷諾的奉獻(xiàn)，定名為雷諾數(shù)Re。于是有式中：v為流體流速；為流體運(yùn)動(dòng)粘度；d為圓管直徑；為圓管內(nèi)過流流量；K為計(jì)算常數(shù)，。當(dāng)流量由大逐漸變小，流態(tài)從湍流變?yōu)閷恿?，相?yīng)一個(gè)下臨界雷諾數(shù)Rec，當(dāng)流量由零逐漸增大，流態(tài)從層流變?yōu)橥牧?，相?yīng)一個(gè)上臨界雷諾數(shù)。上臨界雷數(shù)受外界干擾，數(shù)值不穩(wěn)定，而下臨雷諾數(shù)Rec值比較穩(wěn)定，因此一般以下臨界雷諾數(shù)作為判別流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。雷諾經(jīng)反復(fù)測試，得出圓管流動(dòng)的下臨界雷諾數(shù)Rec值為2300。工程上，一般取Rec=2023。當(dāng)Re<Rec時(shí)，管中液流為層流；反之為湍流。對(duì)于非圓管流動(dòng)，雷諾數(shù)可以表達(dá)為式中；R為過流斷面的水力半徑；A為過流斷面面積；為濕周（過流斷面上液體與固體邊界接觸的長度）。以水力半徑作為特性長度表達(dá)的雷諾數(shù)也稱為廣義雷諾數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．定性觀測兩種流態(tài)。啟動(dòng)水泵供水，使水箱溢流，經(jīng)穩(wěn)定后，微開流量調(diào)節(jié)閥，打開顏色水管道的閥門，注入顏色水，可以看到圓管中顏色水隨水流流動(dòng)形成一直線狀，這時(shí)的流態(tài)即為層流。進(jìn)一步開大流量調(diào)節(jié)閥，流量增大到一定限度時(shí)，可見管中顏色水發(fā)生混摻，直至消色。表白流體質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生無序的雜亂運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的流態(tài)即為湍流。2．測定下臨界雷諾數(shù)先調(diào)節(jié)管中流態(tài)呈湍流狀，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥，每調(diào)節(jié)一次流量后，穩(wěn)定一段時(shí)間并觀測其形態(tài)，當(dāng)顏色水開始形成一直線時(shí)，表白由湍流剛好轉(zhuǎn)為層流，此時(shí)管流即為下臨界流動(dòng)狀態(tài)。測定流量，記錄數(shù)顯溫度計(jì)所顯示的水溫值，即可得出下臨界雷諾數(shù)。注意，接近下臨界流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，流量應(yīng)微調(diào)，調(diào)節(jié)過程中流量調(diào)節(jié)閥只可關(guān)小、不可開大。3．測定上臨界雷諾數(shù)先調(diào)節(jié)管中流態(tài)呈層流狀，再逐步開大調(diào)節(jié)閥，每調(diào)節(jié)一次流量后，穩(wěn)定一段時(shí)間并觀測其形態(tài)，當(dāng)顏色水開始散開混摻時(shí)，表白由層流剛好轉(zhuǎn)為湍流，此時(shí)管流即為上臨界流動(dòng)狀態(tài)。記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值和水溫，即可得出上臨界雷諾數(shù)。注意，流量應(yīng)微調(diào)，調(diào)節(jié)過程中流量調(diào)節(jié)閥只可開大、不可關(guān)小。4．分析設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任何截面形狀的管流或明渠流、任何牛頓流體流動(dòng)的流態(tài)轉(zhuǎn)變臨界流速vc與運(yùn)動(dòng)粘度、水力半徑R有關(guān)。規(guī)定通過量綱分析擬定其廣義雷諾數(shù)。設(shè)計(jì)測量明渠廣義下臨界雷諾數(shù)的實(shí)驗(yàn)方案，并根據(jù)上述圓管實(shí)驗(yàn)的結(jié)果得出廣義下臨界雷諾數(shù)值。五、數(shù)據(jù)解決及成果規(guī)定1．記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________管徑d=_____×10-2m，水溫t=______o運(yùn)動(dòng)粘度（m2/s）=×10-4m2計(jì)算常數(shù)K=×106s/m32．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1雷諾實(shí)驗(yàn)記錄計(jì)算表實(shí)驗(yàn)順序顏色水線形狀流量(10-6m雷諾數(shù)Re閥門開度增()或減()備注1234567實(shí)測下臨界雷諾數(shù)（平均值）=3．成果規(guī)定(1)測定下臨界雷諾數(shù)（測量2~4次，取平均值）；見表.1(2)測定上臨界雷諾數(shù)（測量1~2次，分別記錄）；見表1(3)擬定廣義雷諾數(shù)表達(dá)式及其圓管流的廣義下臨界雷諾數(shù)實(shí)測數(shù)值。六、分析思考題1．為什么認(rèn)為上臨界雷諾數(shù)無實(shí)際意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與湍流的判據(jù)？2．試結(jié)合紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀測，分析由層流過渡到湍流的機(jī)理。七、注意事項(xiàng)1．為使實(shí)驗(yàn)過程中始終保持恒壓水箱內(nèi)水流處在微溢流狀態(tài)，應(yīng)在調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥后，相應(yīng)調(diào)節(jié)可控硅調(diào)速器，改變水泵的供水流量。2．實(shí)驗(yàn)中不要推、壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)，以防水體受到擾動(dòng)。

