下，实验管道出流为恒定流。（3）非恒定流操作。调速器开、关过程中，水箱6无溢流情况下，实验管道出流为非恒定流。（4）流量测量。实验流量用阀13调节，记录智能化数显流量仪的流量值。三、实验原理1伯努利方程。在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面，在恒定流动时，可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的伯努利方程式(i=2,3..,n)5++第=,++器+hupg2gpg2g取α1=α2=αn..=1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出z+卫值，pg测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速及票，从而可得到各断面测2g管水头和总水头。2.过流断面性质。均匀流或渐变流断面流体动压强符合静压强的分布规律，即在同一断面上z+卫=C，但在不同过流断面上的测压管水头不同，pg2+*2+：急变流断面上z+品*C。pgpgpg四、实验内容与方法1.定性分析实验(1）验证同一静止液体的测压管水头线是根水平线。阀门全关，稳定后，实验显示各测压管的液面连线是一根水平线。而这时的滑尺读数值就是水体在流动前所具有的总能头。(2）观察不同流速下，某一断面上水力要素变化规律。以测点③*、所在的断面为例，测管的液面读数为该断面的测压管水头。测管③*连通毕托管，显示测点的总水头。实验表明，流速越大，水头损失越大，水流流到该断面时的总水头越小，断面上的势能亦越小。(3）验证均匀流断面上，动水压强按静水压强规律分布。观察测点②和③，尽管位置高度不同，但其测压管的液面高度相同，表明- 11 -
- 11 - 下，实验管道出流为恒定流。 （3）非恒定流操作。调速器开、关过程中，水箱 6 无溢流情况下，实验管道 出流为非恒定流。 （4）流量测量。实验流量用阀 13 调节，记录智能化数显流量仪的流量值。 三、实验原理 1．伯努利方程。在实验管路中沿管内水流方向取 n 个过水断面，在恒定流动 时，可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的伯努利方程式(i=2,3.,n) 2 2 1 1 1 1 w1 2 2 i i i i i p p z z h g g g g v v 取1＝2＝n.＝1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出 p z g 值， 测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速 v 及 2 2g v ，从而可得到各断面测 管水头和总水头。 2．过流断面性质。均匀流或渐变流断面流体动压强符合静压强的分布规律， 即 在 同 一 断 面 上 p z C g ， 但 在 不 同 过 流 断 面 上 的 测 压 管 水 头 不 同 ， 1 2 1 2 p p z z g g ；急变流断面上 p z C g 。 四、实验内容与方法 1．定性分析实验 (1) 验证同一静止液体的测压管水头线是根水平线。 阀门全关，稳定后，实验显示各测压管的液面连线是一根水平线。而这时的 滑尺读数值就是水体在流动前所具有的总能头。 (2) 观察不同流速下，某一断面上水力要素变化规律。 以测点⑧*、⑨所在的断面为例，测管⑨的液面读数为该断面的测压管水头。 测管⑧*连通毕托管，显示测点的总水头。实验表明，流速越大，水头损失越大， 水流流到该断面时的总水头越小，断面上的势能亦越小。 (3) 验证均匀流断面上，动水压强按静水压强规律分布。 观察测点②和③，尽管位置高度不同，但其测压管的液面高度相同，表明
z2+P=C。pg(4）观察沿流程总能坡线的变化规律。加大开度，使接近最大流量，若稳定后各测管水位如图3所示，图中A-A为管轴线。水箱液面日日#日#####?#?更?VH图3测压管水位示例纵观带毕托管的测点①*、③*、③*、①*、*、*、*的测管水位（实验时可加入雷诺实验用的红色水，使这些管呈红色，如图3中以较深颜色表示的测压管），可见各测管的液面沿流程是逐渐降低而没有升高的，表明总能量沿流程只会减少，不会增加，能量损失是不可能逆转的。(5）观察测压管水头线的变化规律。总变化规律：纵观测压点②、④、③、①、③、、、①、的测压管水位，可见沿流程有升也有降，表明测压管水头线沿流程可升也可降。沿程水头损失：从②、④、③点可看出沿程水头损失的变化规律，等径管道上，距离相等，沿程损失相同。势能与动能的转换：以测点③、③、③为例，测点所在流段上高程相等，管径先收缩后扩大，流速由小增大再减小。测管③到测管③的液位发生了陡降，表明水流从测点③断面流到测点③断面时有部分压力势能转化成了流速动能。而测管到测管③测管水位回升了，这正和前面相反，说明有部分动能又转化成了压力势能。这就清楚验证了动能和势能之间是可以互相转化的，因而是可逆的。位能和压能的转换：以测点③与5所在的两断面为例，由于二断面的流速水头相等，测点③的位能较大，压能（测管液位离管轴线的高度）很小，而测点的位能很小，压能却比点大，这就说明了水流从测点③断面流到测点5断面的过程中，部分位能转换成了压能。- 12 -
