水力学实验指导书 杨小亭冯彩凤主编 武汉大学水利水电学院水力学流体力学教研室 2004年10月
水力学实验指导书 杨小亭 冯彩凤 主编 武汉大学水利水电学院水力学流体力学教研室 2004 年 10 月
前言 水力学是工科类高等院校一门重要的专业基础课程,水力学教学包括 理论教学和实验教学两部分。水力学实验在水力学学科发展中占有重要的 地位,是整个水力学教学不可替代环节。其重要性在于加强学生对水流现 象的感性认识,验证所学理论,培养基本的实验技能和科学硏究的严谨作 风。 本实验指导书是在武汉大学水力学教研室多年教学实践经验及原有讲 义基础上,广泛吸收国内外实验教材中的优点,结合本校水力学实验课的 具体情况以及编者自身实验工作的体会编写而成,其内容涵盖了水力学教 学大纲所要求的所有实验。编写过程中始终贯彻理论联系实际,注重实践 环节,结合我校水力学开放实验的特点,力求符合学生的认识规律及便于 独立操作的原则。全讲义内容包括两部分:第一部分为演示实验,学生通 过观察各种形式的水流现象,增强对流体运动现象的认识,加深对水力学 基本概念、基本规律和基本理论的理解。第二部分为操作实验,以促进学 生掌握操作技能,测量方法;培养分析实验数据,整理实验成果以及编写 实验报告的能力。 本实验指导书采用集体讨论、分工执笔的方式进行,由杨小亭、冯彩 风执笔编写,黄纪忠、李琼参加了部分工作,并由李大美教授主审。 由于时间仓促,水平有限,书中的缺点和错误在所难免,恳切希望读 者批评指正 编者 2002年5月于珞珈山
前 言 水力学是工科类高等院校一门重要的专业基础课程，水力学教学包括 理论教学和实验教学两部分。水力学实验在水力学学科发展中占有重要的 地位，是整个水力学教学不可替代环节。其重要性在于加强学生对水流现 象的感性认识，验证所学理论，培养基本的实验技能和科学研究的严谨作 风。 本实验指导书是在武汉大学水力学教研室多年教学实践经验及原有讲 义基础上，广泛吸收国内外实验教材中的优点，结合本校水力学实验课的 具体情况以及编者自身实验工作的体会编写而成，其内容涵盖了水力学教 学大纲所要求的所有实验。编写过程中始终贯彻理论联系实际，注重实践 环节，结合我校水力学开放实验的特点，力求符合学生的认识规律及便于 独立操作的原则。全讲义内容包括两部分：第一部分为演示实验，学生通 过观察各种形式的水流现象，增强对流体运动现象的认识，加深对水力学 基本概念、基本规律和基本理论的理解。第二部分为操作实验，以促进学 生掌握操作技能，测量方法；培养分析实验数据，整理实验成果以及编写 实验报告的能力。 本实验指导书采用集体讨论、分工执笔的方式进行，由杨小亭、冯彩 风执笔编写，黄纪忠、李琼参加了部分工作，并由李大美教授主审。 由于时间仓促，水平有限，书中的缺点和错误在所难免，恳切希望读 者批评指正。 编 者 2002 年 5 月于珞珈山
目录 第一部分演示实验 流线演示实验 二、能量方程演示实验…… 三、空化机理演示实验…… 四、势流叠加演示实验 五、水流流态演示实验… 六、紊动机理演示实验… 七、脉动压强演示实验 八、虹吸管原理演示实验………… 九、水泵特性演示实验……………… 17 十、水击现象综合演示实验 十一、流动演示实验… 20 十二、明槽水面曲线演示实验 十三、泄水建筑物消能及水跃演示实验…………………………………29 第二部分量测实验 、静水压强量测实验…… 、流速量测(毕托管)实验 32 光电流速仪测速实验 四、沿程水头损失实验…… 3 五、管道局部水头损失实验…… 六、文丘里流量计及孔板流量计率定实验 七、动量方程验证实验 八、管流流态实验… 九、明槽糙率的测定实验… 十、堰流流量系数的测定实验… 十一、闸下自身出流流量系数的测定实验 十二、有压渗流电拟法实验
目 录 第一部分 演示实验 一、流线演示实验……………………………………………………………………1 二、能量方程演示实验………………………………………………………………3 三、空化机理演示实验………………………………………………………………6 四、势流叠加演示实验………………………………………………………………8 五、水流流态演示实验………………………………………………………………10 六、紊动机理演示实验………………………………………………………………11 七、脉动压强演示实验………………………………………………………………13 八、虹吸管原理演示实验……………………………………………………………15 九、水泵特性演示实验………………………………………………………………17 十、水击现象综合演示实验…………………………………………………………18 十一、流动演示实验…………………………………………………………………20 