2-5動(dòng)量定律綜合型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?guī)定1．通過定性分析實(shí)驗(yàn)，加深動(dòng)量與流速、流量、出射角度、動(dòng)量矩等因素間相關(guān)關(guān)系的了解；2．通過定量測量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握流體動(dòng)力學(xué)的動(dòng)量守恒定理，驗(yàn)證不可壓縮流體恒定總流的動(dòng)量方程，測定管嘴射流的動(dòng)量修正因數(shù)；3．了解活塞式動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)儀原理、構(gòu)造，啟發(fā)創(chuàng)新思維。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。圖1動(dòng)量定律綜合型實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.水泵電源開關(guān) 4.水位調(diào)節(jié)閥5.恒壓水箱6.喇叭型進(jìn)口管嘴7.集水箱 8.帶活塞套的測壓管9.帶活塞和翼片的抗沖平板10.上回水管11.內(nèi)置式穩(wěn)壓筒12.傳感器13.智能化數(shù)顯流量儀

2．裝置結(jié)構(gòu)與工作原理（1）智能化數(shù)顯流量儀。配置最新發(fā)明的水頭式瞬時(shí)智能化數(shù)顯流量儀，測量精度一級(jí)。使用方法：先調(diào)零，將水泵關(guān)閉，保證傳感器聯(lián)通大氣時(shí)，將顯示值調(diào)零。水泵啟動(dòng)后，流量將隨水箱水位淹沒管嘴的高度而變，此時(shí)流量儀顯示的數(shù)值即為管嘴出流的瞬時(shí)流量值。（2）測力機(jī)構(gòu)。測力機(jī)構(gòu)由帶活塞套并附有標(biāo)尺的測壓管8和帶活塞及翼片的抗沖平板9組成。分部件示意圖如圖2(a)所示?；钊行脑O(shè)有一細(xì)導(dǎo)水管a，進(jìn)口端位于平板中心，出口端伸出活塞頭部，出口方向與軸向垂直。在平板上設(shè)有翼片b，活塞套上設(shè)有泄水窄槽c。(a)(b)圖2活塞構(gòu)造與受力分析（2）工作原理。為了精確測量動(dòng)量修正因數(shù)，本實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用了自動(dòng)控制的反饋原理和動(dòng)摩擦減阻技術(shù)。工作時(shí)，活塞置于活塞套內(nèi)，沿軸向可以自由滑移。在射流沖擊力作用下，水流經(jīng)導(dǎo)水管a向測壓管8加水。當(dāng)射流沖擊力大于測壓管內(nèi)水柱對(duì)活塞的壓力時(shí)，活塞內(nèi)移，窄槽c關(guān)小，水流外溢減少，使測壓管8水位升高，活塞所受的水壓力增大。反之，活塞外移，窄槽開大，水流外溢增多，測壓管8水位減少，水壓力減小。在恒定射流沖擊下，經(jīng)短時(shí)段的自動(dòng)調(diào)整后，活塞處在半進(jìn)半出、窄槽部分啟動(dòng)的位置上，過a流進(jìn)測壓管的水量和過c外溢的水量相等，測壓管中的液位達(dá)成穩(wěn)定。此時(shí)，射流對(duì)平板的沖擊力和測壓管中水柱對(duì)活塞的壓力處在平衡狀態(tài)，如圖2(b)所示。活塞形心處水深hc可由測壓管8的標(biāo)尺測得，由此可求得活塞的水壓力，此力即為射流沖擊平板的動(dòng)量力F。由于在平衡過程中，活塞需要做軸向移動(dòng)，為此平板上設(shè)有翼片b。翼片在水流沖擊下帶動(dòng)活塞旋轉(zhuǎn)，因而克服了活塞在沿軸向滑移時(shí)的靜摩擦力，提高了測力機(jī)構(gòu)的靈敏度。本裝置還采用了雙平板狹縫出流方式，精確地引導(dǎo)射流的出流方向垂直于來流方向，以保證v2x＝0。3．基本操作方法(1)測壓管定位。待恒壓水箱滿頂溢流后，松開測壓管固定螺絲，調(diào)整方位，規(guī)定測壓管垂直、螺絲對(duì)準(zhǔn)十字中心，使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)松快。然后旋轉(zhuǎn)螺絲固定好。(2)恒壓水箱水位調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)水位調(diào)節(jié)閥4，可打開不同高度上的溢水孔蓋，調(diào)節(jié)恒壓水箱5水位，管嘴的作用水頭改變。調(diào)節(jié)調(diào)速器，使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(3)活塞形心處水深hc測量。標(biāo)尺的零點(diǎn)已固定在活塞園心的高程上。