- 12 - p z C g 。 (4) 观察沿流程总能坡线的变化规律。 加大开度，使接近最大流量，若稳定后各测管水位如图 3 所示，图中 A-A 为管轴线。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 0 0 A A A 水箱液面 图 3 测压管水位示例 纵观带毕托管的测点①*、⑥*、⑧*、○12*、○14*、○16*、○18*的测管水位（实验 时可加入雷诺实验用的红色水，使这些管呈红色，如图 3 中以较深颜色表示的测 压管），可见各测管的液面沿流程是逐渐降低而没有升高的，表明总能量沿流程只 会减少，不会增加，能量损失是不可能逆转的。 (5) 观察测压管水头线的变化规律。 总变化规律：纵观测压点②、④、⑤、⑦、⑨、○13、○15、○17、○19的测压管水位， 可见沿流程有升也有降，表明测压管水头线沿流程可升也可降。 沿程水头损失：从②、④、⑤点可看出沿程水头损失的变化规律，等径管道 上，距离相等，沿程损失相同。 势能与动能的转换：以测点⑤、⑦、⑨为例，测点所在流段上高程相等，管 径先收缩后扩大，流速由小增大再减小。测管⑤到测管⑦的液位发生了陡降，表 明水流从测点⑤断面流到测点⑦断面时有部分压力势能转化成了流速动能。而测 管⑦到测管⑨测管水位回升了，这正和前面相反，说明有部分动能又转化成了压 力势能。这就清楚验证了动能和势能之间是可以互相转化的，因而是可逆的。 位能和压能的转换：以测点⑨与○15所在的两断面为例，由于二断面的流速水 头相等，测点⑨的位能较大，压能（测管液位离管轴线的高度）很小，而测点○15的 位能很小，压能却比⑨点大，这就说明了水流从测点⑨断面流到测点○15断面的过 程中，部分位能转换成了压能
(6）利用测压管水头线判断管道沿程压力分布。测压管水头线高于管轴线，表明该处管道处于正压下；测压管水头线低于管轴线，表明该处管道处于负压下，出现了真空。高压和真空状态都容易使管道破坏。实验显示（参图3），测点?的测管液面低于管轴线，说明该处管段承受负压（真空）；测压管③的液位高出管轴线，说明该处管段承受正压。2.定量分析实验一一伯努利方程验证与测压管水头线测量分析实验实验方法与步骤：在恒定流条件下改变流量2次，其中一次阀门开度大到使9号测管液面接近可读数范围的最低点，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管测点供演示用，不必测记读数）。实验数据处理与分析参考第五部分内容。3.设计性实验一一改变水箱中的液位高度对喉管真空度影响的实验研究为避免引水管道的局部负压，可采取的技术措施有(a)减小流量；(b)增大喉管管径；(c)降低相应管线的安装高程；（d)改变水箱中的液位高度。下面分析后两项。对于措施(c)，以本实验装置为例（参图4），可在水箱出口先接一下垂90°弯管，后接水平段，将喉管的高程降至基准高程0一0，使位能降低，压能增大，从而可能避免点③处的真空。该项措施常用于实际工程的管轴线设计中。11水2???00?面13282?17113图4实验管道系统图对于措施（d)，不同供水系统调压效果是不同的，需作具体分析。可通过理论分析与实验研究相结合的方法，确定改变作用水头（如抬高或降低水箱的水位）对管中某断面压强的影响情况。本设计性实验要求利用图1实验装置，设计改变水箱中的液位高度对喉管真- 13 -
- 13 - (6) 利用测压管水头线判断管道沿程压力分布。 测压管水头线高于管轴线，表明该处管道处于正压下；测压管水头线低于管 轴线，表明该处管道处于负压下，出现了真空。高压和真空状态都容易使管道破 坏。实验显示（参图 3），测点⑦的测管液面低于管轴线，说明该处管段承受负压 （真空）；测压管⑨的液位高出管轴线，说明该处管段承受正压。 2. 定量分析实验——伯努利方程验证与测压管水头线测量分析实验 实验方法与步骤：在恒定流条件下改变流量 2 次，其中一次阀门开度大到使○19 号测管液面接近可读数范围的最低点，待流量稳定后，测记各测压管液面读数， 同时测记实验流量（毕托管测点供演示用，不必测记读数）。实验数据处理与分析 参考第五部分内容。 3．设计性实验——改变水箱中的液位高度对喉管真空度影响的实验研究 为避免引水管道的局部负压，可采取的技术措施有(a)减小流量；(b)增大喉管 管径；(c)降低相应管线的安装高程；(d)改变水箱中的液位高度。下面分析后两项。 对于措施(c)，以本实验装置为例（参图 4），可在水箱出口先接一下垂 90弯 管，后接水平段，将喉管的高程降至基准高程 0－0，使位能降低，压能增大，从 而可能避免点⑦处的真空。该项措施常用于实际工程的管轴线设计中。 0 0 水 箱 1 h 2 2 3 3 3 4 5 7 1 2 8 6 10 13 9 11 12 14 15 16 17 19 18 1 图 4 实验管道系统图 对于措施(d)，不同供水系统调压效果是不同的，需作具体分析。可通过理论 分析与实验研究相结合的方法，确定改变作用水头（如抬高或降低水箱的水位） 对管中某断面压强的影响情况。 本设计性实验要求利用图 1 实验装置，设计改变水箱中的液位高度对喉管真