水力学新指导书2个实验.docx
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水力学新指导书2个实验
第一部分:
量测实验
(一)流体静力学实验
一、实验目的要求
1、掌握用测压管测量流体静压强的技能;
2、验证不可压缩流体静力学基本方程;
3、通过对诸多流体静力学现象的实验分析研讨,进一步提高解决净力学实际问题的能力。
二、实验装置
本实验的装置如图1.1所示。
图1.1流体静力学实验装置图
1.测压管;2.带标尺测压管;3.连通管;4.真空测压管;5.U型测压管;6.通气阀;7.加压打气球;8.截止阀;9.油柱;10.水柱;11.减压放水阀。
说明
1.所有测管液面标高均以标尺(测压管2)零读数为基准;
2.仪器铭牌所注▽B、▽C、▽D系测点B、C、D标高;若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准,则▽B、▽C、▽D亦为ZB、ZC、ZD;
3.仪器所有阀们旋柄顺管轴线为开。
三、实验原理
在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程
=
const
或
0
(1.1)
式中:
z----------被测定在基准面以上的位置高度;
---------被测点的静水压强,以相对压强表示,以下同;
0---------水箱中液面的表面压强;
------液体容重;
----------被测点的液体深度;
另对装有水油(图1.2及图1.3)U型测管,应用等压面可得油的比重S0有下列关系:
0
(1.2)
图1.2图1.3
据此可用仪器(不用另外尺)直接测锝S0。
四、实验方法和步骤
1.搞清仪器组成及其用法。
包括:
⑴各阀门的开关;
⑵加压方法关闭所有阀门(包括截止阀),然后用打气球充气;
⑶减压方法开启筒底阀11放水;
⑷检查仪器是否密封加压后检查测压管1、2、5液面高程是否恒定。
若下降,表明漏气,应查明原因并加以处理。
2.记录仪器号NO。
及各常数(记入表1.1)
(1.2)推导如下:
当U型管中水面与油水界面齐平(图1.2),取其顶面为等压面,有P01=
h1=
H
(1)
另当U型管中水面与油面界面齐平(图1.3),取其油水界面为等压面,则有
P02+
H=
H又P02=–
h2=
H–
H
由上两式联解可得:
H=h1+h2
代入式
(1)得:
3.量测点静压强(各点压强用厘米水柱高表示)
⑴打开通气阀6(此时p0=0),记录水箱液面标高▽0和测压管2液面标高▽H(此时▽0=▽H);
⑵关闭通气阀6及截止阀8,加压使之形成p0>0,测记▽0及▽H;
⑶打开放水阀11,使之形成P0<0(要求其中一次
<0,即▽H<▽B)测记▽0及▽H。
4.测出4#测压管插入小水杯水中的深度。
5.测定油比重S0。
⑴开启通气阀6,测记▽0;
⑵关闭通气阀6,打气加压(p0>0),微调放气螺母使U形管中水面与油水交界面齐平(图1.2),测记▽0及▽H(此过程反复进行3次);
⑶打开通气阀,待液面稳定后,关闭所有阀门;然后开启放水阀11降压(p0<0使U形管中的水面与油面齐平(图1.3),测记▽0及▽H(此过程亦反复进行3次)。
表1.1流体静压强测量记录及计算表单位:
cm
实验条件
次序
水箱液面
▽0
测压管液面▽H
压强水头
测压管水头
P0=0
1
P0>0
1
2
3
P0<0
(其中一次PB<0)
1
2
3
注:
表面基准面选在ZC=cmZD=cm
表1.2油容重测量记录及计算表单位:
cm
条件
次序
水箱液面标尺读数▽0
测压管2液面标尺读数▽H
P0>0
且U型管中水面与油水交界面齐平
N/cm3
P0<0
且U型管中水面与油面齐平
任课老师签名:
五、实验成果及要求
1.记录有关常数。
实验装置台号NO.
各测点的标尺读数为:
▽B=cm,▽c=cm,▽D=cm,
ω=N/cm3
2.分别求出各次测量时,A、B、C、D点的压强,并选择一基准检验同一静止液体内的任意二点C、D的(Z+
)是否为常数。
3.求出油的容重。
0=N/cm3
4.测出4#测压管插入小水杯中深度。
△h4=cm
六、实验分析与讨论
1.同一静止液体内的测压管水头线是根什么线?