當(dāng)測壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記下測壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即為作用在活塞形心處的水深hc值。(4)管嘴作用水頭測量。管嘴作用水頭是指水箱液面至管嘴中心的垂直深度。在水箱的側(cè)面上刻有管嘴中心線，用直尺測讀水箱液面及中心線的值，其差值即為管嘴作用水頭值。(5)測量流量。記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。三、實(shí)驗(yàn)原理恒定總流動(dòng)量方程為 取控制體如圖2(b)，因滑動(dòng)摩擦阻力水平分力Ff<0.5%Fx，可忽略不計(jì)，故x方向的動(dòng)量方程可化為即式中：hc——作用在活塞形心處的水深；D——活塞的直徑；——射流的流量；v1x——射流的速度；1——?jiǎng)恿啃拚驍?shù)。實(shí)驗(yàn)中，在平衡狀態(tài)下，只要測得流量和活塞形心水深hc，由給定的管嘴直徑d和活塞直徑D，代入上式，便可驗(yàn)證動(dòng)量方程，并測定射流的動(dòng)量修正因數(shù)1值。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．定性分析實(shí)驗(yàn)(1)觀測、分析本實(shí)驗(yàn)裝置中測力機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)。測射流沖擊力的方法很多，裝置各不相同，相比之下，本裝置的測力機(jī)構(gòu)測量方法簡便，精度最高。本裝置曾獲國家發(fā)明專利，重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有：將射流沖擊力轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊艿撵o水總壓力，用測壓管進(jìn)行測量。用雙平板狹縫方式精確導(dǎo)流，保證v2x＝0。采用動(dòng)摩擦減阻減少活塞軸向位移的摩擦阻力。帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，使活塞在旋轉(zhuǎn)中作軸向位移，到達(dá)平衡位置。活塞采用石墨潤滑。運(yùn)用導(dǎo)水管a和窄槽c的自動(dòng)反饋功能，自動(dòng)調(diào)節(jié)受力平衡狀態(tài)下的測壓管水位。運(yùn)用大口徑測壓管內(nèi)設(shè)立阻尼孔板的方法，減小測壓管液位的振蕩。(2)測定本實(shí)驗(yàn)裝置的靈敏度。為驗(yàn)證本裝置的靈敏度，只要在實(shí)驗(yàn)中的恒定流受力平衡狀態(tài)下，人為地增、減測壓管中的液位高度，可發(fā)現(xiàn)即使改變量局限性總液柱高度的5‰（約0.5～1mm），活塞在旋轉(zhuǎn)下亦能有效地克服動(dòng)摩擦力而作軸向位移，開大或減小窄槽c，使過高的水位減少或過低的水位提高，恢復(fù)到本來的平衡狀態(tài)。這表白該裝置的靈敏度高達(dá)0.5%（此量值越小，靈敏度越高），亦即活塞軸向動(dòng)摩擦力局限性總動(dòng)量力的5‰。(3)驗(yàn)證v2x0對(duì)Fx的影響。取下平板活塞9，使水流沖擊到活塞套內(nèi)，便可呈現(xiàn)出回流與x方向的夾角>90（即v2x0）的水力現(xiàn)象[參圖3(a)]。調(diào)整好位置，使反射水流的回射角度一致。以某動(dòng)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)為例，某次實(shí)驗(yàn)測得作用于活塞套園心處的水深＝292mm，管嘴作用水頭H0＝293.5mm，而相應(yīng)水流條件下，在取下帶翼輪的活塞前，v2x＝0，hc＝196mm。表白v2x若不為零，對(duì)動(dòng)量力影響甚大。由于v2(a)(b)圖3射流對(duì)活塞套的沖擊與受力分析就是說隨v2及遞增。故實(shí)驗(yàn)中>hc。2.定量分析實(shí)驗(yàn)——恒定總流動(dòng)量方程驗(yàn)證與射流動(dòng)量修正因數(shù)測定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與環(huán)節(jié)：參照基本操作方法，分別測量高、中、低三個(gè)恒定水位下的流量、活塞作用水頭等有關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決與分析參考第五部分內(nèi)容。五、數(shù)據(jù)解決及成果規(guī)定1．記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________管嘴內(nèi)徑d=10-2m活塞直徑D=102．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1測量記錄及計(jì)算表測次管嘴作用水頭H0/10-2活塞作用水頭hc/10-2流量/(10-6m3流速v/(10-2m/s動(dòng)量力F/10-5N動(dòng)量修正因數(shù)1233．成果規(guī)定(1)回答定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題。(2)測定管嘴射流的動(dòng)量修正因數(shù)。如表1所示。(3)取某一流量，繪出控制體圖，闡明分析計(jì)算的過程。六、分析思考題1．實(shí)測與公認(rèn)值（＝1.02～1.05）符合與否？如不符合，試分析因素。2．帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對(duì)分析射流沖擊無翼片的平板沿x方向的動(dòng)量方程有無影響？為什么？3．如圖2，通過細(xì)導(dǎo)水管a的分流，其出流角度為什么需使之垂直于v1x？七、注意事項(xiàng)若活塞轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)精度，需在活塞與活塞套的接觸面上涂抹4B鉛筆芯。

