《水力分析与计算》-各种边界条件流动演示指导书.pdf

水力分析与计算

B类演示类

(一)各种边界条件流动演示

一、实验装置

仪器组成如图2-1所示。

图2-1流动演示仪结构示意图

1.挂孔；2.彩色有机玻璃面罩；3.不同边界的流动显示面；4.加水孔孔盖；5.掺气量调节阀；6.蓄水

箱；7.可控硅无级调速旋钮；8.电器、水泵室；9.标牌；10.铝合金框架后盖

二、实验方法与步骤

1.起动打开旋钮，关闭掺气阀，在最大流速下使显示面两侧下水道充满水。

2.掺气度调节旋动调节阀5，可改变掺气度(ZL—7型除外)。注意有滞后性，调节应

缓慢，逐次进行，使之达到最佳显示效果。掺气量不宜太大，否则会阻断水流或产生振动。

广东水利电力职业技术学院，shuilx@126.com

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三、实验指导

各实验仪演示内容及实验指导提要如下：

1.

ZL

-

1型(图2-2a)用以显示逐渐扩散、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩、壁面冲

击、直角弯道等平面上的流动图像，模拟串联管道纵剖面流谱。在逐渐扩散可看到由边界层

分离而形成的旋涡，且靠近上游喉颈处，流速越大，涡旋尺度越小，紊动强度越高；而在逐

渐收缩段，无分离，流线均匀收缩，亦无旋涡，由此可知，逐渐扩散段局部水头损失大于逐

渐收缩段。

图2-2显示面过流道示意图

在突然扩大段出现较大的旋涡区，而突然收缩段只在死角处和收缩断面后的进口附近出

现较小的旋涡区。表明突扩段比突缩段有较大的局部水头损失(缩扩的直径比大于0.7时例

外)，而且突缩段的水头损失主要发生在突缩断面后部。

由于本仪器突缩较短，故其流谱亦可视为直角进口管嘴的流动图像。在管嘴进口附近，

流线明显收缩，并有旋涡产生，致使有效过流断面减小，流速增大。从而在收缩面出现真空。

在直角弯道和壁面冲击段，也有多处旋涡区出现。尤其在弯道流中，流线弯曲更剧，越

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靠近弯道内侧，流速越小。且近内壁处，出现明显的回流，所形成的回流范围较大，将此与

ZL2圆角转弯流动对比，直角弯道旋涡大，回流更加明显。

2.ZL-2型(图2-2b)显示文丘里流量计、孔板流量计、圆弧进口管嘴流量计以及壁面

冲击、圆弧形弯道等串联流道纵剖面上的流动图像。

由显示可见，文丘里流量计的过流顺畅，流线顺直，无边界层分离和旋涡产生。在孔板

前，流线逐渐收缩，汇集于孔板的孔口处，只在拐角处有小旋涡出现，孔板后的水流逐渐扩

散，并在主流区的周围形成较大的旋涡区。由此可知，孔板流量计的过流阻力较大；圆弧进

口管嘴流量计入流顺畅，管嘴过流段上无边界层分离和旋涡产生；在圆形弯道段，边界层分

离的现象及分离点明显可见，与直角弯道比较，流线较顺畅，旋涡发生点少。

3.ZL—3型(2-2c)显示30°弯头、直角圆弧弯头、直角弯头，45°弯头以及非自由射

流等流段纵剖面上的流动图像。

由显示可见，在每一转弯的后面，都因边界层分离而产生旋涡。转弯角度不同，旋涡大

小、形状各异。在圆弧转弯段，流线较顺畅，该串联管道上，还显示了局部水头损失叠加影

响的图谱。在非自由射流段，射流离开喷口后，不断卷吸周围的流体，形成射流的紊动扩散。

在此流段上还可看到射流的“附壁效应”现象。

4.ZL—4型(图2-2d)显示30°弯头、分流、合流、45°弯头、YF溢流阀、闸阀及蝶

阀等流段纵剖面上的流动图谱。其中YF溢流阀固定，为全开状态，蝶阀活动可调。

由显示可见，在转弯、分流、合流等过流段上，有不同形态的旋涡出现。合流涡旋较为

典型，明显干扰主流，使主流受阻。闸阀半开，尾部旋涡区较大，水头损失