2.同PB<0时,试根据记录数据确定水箱内的真空区域。
3.若再备一根直尺,试采用另外最简便的方法测定
0。
4.如测压管太细,对测压管液面的读数将有何影响?
5.过C点作一水平面,相对管1、2、5、及水箱中液体而言,这个水平面是不是等压面?
哪一部分液体是同一等压面?
☆6.用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗?
☆7.该仪器在加气增压后,水箱液面将下降δ而测压管液面将升高H,实验时,若以р0=0时的水箱液面作为测量基准,试分析加气增压后,实际压强(H+δ)与视在压强H的相对误差值。
本仪器测压管内径为0.8cm,箱体内径为20cm。
附:
另一静水压强测量方法:
静水压强量测实验
一、目的和要求
目的:
量测静水中任一点的压强;测定另一种液体的密度。
要求:
掌握测压管和连通管的侧压原理以及运用等压面概念分析问题。
二、实验设备
静水压强量测仪(见附图)。
三、实验原理
等压面概念、测压管和连通管的测压原理。
四、实验步骤
1.打开通气孔,使密封水箱与大气相通,则密封水箱中表面压强P0等于大气压强Pa,开口箱水面与密封水箱水面及连通管的水面均齐平。
2.关闭通气孔,将开口箱提升到一定高度,使P0>Pa。
待系统稳定后,记录U形管及各连通管液面高程(以静水压强仪的下边缘为基准面),此时P0-Pa=γ水h。
这个水柱高度h也等于h6-h5和h7-h5,而U形管两液面的压差γ油hu=P0-Pa或γ水h。
取不同高度再做一次。
3.将开口箱下降到一定高度,使P0<Pa。
待系统稳定后,记录U形管及各连通管液面高程。
取不同高度再做一次。
五、实测数据与计算
1、量测数据
U形管及各连通管液面高程(厘米)
h1
h2
h3
h4
h5
h6
h7
P0>Pa
1
2
P0<Pa
1
2
任课老师签名:
2、计算
设A点在密封水箱水面下10厘米处,则各测次下PA=大气压。
(要求写出计算过程)
六、回答问题
1、如何验证密封水箱是否漏气?
2、第1、3号管能否取等压面?
为什么?
(七)沿程水头损失实验
一、实验目的要求
1.加深了解园管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律,绘制
曲线;
2.掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气一水压差计及电测仪测量压差的方法;
3.测得的Re-
关系值与莫迪图对比,分析其合理性,进一步提高实验成果分析能力。
二、实验装置
本实验的装置如图7.1所示。
图7.1自循环沿程水头损失实验装置图
1.自循环高压恒定全自动供水器;2.实验台;3.回水管;4.水压差计;5.测压计;6.实验管段;7.水银压差计;8.滑动测量尺;9.测压点;10.实验流量调节阀;11.供水管和供水阀;12.旁通管和旁通阀,13.稳压筒。
根据压差测法不同,有两种型式:
型式Ⅰ压差计测压差。
低压差用水压差计量测;高压差用水银多管式差计量测。
装置简图如图7.1所示。
型式Ⅱ电子量测仪测压差。
低压差仍用水压差计量测;而高压差用电子量测仪(简称电测仪)量测。
与型式Ⅰ比较,该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪(图7.2)所取代。
本实验装置配备有:
1.自动水泵与稳压器
自循环高压恒定全自动供水器由离心泵、自动压力开关、气一水压力罐式稳压器等组成。
压力超高时能自动停机,过低时能自动开机。
为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响,离心泵的输水是先进入稳压器的压力罐,经稳压后再送向实验管道。
2.旁通管与旁通阀
由于本实验装置所采用水泵的特性,在供小流量时有可能时开时停,从而造成供水压力的较大波动。
为了避免这种情况出现,供水器设有与畜水箱直接的旁通管(图中未标出),通过分流可使水泵持续稳定运行。
旁通管中设有调节分流量至畜水箱的阀门,即旁通阀,实验流量随旁通阀开度减少(分流量减少)而增大。
实际上旁通阀又是本装置用以调节流量的重要阀门之一。
3.稳压筒为了简化排气,并防止实验中再进气,在传感器前连接由2只充水(不满顶)之密封立筒构成。
4.电测仪由压力传感器和主机两部分组成。
经由连通管将其接入测点(图7.2)。
压差读数(以厘米水柱为单位)通过主机显示。