2-6孔口出流與管嘴出流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?guī)定量測孔口與管嘴出流的流速因數(shù)、流量因數(shù)、側(cè)收縮因數(shù)、局部阻力因數(shù)以及圓柱型管嘴內(nèi)的局部真空度；分析圓柱形管嘴的進(jìn)口形狀（圓角和直角）對(duì)出流能力的影響以及孔口與管嘴過流能力不同的因素。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。圖1孔口出流與管嘴出流實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.可控硅無級(jí)調(diào)速器4.恒壓水箱5.溢流板6.穩(wěn)水孔板7.孔口管嘴8.防濺旋板9.移動(dòng)觸頭10.上回水槽11.標(biāo)尺12.測壓管13.內(nèi)置式穩(wěn)壓筒14.傳感器15.智能化數(shù)顯流量儀圖2孔口管嘴結(jié)構(gòu)剖面圖(1)圓角進(jìn)口管嘴(2)直角進(jìn)口管嘴(3)錐形管嘴(4)薄壁圓形小孔口2．裝置說明（1）在容器壁上開孔，流體通過孔口流出的流動(dòng)現(xiàn)象就稱為孔口出流，當(dāng)孔口直徑（H為孔口作用水頭）時(shí)稱為薄壁圓形小孔口出流。在孔口周界上連接一長度約為孔口直徑3～4倍的短管，這樣的短管稱為圓柱形外管嘴。流體流經(jīng)該短管，并在出口斷面形成滿管流的流動(dòng)現(xiàn)象叫管嘴出流。圖1中，(1)為圓角進(jìn)口管嘴、(2)為直角進(jìn)口管嘴、(3)為錐形管嘴、(4)為孔口。結(jié)構(gòu)詳圖見圖2。在直角進(jìn)口管嘴(2)離進(jìn)口d/2的收縮斷面上設(shè)有測壓點(diǎn)，通過細(xì)軟管與測壓管12相連通。（2）智能化數(shù)顯流量儀。配置最新發(fā)明的水頭式瞬時(shí)智能化數(shù)顯流量儀，測量精度一級(jí)。采用循環(huán)檢查方式，同表分別測量四個(gè)管嘴與孔口的流量。使用方法：先調(diào)零，將水泵關(guān)閉，保證傳感器聯(lián)通大氣時(shí)，將波段開關(guān)打到調(diào)零位置，用儀表面板上的調(diào)零電位器調(diào)零。水泵啟動(dòng)后，流量將隨水箱水位淹沒管嘴的高度而變，切換波段開關(guān)至相應(yīng)的測量管嘴或孔口，此時(shí)流量儀顯示的數(shù)值即為相應(yīng)的瞬時(shí)流量值。3．基本操作方法(1)管嘴切換。防濺板8用于轉(zhuǎn)換操作，當(dāng)某一管嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將旋板旋至進(jìn)口截?cái)嗨?再用橡皮塞封口；當(dāng)需啟動(dòng)時(shí)，先用旋板擋水，再打開橡皮塞。這樣可防止水花四濺。(2)孔口射流直徑測量。移動(dòng)觸頭9位于射流收縮斷面上，可水平向伸縮，當(dāng)兩個(gè)觸塊分別調(diào)節(jié)至射流兩側(cè)外緣時(shí)，將螺絲固定。用防濺旋板關(guān)閉孔口，再用游標(biāo)卡尺測量兩觸塊的間距，即為射流收縮直徑。(3)直角進(jìn)口管嘴收縮斷面真空度hv測量。標(biāo)尺11和測壓管12可測量管嘴高程z1及測壓管水位z，則hv=z1-z。(4)智能化數(shù)顯流量儀調(diào)零：在傳感器通大氣情況下，將波段開關(guān)打到調(diào)零位置，用儀表面板上的調(diào)零電位器調(diào)零。(5)實(shí)驗(yàn)流量：切換波段開關(guān)至相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。三、實(shí)驗(yàn)原理在一定水頭H0作用下薄壁小孔口（或管嘴）自由出流時(shí)的流量，可用下式計(jì)算：式中：，一般因行近流速水頭很小可忽略不計(jì)，所以；EMBEDEquation.2為收縮因數(shù)，，EMBEDEquation.2、分別EMBEDEquation.DSMT4為收縮斷面的面積、直徑；EMBEDEquation.2為流速因數(shù)，；EMBEDEquation.2為流量因數(shù)，；EMBEDEquation.2為局部阻力因數(shù)，，可近似取動(dòng)能修正因數(shù)1.0。的經(jīng)驗(yàn)值參圖2。根據(jù)理論分析，直角進(jìn)口圓柱形外管嘴收縮斷面處的真空度為：EMBEDEquation.DSMT4。實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要測出孔口及管嘴的位置高程和收縮斷面直徑，讀出作用水頭H，測出流量，就可測定、驗(yàn)證上述各因數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1.定性分析實(shí)驗(yàn)(1)觀測孔口及各管嘴出流水柱的流股形態(tài)。依次打開各孔口、管嘴，使其出流，觀測各孔口及管嘴水流的流股形態(tài)，因各種孔口、管嘴的形狀不同，過流阻力也不同，從而導(dǎo)致了各孔口管嘴出流的流股形態(tài)也不同。