水力学试验指导书.docx

流 体 力 学 ——实验指导书 淮海工学院土木系实验室 — — PAGE 10— 一、演示目的 实验一 水静压强仪实验指导书 1、加深理解静力学基本方程式及等压面的概念。 2、观察封闭容器内静止液体表面压力及其液体内部某空间点上的压力。 3、观察压力传递现象。二、演示原理 对密封容器的液体表面加压时，设其压力为p ，即 p p 。从 U 形管可以看到有 0 0 a 压差计产生，U 形管与密封容器上部连通的一面，液面下降，而与大气相通的一面， 液面上升。由此可知液面下降的表面压力即是密闭容器内液体表面压力 p ，即 p = 0 0 p +?gh，h 是 U 形管液面上升的高度。当密闭容器内p 压力下降时U 形管内的液面呈 a 0 现相反的现象，即p p 这时密闭容器内液面压力p = p -?gh，h 为液面下降的高度。 0 a 0 a 如果对密闭容的液体表面加压时，其容器内部的压力向各个方向传递测压管中， 可以看到由于 A、B、两点在容器内的淹没深度 h 不同，在压力向各点传递时，先到A 点后到 B 点。在测压管中反应出的是A 管的液柱先上升而 B 管的液柱滞后一点也在上升，当停止加压时，A、B 两点在同一水平面上。 三、演示步骤（如图） u加压球u u 加压球 u 1 3 2 6 4 主容器 ?ν ? ? 5 底座 密封容器 B管 ?管 放水阀 形管 1、关闭排气阀，用加压器缓慢加压，U 形管出现压差△h，在加压的同时，观察右侧 A、B 管的液柱上升情况。 2、打开排气阀，使液面恢复到同一水平面上，关闭排气阀，打开密闭容器底部的水门，放出一部分水，造成容器内压力下降。 四、讨论 1、为什么P0为表压，真空值？ 2、用该设备是否可以测出其它液体的重度？为什么？ 一、实验目的 实验二 伯努利方程仪 实验指导书 1、观察流体流经能量方程试验管的能量转化情况，对实验中出现的现象进行分析， 加深对能量方程的理解。 2、掌握一种测量流体流速的方法。 3、验证静压原理。 二、实验装置 实验装置如图 1 所示，在实验桌上方放有稳压水箱、实验管路、毕托管、测压管、压差板、控制阀门和计量水箱。实验桌的侧下方则放置有供水箱及水泵。 恒压水箱 恒压水箱 实验管 压差板 计量水箱 回水管 供水箱 图 1 三、实验原理 不停运动着的一切物质，所具有的能量也在不停转化。在转化过程中，能量只能从一种形式转化为另一种形式，即遵守能量守恒定律。流体和其他物质一样，也具有动能和势能两种机械能，流体的动能与势能之间，机械能与其它形式的能量之间，也可互相转化，其转化关系，同样遵守能量转换守恒定律。 当理想不可压缩流体在重力场中沿管线作定常流动时，流体的流动遵循伯努利能量方程。即 z ? p ? u 2 ? C ? g 2g 式中： Z — 位置水头（位置高度）； p / ρ g — 压强水头（测压管高度）； u2 / 2g — 流速水头（流速高度）； H = Z + p / ρ g — 测压管水头； p H = Z + p / ρ g + u2 / 2g — 总水头。 实际流体都是有粘性的，因此在流动过程中由于磨擦而造成能量损失。此时的能量方程变为： ?p u 2 p u 2 ? ?z ? 1 ? 1 ? z ? 1 g 2g 2 ? 2 ? 2 ? h g 2g w 其中能量损失hw 是由沿程磨擦损失h 和局部能量损失h 两部分组成。 f j 本实验就是通过观察和测量对流体在静止与流动时上述的能量转化与守恒定律的验证。 四、实验操作 1、验证静压原理：启动水泵，等水罐满管道后，关闭两端阀门，这时观察能量方程实验管上各个测压管的液柱高度相同，因管内的水不流动没有流动损失，因此静止 不可压缩均布重力流体中，任意点单位重量的位势能和压力势能之和保持不变，测点 的高度和测点的前后位置无关。 2、测速：能量方程实验管上的每一组测压管都相当于一个皮托管，可测得管内任意一点的流体点速度，本实验台已将测压管开口位置设在能量方程实验管的轴心，故 所测得动压为轴心处的，即最大速度。 2g p ? p 2g p ? p ? g 2g?h 平均流速 V = Q / A 根据以上公式计算某一工况各测点处的轴心速度和平均流速添入表格，可验证出连续性方程。对于不可压缩流体稳定的流动，当流量一定时，管径粗的地方流速小， 细的地方流速大。 项目 液体总量 计时时间 单位时间流量 压差 计算流量 流量系数 序号 Q （m3） 0 t(s) Q （m3/S） 1 h(m) Q （m3/S） 2 ζ 1 2 3 4 5 6 液柱高12 液柱高 1 2 3 4 流量 序号 全压 静压 全压 静压 全压 静压 全压 静压 m3/S 一 二 能量方程管 中心高 位置 水头