图7.2
1.压力传感器;2.排气旋钮;3.连通管;4.主机
三、实验原理
由达西公式
得
另由能量方程对水平等直径园管可得
压差可用压差计或电测。
对于多管式水银压差有下列关系:
式中,
分别为水银和水的容重;
为汞柱总差。
四、实验方法与步骤
准备Ⅰ对照装置图和说明,搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理;检查畜水箱水位是否够高及旁通阀12是否已关闭。
否则予以补水并关闭阀门;记录有关实验常数:
工作管内径d和实验管长L(标志于畜水箱)。
准备Ⅱ启动水泵。
本供水装置采用的是自动水泵,接通电源,全开阀12,打开供水阀11,水泵自动开启供水。
准备Ⅲ调通量测系统。
1.压紧水压计止水夹,打开出水阀10和进水阀11(逆钟向),关闭旁通阀12(顺钟向),启动水泵排除管道中的气体。
2.全开阀12,关闭阀10,松开水压计止水夹,并旋松水压计之旋塞F1,排除水压计中的气体。
随后,关阀11,开阀10,使水压计的液面降至标尺零指示附近即旋紧F1。
再开启阀11并立即关闭阀10,稍候片刻检查水压计是否齐平,如不平则需重调。
3.水压计齐平时,则可旋开电测仪排气旋扭,对电测仪的连接水管通水、排气,并将电测仪调至“000”显示。
4.实验装置通水排气后,即可进行实验测量。
在阀12、阀11全开的前提下,逐次开大出水阀10,每次调节流量时,均需稳定2—3分钟,流量愈小,稳定时间愈长;测流时间不小于8-10秒;测流量的同时,需测记水压计(或电测仪)、温度计(温度表应挂在水箱中)等读数:
层流段:
应在水压计△h—20mmH2O(夏季),△h—30mmH2O(冬季)量程范围内,测记3-5组数据。
紊流段:
夹紧水压计止水夹,开大流量,用电测仪记录hf值,每次增量可按△h—100mmH2O递加,直至测出最大的hf值。
阀的操作次序是当阀11、阀10开至最大后,逐渐关阀12,直至hf显示最大值。
5.结束实验前,应全开阀12,关闭阀10,检查水压计与电测仪是否指示为零,若均为零,则关闭阀11,切断电源。
否则,表明压力计已进气,需重做实验。
五、实验成果及要求
1.有关常数。
实验装置台NO.
圆管直径d=cm量测段长度L=85cm。
2.记录及计算(见表7.1)。
3.绘图分析*绘制
曲线,并确定指数关系值m的大小。
在厘米纸上以
为横坐标,以
纵坐标,点绘所测的
关系曲线,根据具体情况连成一段或几段直线。
求厘米纸上直线的斜率
将从图上求得的m值与已知各流区的m值(即层流m=1,光滑管流区m=1.75,粗糙管紊流区m=2.0,紊流过渡区1.75 六、实验分析与讨论 1.为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失? 如实验管道安装成倾斜,是否影响实验成果? 2.据实测m值判别本实验的流区。 ☆3.实际工程中的钢管中的流动,大多为光滑紊流或紊流过渡区,而水电站泄洪洞的流动,大多为紊流阻力平方区,其原因何在? 4.管道的当量粗糙度如何测得 5.本次实验的结果与莫迪图吻合与否? 分析其原因。 *附录7.1实验曲线绘法建议 1.图纸绘图纸可用普通厘米纸,面积不小于12*12cm; 2.坐标确定若采用厘米纸,取 为纵坐标(绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标), 为横坐标;采用对数纸,纵坐标写 ,横坐标用V,即不写成对数; 3.表注在坐标轴上,分别表明变量名称、符号、单位以及度值; 4.绘点据实验数据绘出实验点; 5.绘曲线据实验点分布绘制曲线,应使位于曲线两恻的实验点数大致相等,且各点相对曲线的垂直距离总和也大致相等。 表7.1记录及计算表 常数K=л2gd5/8L=cm5/s2圆管直径d=cm量测段长度L=85cm。 实验装置台NO. 次序 体积 cm3 时间 s 流量 cm3/s 流速 cm/s 水温 ℃ 粘度υ cm2/s 雷诺数 Re 比压计cm 电测仪 读数cm 沿程损失 cm 沿程损失系数λ Re<2320 λ=64/Re H1 H2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 任课老师签名:
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- 水力学 指导书 实验