（注意：4個(gè)孔口與管嘴不要同時(shí)打開，以免水流外溢）(2)觀測孔口出流在d/H>0.1（大孔口）時(shí)與在d/H<0.1（小孔口）時(shí)側(cè)收縮情況。開大流量，使上游水位升高，使d/H<0.1，測量相應(yīng)狀況下收縮斷面直徑dc；再關(guān)小流量，上游水頭減少，使d/H>0.1，測量此時(shí)的收縮斷面直徑dc?？砂l(fā)現(xiàn)當(dāng)d/H>0.1時(shí)dc增大，并接近于孔徑d，此時(shí)由實(shí)驗(yàn)測知，也隨d/H增大而增大，=0.64~0.9。2.定量分析實(shí)驗(yàn)根據(jù)基本操作方法，測量孔口與管嘴出流的流速因數(shù)、流量因數(shù)、側(cè)收縮因數(shù)、局部阻力因數(shù)及直角管嘴的局部真空度，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決與分析參考第五部分。五、數(shù)據(jù)解決及成果規(guī)定1．記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________孔口管嘴直徑及高程：圓角管嘴d1=____10-2m直角管嘴d2=____10-2出口高程z1=z2=____10-2錐形管嘴d3=____10-2m孔口d4=____10-2出口高程z3=z4=____10-2（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1孔口管嘴實(shí)驗(yàn)記錄計(jì)算表分類項(xiàng)目圓角管嘴直角管嘴圓錐管嘴孔口水箱液位z0/(10-2m流量/(10-6m3作用水頭H0/(10-2m面積A/(10-4m流量因數(shù)測壓管液位z/(10-2m///真空度hv/(10-2m///收縮直徑dc/(10-2m///收縮斷面Ac/(10-4m///收縮因數(shù)流速因數(shù)阻力因數(shù)流股形態(tài)

3．成果規(guī)定(1)回答定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題，提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(2)測量計(jì)算孔口與各管嘴出流的流速因數(shù)、流量因數(shù)、側(cè)收縮因數(shù)、局部阻力因數(shù)及直角進(jìn)口管嘴的局部真空度，分別與經(jīng)驗(yàn)值比較，并分析引起差別的因素。見表1六、分析思考題1．薄壁小孔口與大孔口有何異同？2．為什么相同作用水頭、直徑相等的條件下，直角進(jìn)口管嘴的流量因數(shù)值比孔口的大、錐形管嘴的流量因數(shù)值比直角進(jìn)口管嘴的大？七、注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)順序先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板將進(jìn)口蓋好，以免水花濺開；關(guān)閉孔口時(shí)旋板的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，否則水易濺出；2．實(shí)驗(yàn)時(shí)將旋板置于不工作的管嘴上，避免旋板對(duì)工作孔口、管嘴的干擾。不工作的孔口、管嘴應(yīng)用橡皮塞塞緊，防止?jié)B水。3.其他參考伯努利方程實(shí)驗(yàn)。

2-7局部水頭損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?guī)定學(xué)習(xí)掌握三點(diǎn)法、四點(diǎn)法測量局部阻力因數(shù)的技能，并將突擴(kuò)管的實(shí)測值與理論值比較，將突縮管的實(shí)測值與經(jīng)驗(yàn)值比較；通過閥門局部阻力因數(shù)測量的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)二點(diǎn)法測量局部阻力因數(shù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖16161718圖1局部水頭損失實(shí)驗(yàn)裝置簡圖1.自循環(huán)供水器 2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.可控硅無級(jí)調(diào)速器4.恒壓水箱5.溢流板6.穩(wěn)水孔板7.圓管忽然擴(kuò)大8.氣閥9.測壓計(jì)10.測壓管①~⑥11.滑動(dòng)測量尺12.圓管忽然收縮13.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥14.回流接水斗15.下回水管16.穩(wěn)壓筒17.傳感器18.智能化數(shù)顯流量儀2．裝置說明（1）實(shí)驗(yàn)管道由圓管突擴(kuò)、突縮等管段組成，各管段直徑已知。在實(shí)驗(yàn)管道上共設(shè)有六個(gè)測壓點(diǎn)，測點(diǎn)①－③和③－⑥分別用以測量突擴(kuò)和突縮的局部阻力因數(shù)。其中測點(diǎn)①位于突擴(kuò)的起始界面處，這里引用公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論“在突擴(kuò)的環(huán)狀面積上的動(dòng)水壓強(qiáng)近似按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布”，認(rèn)為該測點(diǎn)可用以測量小管出口端中心處壓強(qiáng)值。氣閥8用于實(shí)驗(yàn)開始時(shí)排除管中滯留氣體。