水力学实验讲义及
（一） 流体静力学实验
一、实验目的要求
1、掌握用测压管测量静水中点压强的技能；
2、验证不可压缩流体静力学基本方程；
3、测某种油的容重。 二、实验装置
本实验装置如图1.1所示
图1.1 流体静力学实验仪器装置图
1、测压管；
2、带标尺的测压管；
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、所有测压管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准；
2、仪器名牌所注▽B 、▽c 、▽D 、系测点B 能够、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 =Z B ；▽B =Z C ；▽B =Z D ；；
3、本仪器中所有阀门旋柄顺轴线为开。
三、实验原理
1、重力作用线不可压缩流体静力学基本方程
const p
Z =+γ
h p p γ+=0
z 被测点在基准面以上的位置高度； p 被测点的静水压强；
γ 液体的容重；
h 被测点的液体深度。 另对有水油（图1.2及图1.3）U 型测管，应用等压面可得油的比重由下列关系： 2
11
00h h h S w +=
=
γγ
图1.2 图1.3
据此仪器（不令用尺）直接测得S 0
四、实验方法与步骤 1、搞清仪器组成及其用法 1）各阀门的开关；
2）加压方法 关闭所有阀门，然后用打气球充气；
3）减压方法 开启底阀11放水；检查仪器是否密封 加压后检测测管1、2、5液面高澄是否恒定。若下降，表明漏气，应查明原因并加以处理。 2、记录仪器号及各项常数（记入表1.1）。 3、量测点静压强（用厘米水柱表示）。
1）打开通气阀6（此时p 0=0），记录水箱液面标高▽0和测压管2液面标高▽H
（此时▽0=▽H ）。
2）关闭通气阀6季截止阀8，加压使之形成00?p 。测记▽0及▽H 。(取不同数值，重复实验三次)
3）打开放水阀11，使之形成00?p ，测记▽0及▽H 。(取不同数值，重复实验三次)
4、测油的比重0S
1）开启通气阀6，测记▽0；
2）关闭通气阀6，打气加压（00?p ），微调放气螺母使U 型管中水面与油水交界面齐平，测记▽0及▽H 。（此过程反复进行三次）
3）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（00?p ），使U 型管的水面与油面齐平，测记▽0及▽H 。（此过程反复进行三次）
五、实验成果及要求
实验台号NO 实验日期： 1、记录有关常数
各测点的标尺读数为
▽B = ▽C = ▽D =
γW =
2、计算表1.1。根据数据表分别求出各次测量时A|、B 、C 、D 、点的压强，并选择一基准验证静水压强基本方程式。
3、计算表1.2。求出油的容重0γ。
注：表中基准面选在Zc= cm；Z D= cm
4 / 33
5 / 33
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、当0
p时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。
<
B
γ。
3、若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定
4、如果测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响?
