水力學(xué)（第6版）上冊(cè) 課件 實(shí)驗(yàn)-N

單位：水利水電學(xué)院授課教師：張法星水力學(xué)教案——實(shí)驗(yàn)課101PARTONE第4周，第2次課（3學(xué)時(shí)）教學(xué)目的及要求靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)：1.掌握用測(cè)壓管測(cè)量流體靜壓強(qiáng)的技能；2.驗(yàn)證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程；3.測(cè)定X液體的密度；4.通過對(duì)諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)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(shí)際問題的能力。能量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：1.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；2.通過定量測(cè)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(cè)壓管水頭線的實(shí)驗(yàn)測(cè)量技能與繪制方法；3.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；教學(xué)內(nèi)容提要靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)：1.認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)。2.熟悉儀器，記錄常數(shù)。3.第一種狀態(tài)（>0）。3.1打開通氣閥，等液面穩(wěn)定后再把通氣閥關(guān)閉。3.2關(guān)閉負(fù)壓測(cè)壓管閥門，打開加壓打氣球閥門。3.3分3次用打氣球?qū)θ萜鬟M(jìn)行加壓，每次加壓時(shí)，1、2號(hào)測(cè)壓管水位上升5cm左右。3.4加壓完后，并關(guān)閉打氣球閥，等液面穩(wěn)定后測(cè)量并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。再加壓時(shí)再打開打氣球閥4.二種狀況（<0）。4.1打開通氣閥，等液面穩(wěn)定后再把通氣閥關(guān)閉。4.2打開負(fù)壓測(cè)壓管閥門，關(guān)閉加壓打氣球閥門。4.3分3次用放水減壓閥放水對(duì)容器進(jìn)行減壓，每次減壓時(shí)，1、2號(hào)測(cè)壓管水位下降3cm左右。4.4減壓完后，等液面穩(wěn)定后測(cè)量并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)裝置主要由可密閉圓柱容器、測(cè)壓管組成，在不同高度A、B、C、D四點(diǎn)開了測(cè)壓孔，測(cè)壓管1與D點(diǎn)連接，測(cè)壓管2與C點(diǎn)連接，測(cè)壓管3與B點(diǎn)連接，測(cè)壓管3頂部與水箱頂部連同，U型管左邊與A點(diǎn)連接、右邊通大氣，U型管內(nèi)裝X液體。教學(xué)內(nèi)容提要能量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：1.熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備后，打開尾閥，接通電源，啟動(dòng)供水系統(tǒng)。2.等到供水穩(wěn)定后，關(guān)閉尾閥，觀察測(cè)壓管中的水位是否在同一水平面上，判斷是否排完氣體，如有氣則用吸耳球排除測(cè)壓管中的氣體。調(diào)節(jié)數(shù)顯流量?jī)x的調(diào)零旋鈕使數(shù)顯流量?jī)x的讀數(shù)為零。3.打開尾閥，調(diào)節(jié)流量，使測(cè)壓管水位在適當(dāng)高度。等到水位穩(wěn)定后，開始測(cè)量。4.改變流量再做一次。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.溢流板；5.穩(wěn)水孔板；6.恒壓水箱；7.實(shí)驗(yàn)管道；8.測(cè)壓點(diǎn)1~19；9.彎針畢托管；10.測(cè)壓計(jì)；11.滑動(dòng)測(cè)量尺；12.測(cè)壓管1~19；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。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)：

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)能量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：