（2）流量測量——智能化數(shù)顯流量儀智能化數(shù)顯流量儀系統(tǒng)涉及實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒、高精密傳感器和智能化數(shù)顯流量儀（含數(shù)字面板表及A/D轉(zhuǎn)換器）。該流量儀為管道式瞬時(shí)流量儀，測量精度一級(jí)。流量儀的使用方法參見伯努利方程實(shí)驗(yàn)，需先排氣調(diào)零，流量儀所顯示的數(shù)值為瞬時(shí)流量值。3．基本操作方法(1)排氣。啟動(dòng)水泵待恒壓水箱溢流后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥13，打開閥8排除管中滯留氣體。排氣后關(guān)閉閥8，并檢查測壓管各管的液面是否齊平，若不平，反復(fù)排氣操作，直至齊平，智能化數(shù)顯流量儀調(diào)零。(2)測壓管水頭用測壓計(jì)測量，基準(zhǔn)面可選擇在滑動(dòng)測量尺零點(diǎn)上。(3)流量測量。實(shí)驗(yàn)流量用閥13調(diào)節(jié)，記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。三、實(shí)驗(yàn)原理流體在流動(dòng)的局部區(qū)域，如流體流經(jīng)管道的突擴(kuò)、突縮和閘門等處(圖2)，由于固體邊界的急劇改變而引起速度分布的變化，甚至使主流脫離邊界，形成旋渦區(qū)，從而產(chǎn)生的阻力稱為局部阻力。由于局部阻力作功而引起的水頭損失稱為局部水頭損失，用hj表達(dá)。局部水頭損失是在一段流程上，甚至相稱長的一段流程上完畢的，如圖2，斷面1至斷面2，這段流程上的總水頭損失包含了局部水頭損失和沿程水頭損失。若用hi（i=1,2…）表達(dá)第i斷面的測壓管水頭，即有圖2局部水頭損失或局部阻力因數(shù)為(1)圓管忽然擴(kuò)大段。本實(shí)驗(yàn)儀采用三點(diǎn)法測量。三點(diǎn)法是在忽然擴(kuò)大管段上布設(shè)三個(gè)測點(diǎn)，如圖1測點(diǎn)①、②、③所示。流段①至②為忽然擴(kuò)大局部水頭損失發(fā)生段，流段②至③為均勻流流段，本實(shí)驗(yàn)儀測點(diǎn)①、②間距為測點(diǎn)②、③的一半，hf1-2按流程長度比例換算得出。則hf1-2＝hf2-3/2=h2-3/2=(h2-h3)/2式中hi為測壓管水頭值，當(dāng)基準(zhǔn)面選擇在標(biāo)尺零點(diǎn)時(shí)即為第i斷面測壓管液位的標(biāo)尺讀值；分別表達(dá)式中的前、后括號(hào)項(xiàng)。因此只要實(shí)驗(yàn)測得三個(gè)測壓點(diǎn)的測壓管水頭值h1、h2、h3及流量等即可得忽然擴(kuò)大段局部阻力水頭損失。若圓管忽然擴(kuò)大段的局部阻力因數(shù)用上游流速v1表達(dá)，為相應(yīng)上游流速v1的圓管忽然擴(kuò)大段理論公式為(2)圓管忽然縮小段。本實(shí)驗(yàn)儀采用四點(diǎn)法測量。四點(diǎn)法是在忽然縮小管段上布設(shè)四個(gè)測點(diǎn)，如圖1測點(diǎn)③、④、⑤、⑥所示。圖中B點(diǎn)為突縮斷面處。流段④至⑤為忽然縮小局部水頭損失發(fā)生段，流段③至④、⑤至⑥都為均勻流流段。流段④至B間的沿程水頭損失按流程長度比例由測點(diǎn)③、④測得，流段B至⑤的沿程水頭損失按流程長度比例由測點(diǎn)⑤、⑥測得。本實(shí)驗(yàn)儀l3-4=2l4-B，lB-5＝l5-6，有hf4-B＝hf3-4/2=h3-4/2，hfB-5＝hf5-6=h5-6則hf4-5＝h3-4/2+h5-6=(h3-h4)/2+h5-h6因此只要實(shí)驗(yàn)測得四個(gè)測壓點(diǎn)的測壓管水頭值h3、h4、h5、h6及流量等即可得忽然縮小段局部阻力水頭損失。若圓管忽然縮小段的局部阻力因數(shù)用下游流速v5表達(dá)，為相應(yīng)下游流速v5的圓管忽然縮小段經(jīng)驗(yàn)公式為(3)測量局部阻力因數(shù)的二點(diǎn)法。在局部阻礙處的前后順直流段上分別設(shè)立一個(gè)測點(diǎn)，在某一流量下測定兩點(diǎn)間的水頭損失，然后將等長度的直管段替換局部阻礙段，再在同一流量下測定兩點(diǎn)間的水頭損失，由兩水頭損失之差即可得局部阻礙段的局部水頭損失。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1.測量忽然擴(kuò)大局部水頭損失與忽然縮小局部水頭損失，并測定相應(yīng)的局部水頭損失因數(shù)。參照實(shí)驗(yàn)基本操作方法，在恒定流條件下改變流量2~3次，其中一次為最大流量，待流量穩(wěn)定后，測記各測壓管液面讀數(shù)，同時(shí)測記實(shí)驗(yàn)流量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決與分析參考第五部分。2．設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：運(yùn)用圖1實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)某開度下閥門的局部阻力因數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)。