十二、明槽水面曲线演示实验………………………………………………………24 十三、泄水建筑物消能及水跃演示实验……………………………………………29 第二部分 量测实验 一、静水压强量测实验………………………………………………………………30 二、流速量测（毕托管）实验………………………………………………………32 三、光电流速仪测速实验……………………………………………………………36 四、沿程水头损失实验………………………………………………………………39 五、管道局部水头损失实验…………………………………………………………43 六、文丘里流量计及孔板流量计率定实验…………………………………………47 七、动量方程验证实验………………………………………………………………50 八、管流流态实验……………………………………………………………………53 九、明槽糙率的测定实验……………………………………………………………57 十、堰流流量系数的测定实验………………………………………………………62 十一、闸下自身出流流量系数的测定实验…………………………………………65 十二、有压渗流电拟法实验…………………………………………………………68
第一部分演示实验 流线演示实验 演示目的 1、通过演示进一步了解流线的基本特征。 2、观察液体流经不同固体边界时的流动现象。 二、演示原理 流场中液体质点的运动状态,可以用迹线或流线来描述,迹线是一个液 体质点在流动空间所走过的轨迹。流线是流场内反映瞬时流速方向的曲线 在同一时刻,处在流线上所有各点的液体质点的流速方向与各该点的切线方 向相重合,在恒定流中,流线和迹线互相重合。在流线仪中,用显示液(自 来水、红墨水),通过狭缝式流道组成流场,来显示液体质点的运动状态 整个流场内的“流线谱”可形象地描绘液流的流动趋势,当这些有色线经过 各种形状的固体边界时,可以清晰地反映出流线的特征及性质 三、演示设备 演示设备如图所示,它们分别显示二种特定边界条件下的流动图象 (a)可显示闸底板渗流场中液流的流动形态。 (b)可显示实用堰溢流的流动形态。 演示仪均由有机片制成狭缝式流道,其间夹有不同形状的固体边界。在 演示仪的左上方有两个盛水盒,一个装自来水,一个装红色水,两盒的内壁 各自交错开有等间距的小孔通往狭缝流道,流道尾部装有调节阀。 (a) 流线仪简图 1、盛水盒2、闸底板3、排气孔4、集水箱 5、狭缝流道6、泄水调节阀7、实用堰
1 第一部分 演示实验 流线演示实验 一、演示目的 1、通过演示进一步了解流线的基本特征。 2、观察液体流经不同固体边界时的流动现象。 二、演示原理 流场中液体质点的运动状态，可以用迹线或流线来描述，迹线是一个液 体质点在流动空间所走过的轨迹。流线是流场内反映瞬时流速方向的曲线， 在同一时刻，处在流线上所有各点的液体质点的流速方向与各该点的切线方 向相重合，在恒定流中，流线和迹线互相重合。在流线仪中，用显示液(自 来水、红墨水)，通过狭缝式流道组成流场，来显示液体质点的运动状态。 整个流场内的“流线谱”可形象地描绘液流的流动趋势，当这些有色线经过 各种形状的固体边界时，可以清晰地反映出流线的特征及性质。 三、演示设备 演示设备如图所示，它们分别显示二种特定边界条件下的流动图象。 （a）可显示闸底板渗流场中液流的流动形态。 （b）可显示实用堰溢流的流动形态。 演示仪均由有机片制成狭缝式流道，其间夹有不同形状的固体边界。在 演示仪的左上方有两个盛水盒，一个装自来水，一个装红色水，两盒的内壁 各自交错开有等间距的小孔通往狭缝流道，流道尾部装有调节阀。 流线仪简图 1、盛水盒 2、闸底板 3、排气孔 4、集水箱 5、狭缝流道 6、泄水调节阀 7、实用堰
四、演示方法 1、首先打开演示仪的排气夹和尾部的调节夹进行排气,待气排净后拧 紧调节夹,并将上方的两个盛水盒装满自来水 2、将装有自来水的两个盛水盒中的任一个滴少许红墨水搅拌均匀 3、调节尾部控制夹,可使显示液达到最佳的显示效果: 4、待整个流场的有色线(即流线)显示后,观察分析其流动情况及特 征 5、演示结束后,倒掉演示液,并将仪器冲洗干净待用。 五、思考题 1、流线的形状与边界有否关系? 2、流线的曲、直和疏、密各反映了什么?
2 四、演示方法 1、首先打开演示仪的排气夹和尾部的调节夹进行排气，待气排净后拧 紧调节夹，并将上方的两个盛水盒装满自来水； 2、将装有自来水的两个盛水盒中的任一个滴少许红墨水搅拌均匀； 3、调节尾部控制夹，可使显示液达到最佳的显示效果； 4、待整个流场的有色线（即流线）显示后，观察分析其流动情况及特 征； 5、演示结束后，倒掉演示液，并将仪器冲洗干净待用。 五、思考题 1、流线的形状与边界有否关系? 2、流线的曲、直和疏、密各反映了什么?