討論、練習(xí)、作業(yè)課堂討論：靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)：1.簡(jiǎn)述如何測(cè)定容器內(nèi)液體任意點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)。2.在什么狀態(tài)下，測(cè)壓管123的液面在同一水平面上。能量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：1．測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有何不同？2．閥門開大，使流量增加，測(cè)壓管水頭線有何變化？3．由畢托管測(cè)量的總水頭線與按實(shí)測(cè)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。4．為什么急變流斷面不能被選作能量方程的計(jì)算斷面？課后作業(yè)：課堂練習(xí)：學(xué)生需要理解每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、步驟、注意事項(xiàng)，組織實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并按照要求對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行記錄。為了使實(shí)驗(yàn)者能深入地掌握和鞏固有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生需要整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，獨(dú)立完成試驗(yàn)報(bào)告，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)靜水壓強(qiáng)與能量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的思考題作出書面回答。202PARTTWO第7周，第1次課（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的及要求文丘里實(shí)驗(yàn)：1.測(cè)定文丘里管流量系數(shù)μ值。2.繪制文丘里管的流量Q與壓差計(jì)壓差之間的關(guān)系曲線。3.學(xué)習(xí)、了解自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)的使用方法。動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)：實(shí)測(cè)射流對(duì)平板或曲板的作用力，并驗(yàn)證恒定流動(dòng)量方程式孔口與管嘴出流實(shí)驗(yàn)：1.觀察典型孔口及管嘴出流時(shí)的流動(dòng)現(xiàn)象及園柱形管嘴的局部真空。2.測(cè)定孔口及管嘴出流時(shí)的流量系數(shù)μ值。教學(xué)內(nèi)容提要文丘里實(shí)驗(yàn)：1.熟悉實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和設(shè)備結(jié)構(gòu)。2.打開尾閥，接通水泵電源，給水箱供水。3.關(guān)閉尾閥，排除管道和測(cè)壓管中的氣體，打開壓差計(jì)氣閥，使壓差計(jì)的1號(hào)管和4號(hào)管、2號(hào)管和3號(hào)管分別相等，輕輕緩慢調(diào)節(jié)數(shù)顯流量?jī)x的調(diào)零旋鈕使讀數(shù)為零，關(guān)閉壓差計(jì)氣閥。4.打開尾閥，使管道通過較大流量，且測(cè)壓管的水位均能讀數(shù)。等到水流穩(wěn)定后，開始測(cè)定測(cè)壓管水位和流量，并記錄。5.控制尾閥，減小流量，使測(cè)壓管水位差（或流量）按6次均勻減少，等到水流穩(wěn)定后，繼續(xù)測(cè)定。6.測(cè)次大于6次后，且壓差分布均勻，實(shí)驗(yàn)可以結(jié)束。教學(xué)內(nèi)容提要孔口與管嘴出流實(shí)驗(yàn)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)需開啟時(shí)，先用旋板擋水，再打開橡皮塞。這樣可防止水花四濺。2.直角進(jìn)口管嘴收縮斷面真空度hv測(cè)量。標(biāo)尺11和測(cè)壓管12可測(cè)量管嘴高程z1及測(cè)壓管水位z，則hv=z1-z。3.智能化數(shù)顯流量?jī)x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。4.實(shí)驗(yàn)流量：切換波段開關(guān)至對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，記錄智能化數(shù)顯流量?jī)x的流量值。教學(xué)內(nèi)容提要?jiǎng)恿糠匠虒?shí)驗(yàn)1.接通水泵和流量?jī)x電源，等水流穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)流量?jī)x調(diào)零旋鈕，使流量?jī)x讀數(shù)為零。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(cè)量。標(biāo)尺的零點(diǎn)已固定在活塞園心的高程上。當(dāng)測(cè)壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記下測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量流量。記錄智能化數(shù)顯流量?jī)x的流量值。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)文丘里實(shí)驗(yàn)：理論流量：由于分析計(jì)算中，沒有考慮水頭損失，而水頭損失會(huì)促使流量減小，因?yàn)閷?shí)際流量比理論流量小，對(duì)于這個(gè)誤差一般用修正系數(shù)（稱為文丘里管流量系數(shù)）來修正，實(shí)際流量為

。孔口與管嘴出流實(shí)驗(yàn)：孔口(管嘴)出流的計(jì)算公式：教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)：