規(guī)定：用二點(diǎn)法測量，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置改造簡圖，制定實(shí)驗(yàn)方案，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)CAI軟件（已隨儀器配置），進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)解決及成果規(guī)定1．記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________實(shí)驗(yàn)管段直徑：d1=D1=____10-2md2=d3=d4=D2=____10-2d5=d6=D3=___10-2實(shí)驗(yàn)管段長度：l1-2=10-2ml2-3=10-2ml3-4=l4-B=10-2mlB-5=10-2ml5-6=2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1局部水頭損失實(shí)驗(yàn)登記表次數(shù)流量/(10-6m測壓管讀數(shù)/10-2h1h2h3h4h5h6123表2局部水頭損失實(shí)驗(yàn)計(jì)算表次數(shù)阻力形式流量/(10-6m前斷面后斷面hj/10-2理論值經(jīng)驗(yàn)值/10-2E1/10-2/10-2E2/10-21忽然擴(kuò)大231忽然縮小23注：相應(yīng)于突擴(kuò)段的v1或突縮段的v5。3．成果規(guī)定(1)測定突擴(kuò)斷面局部水頭損失因數(shù)ζ值并與理論值比較。見表1(2)測定突縮斷面局部水頭損失因數(shù)ζ值并與經(jīng)驗(yàn)值比較。見表1(3)完畢設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。六、分析思考題1．管徑粗細(xì)相同、流量相同條件下，試問d1/d2（d1<d2）在何范圍內(nèi)圓管忽然擴(kuò)大的水頭損失比忽然縮小的大？2．結(jié)合流動(dòng)演示儀的水力現(xiàn)象，分析局部阻力損失機(jī)理。產(chǎn)生突擴(kuò)與突縮局部水頭損失的重要部位在哪里？如何減小局部水頭損失？3．局部阻力類型眾多，局部阻力因數(shù)的計(jì)算公式除忽然擴(kuò)大是由理論推導(dǎo)得出之外，其它都是由實(shí)驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)公式。試問，獲得經(jīng)驗(yàn)公式有那些途徑？七、注意事項(xiàng)1．恒壓水箱內(nèi)水位規(guī)定始終保持在溢流狀態(tài)，保證水頭恒定。2.測壓管后設(shè)有平面鏡，測記各測壓管水頭值時(shí)，規(guī)定視線與測壓管液面及鏡子中影像液面齊平，讀數(shù)精確到0.5mm。3.其他參見伯努利方程實(shí)驗(yàn)。2-8沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?guī)定1．學(xué)會(huì)測定管道沿程水頭損失因數(shù)和管壁粗糙度的方法；2．分析園管恒定流動(dòng)的水頭損失規(guī)律、隨雷諾數(shù)Re變化的規(guī)律，驗(yàn)證沿程水頭損失hf與平均流速v的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。圖1沿程水頭損頭實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)高壓恒定全自動(dòng)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.回水管4.壓差計(jì)5.滑動(dòng)測量尺6.穩(wěn)壓筒17.實(shí)驗(yàn)管道8.壓差數(shù)顯儀9.壓差傳感器10.測壓點(diǎn)11.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥12.供水管及供水閥13.旁通管及旁通閥14.穩(wěn)壓筒15.流量傳感器16.智能流量數(shù)顯儀2．裝置說明(1)水泵與穩(wěn)壓器。自循環(huán)高壓恒定全自動(dòng)供水器1由水泵、壓力自動(dòng)限制開關(guān)、氣—水壓力罐式穩(wěn)壓器等組成。壓力超高時(shí)能自動(dòng)停機(jī)，過低時(shí)能自動(dòng)開機(jī)。為避免因水泵直接向?qū)嶒?yàn)管道供水而導(dǎo)致的壓力波動(dòng)等影響，水泵的供水是先進(jìn)入穩(wěn)壓器的壓力罐，經(jīng)穩(wěn)壓后再送向?qū)嶒?yàn)管道。(2)旁通管與旁通閥。由于供水泵設(shè)有壓力自動(dòng)限制開關(guān)，在供小流量時(shí)因壓力過高，水泵也許出現(xiàn)斷續(xù)關(guān)閉的現(xiàn)象，為此設(shè)有旁通管與旁通閥13，在小流量實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過旁通管分流可使水泵連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)營。(3)閥11用于調(diào)節(jié)層流實(shí)驗(yàn)流量；閥12用于檢修，實(shí)驗(yàn)時(shí)始終全開；閥13層流時(shí)用于分流（全開），湍流時(shí)用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)流量。(4)實(shí)驗(yàn)管道7為不銹鋼管，其測壓斷面上沿十字型方向設(shè)有4個(gè)測壓孔，通過均壓環(huán)與測點(diǎn)管嘴相連通。(5)本實(shí)驗(yàn)儀配有壓差計(jì)4（倒U型氣-水壓差計(jì)）和壓差儀8，壓差計(jì)測量范圍為0~0.3mH2O；壓差電測儀測量范圍為0~10mH2O，視值單位為10-2mH2O。壓差計(jì)4與壓差電測儀8所測得的壓差值均可等值轉(zhuǎn)換為兩測點(diǎn)的測壓管水頭差，單位以m表達(dá)。在測壓點(diǎn)與壓差計(jì)之間的連接軟管上設(shè)有管夾，除湍流實(shí)驗(yàn)時(shí)管夾關(guān)閉外，其他操作時(shí)管夾均處在打開狀態(tài)。(6)流量測量——智能化數(shù)顯流量儀智能化數(shù)顯流量儀系統(tǒng)涉及實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒、高精密傳感器和智能化數(shù)顯流量儀（含數(shù)字面板表及A/D轉(zhuǎn)換器）。該流量儀為管道式瞬時(shí)流量儀，測量精度一級(jí)。流量儀的使用方法參見伯努利方程實(shí)驗(yàn)，需先排氣調(diào)零，流量儀所顯示的數(shù)值為瞬時(shí)流量值。(7)配有數(shù)顯溫度計(jì)。3．基本操作方法（1）層流實(shí)驗(yàn)層流實(shí)驗(yàn)壓差由壓差計(jì)測量，流量用稱重法或量體積法。1）稱重法或量體積法是在某一固定的時(shí)段內(nèi)，計(jì)量流過水流的重量或體積，進(jìn)而得出單位時(shí)間內(nèi)流過的流體量，是依據(jù)流量定義的測量方法。本實(shí)驗(yàn)及后述各實(shí)驗(yàn)的測流量方法常用稱重法或量體積法，用秒表計(jì)時(shí)，用電子稱稱重，小流量時(shí)，也可用量筒測量流體體積。為保證測量精度，一般規(guī)定計(jì)時(shí)大于15~20秒。2）壓差計(jì)連接管排氣與壓差計(jì)補(bǔ)氣。啟動(dòng)水泵，全開閥11，間歇性開關(guān)旁通閥13數(shù)次，待水從壓差計(jì)頂部流過即可。若測壓管內(nèi)水柱過高須補(bǔ)氣，全開閥門11、13，打開壓差計(jì)4頂部氣閥K，自動(dòng)充氣使壓差計(jì)中的右管液位降至底部（必要時(shí)可短暫關(guān)閉閥12），立即擰緊氣閥K即可。排氣后，全關(guān)閥11，測壓計(jì)壓差應(yīng)為零。3）實(shí)驗(yàn)時(shí)始終全開閥13，用閥11調(diào)節(jié)流量。層流范圍的壓差值僅為2~3cm以內(nèi)，水溫越高，差值越小，由于水泵發(fā)熱，水溫連續(xù)升高，應(yīng)先進(jìn)行層流實(shí)驗(yàn)。用壓差計(jì)測量，流量調(diào)節(jié)后須等待幾分鐘，穩(wěn)定后再測量。（2）湍流實(shí)驗(yàn)湍流實(shí)驗(yàn)測量時(shí)用管夾關(guān)閉壓差計(jì)連通管，壓差由數(shù)顯壓差儀測量，流量用智能化數(shù)顯流量儀測量。1)調(diào)零。啟動(dòng)水泵，全開閥11，間歇性開關(guān)旁通閥13數(shù)次，以排除連通管中的氣泡。然后，在關(guān)閉閥11的情況下，管道中充滿水但流速為零，此時(shí)，壓差儀和流量儀讀值都應(yīng)為零，若不為零，則可旋轉(zhuǎn)電測儀面板上的調(diào)零電位器，使讀值為零。2)流量調(diào)節(jié)方法：全開實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥11，調(diào)節(jié)旁通閥13來調(diào)節(jié)流量。3)流量用智能化數(shù)顯流量儀測量。無論層流還是湍流實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)均須測記水溫。三、實(shí)驗(yàn)原理1．對(duì)于通過直徑不變的圓管的恒定水流，沿程水頭損失由達(dá)西公式表達(dá)為式中：為沿程水頭損失因數(shù)；l為上下游測量斷面之間的管段長度；d為管道直徑；v為斷面平均流速。若在實(shí)驗(yàn)中測得沿程水頭損失hf和斷面平均流速，則可直接得沿程水頭損失因數(shù)其中 k=由伯努利方程可得沿程水頭損失hf即為兩測點(diǎn)的測壓管水頭差h，可用壓差計(jì)或電測儀測得。2．圓管層流運(yùn)動(dòng)3．管壁平均當(dāng)量粗糙度在流動(dòng)處在湍流過渡區(qū)或阻力平方區(qū)時(shí)測量，可由巴爾公式擬定即四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．沿程水頭損失因數(shù)測量與分析實(shí)驗(yàn)參照實(shí)驗(yàn)基本操作方法，分別在層流和湍流兩種流態(tài)下測量流量、水溫、壓差各4~6次。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考表1解決。2．設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)試運(yùn)用圖1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)測定實(shí)驗(yàn)管段平均當(dāng)量粗糙度的實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)解決及成果規(guī)定1．記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________圓管直徑d=______10-2m測量段長度l=______2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果（參表1）3．成果規(guī)定(1)測定沿程水頭損失