討論、練習(xí)、作業(yè)課堂討論：文丘里實(shí)驗(yàn)：1.分析文丘里流量計(jì)所測(cè)理論流量與實(shí)際流量之間的大小，并分析其原因；2.文丘里管能否倒裝，并說明原因；3.繪制Q-關(guān)系曲線?？卓谂c管嘴出流實(shí)驗(yàn)：比較各孔口及管嘴的流量系數(shù)大小，并說明原因。動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)：比較實(shí)測(cè)作用力與計(jì)算作用力的大小，分析其原因。課后作業(yè)：課堂練習(xí)：學(xué)生需要理解每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、步驟、注意事項(xiàng)，組織實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并按照要求對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行記錄。為了使實(shí)驗(yàn)者能深入地掌握和鞏固有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生需要整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，獨(dú)立完成試驗(yàn)報(bào)告，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)靜水壓強(qiáng)與能量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的思考題作出書面回答。討論、練習(xí)、作業(yè)課堂討論：文丘里實(shí)驗(yàn)：1.分析文丘里流量計(jì)所測(cè)理論流量與實(shí)際流量之間的大小，并分析其原因；2.文丘里管能否倒裝，并說明原因；3.繪制Q-關(guān)系曲線。孔口與管嘴出流實(shí)驗(yàn)：比較各孔口及管嘴的流量系數(shù)大小，并說明原因。動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)：比較實(shí)測(cè)作用力與計(jì)算作用力的大小，分析其原因。課后作業(yè)：課堂練習(xí)：學(xué)生需要理解每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、步驟、注意事項(xiàng)，組織實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并按照要求對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行記錄。為了使實(shí)驗(yàn)者能深入地掌握和鞏固有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生需要整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，獨(dú)立完成試驗(yàn)報(bào)告，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)靜水壓強(qiáng)與能量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的思考題作出書面回答。303PARTTHREE第11周，第2次課（3學(xué)時(shí)）教學(xué)目的及要求實(shí)驗(yàn)：管流沿程阻力實(shí)驗(yàn)：1.測(cè)定有壓管流沿程水頭損失及沿程阻力系數(shù)λ值。2.繪制-和-關(guān)系曲線，確定中的m值。管流局部阻力實(shí)驗(yàn)：1.測(cè)定圓管突然擴(kuò)大的局部水頭損失，掌握管流局部水頭損失的測(cè)定方法。2.驗(yàn)證圓管突然擴(kuò)大、突然縮小局部水頭損失的理論公式。3.繪制測(cè)壓管水頭曲線。教學(xué)內(nèi)容提要管流沿程阻力實(shí)驗(yàn):1.熟悉實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)。2.關(guān)閉實(shí)驗(yàn)管閥門，打開旁通管閥門，接通電源，開啟水泵，過濾水泵和管道里的雜質(zhì)。3.稍等片刻后，打開實(shí)驗(yàn)管尾部流量控制閥和前端閥門。4.反復(fù)關(guān)閉開啟流量控制閥，排除測(cè)壓管中的氣體。在關(guān)閉尾閥的條件下，對(duì)流量?jī)x和壓差儀進(jìn)行調(diào)零。5.把尾閥開到最大，關(guān)閉旁通閥，這時(shí)實(shí)驗(yàn)管道通過的流量最大，測(cè)壓儀數(shù)值（即壓差最大）。水流穩(wěn)定后，開始測(cè)量流量和壓差，并記錄。6.緩慢打開旁通閥，減小實(shí)驗(yàn)流量，壓差儀的數(shù)值減小為前次實(shí)驗(yàn)的2/3左右。水流穩(wěn)定后，再開始測(cè)量水溫、流量和壓差，并記錄。7.壓差儀數(shù)據(jù)顯示小于或等于25cm時(shí)打開壓差計(jì)的微型開關(guān),按上面方法再做2至3組數(shù)據(jù)后結(jié)束實(shí)驗(yàn)。教學(xué)內(nèi)容提要管流局部阻力實(shí)驗(yàn)：1.熟悉實(shí)驗(yàn)指示書、實(shí)驗(yàn)裝置。2.打開尾閥，接通電源，開啟水泵，給水箱供水。3.等到水箱開始溢水后，關(guān)閉尾閥，排除管道、測(cè)壓管中的氣體，并觀察測(cè)壓管中的水位是否在同一水平面上。4.打開尾閥，使管道通過水流，并調(diào)節(jié)流量大小，使測(cè)壓管水位在適當(dāng)?shù)母叨取?.測(cè)量各斷面的測(cè)壓管水頭，用流量?jī)x測(cè)定流量。6.檢查數(shù)據(jù)無誤后，改變流量，再次測(cè)量。7.關(guān)閉水泵，拔掉電源，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)管流沿程阻力實(shí)驗(yàn)

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)管流局部阻力實(shí)驗(yàn)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，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表示。局部水頭損失是在一段流程上，甚至相當(dāng)長(zhǎng)的一段流程上完成的，如圖2，斷面1至斷面2，這段流程上的總水