5、过C点作一水平面，相对于1、2、5管及水箱中液体而言，这个水平面是不
是等压面？哪一部分液体是同一等压面？
（二）不可压缩流体恒定流能量方程实验
一、实验目的要求
1、验证流体恒定总流的能量方程；
2、通过对动水力学诸多水力现象的分析讨论，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性；
3、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。
二、实验装置
本实验的装置如图2.1所示
图2.1 自循环伯诺里方程实验装置图
1、自循环供水器；
2、实验台；
3、可控硅无级调速器；
4、溢流板；
5、稳水孔板；
6、
恒压水箱；7、测压计；8、实验管道测压点；9、测压管；10、滑动测量尺；11、比托管；12、实验流量调节阀。
说明
本仪器测压管有两种：
1、毕托管测压管（表2.1中标有*的测压管），用以定性测读总水头；
2、普通测压管（表2.1中未标*者），用以定量测量测压管水头。
实验流量用阀13调节，流量由重量时间法量测（以后实验类同）。
三、实验原理 根据能量方程
i i i i
i hw g
v p z g
v p z -++
+
=+
+
12
2
111
122αγ
αγ
四、实验方法与步骤
1、熟悉实验设备，区分毕托管与普通测压管并了解其功能；
2、打开供水开关，使箱充水至溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平；如不平，检查故障原因并加以排除，直至调平。
3、打开阀13，观察思考：
1）测压管水头线和总水头线的变化趋势； 2）位置水头、压强水头之间的相互关系； 3）测点2、3测管水头是否相同？为什么？ 4）测点12、13测管水头是否不同？为什么？ 5）当流量增加或减少时测管水头如何变化？
4、调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管供演示用，不必测记）。
5、改变流量2次(大到小)，重复上述测量。其中一次阀门开度达到使19号测管液面接近标尺零点。 五、实验成果及要求
实验台号NO 实验日期：
1、测记有关常数
均匀段D 1= cm 缩管段D 2-= cm 扩管段D 3= cm
水箱液面高程▽0= cm 上管道轴线高程= cm
表2.1 管径记录表
2、量测（γ
p
Z +
）并记入表2.2。
表2.2 测记（
p
Z +）数值表 （基准面选在标尺的零点上） 3、计算表2.3流速水头和总水头。
4、绘制上述成果中最大流量下的总水头线和测压管水头线。
10 / 33
表2.3 能量方程实验计算数值表
（1）流速水头
（2）总水头（v p
Z 2
α+
+
）
六、成果分析及讨论
1、根据实验分析测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？
2、根据本实验研究分析，测压管水头线有何变化？为什么？
3、测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？
4、由毕托管测量显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都有差异，分析其原因。
（三）文丘里流量计实验
一、实验目的
1、测定文丘里流量系数；
2、通过实验与量纲分析，了解应用量纲分析与实验结合研究水力学问题的途径，进而掌握文丘里流量计的水力特性。 二、实验装置
本实验的装置如图3.3所
图3.1 文丘里流量计实验装置图
1、自循环供水器；
2、实验台；
3、可控硅无级调速器；
4、恒压水箱；
5、溢流板；
6、稳水孔板；
7、文丘里实验管段；
8、测压计；
9、实验流量调节阀。
三、实验原理
根据能量方程和连续性方程，可得不计阻力时的文氏管过水能力关系式
1
)/(/24
)()(21)(44212
1
22114
2
12
1
-=
?=??????+-+-=
'd d g d K h
K p Z p Z g d d d Q π
γγπ
式中h ?为两断面测压管水头差。由于阻力的存在，实际通过的流量Q 恒小于Q ／
,引入一无量纲系数（文丘里流量系数μ）
μ
=μ
h
='
Q?
K
Q
四、实验方法与步骤
1、测记各有关常数。
2、打开电源开关，全开尾量调节阀9，排出管道内气体后再全关阀9。
3、旋开电位仪上的两排气旋钮至溢水后关闭并旋紧。电测仪调零。
4、全开尾量调节阀9待水流稳定后，读取电测仪读数（若有波动取平均值），并用秒表、小桶测定流量，并把测量值记入表格内。
5、逐次关小阀门，改变流量7-9次，重复步骤4，注意缓慢调节阀门。
6、实验结束全关阀9，观察电测仪是否归零。不归零重新实验。
五、实验成果及要求
实验台号NO实验日期：
1、有关常数
d1= cm d2= cm
水箱液面标尺▽0= cm，管轴线高程标尺▽= cm
2、记录计算表格3.1。
3、绘制Q~△h图。
2.5
1、本实验中，影响文丘里管流量系数大小的因素有哪些？哪个因素最敏感？对本实验而言，若因加工精度影响，误将（d2-0.01）cm值取代上述d2值时，本实验在最大流量下的μ值将变为多少？
2、为什么计算流量Q＇与理论流量Q不相等？
*3、试用量纲分析法阐明文丘里流量计的水力特性。
4、文氏管喉颈处容易产生真空，允许最大真空值6~7mH2O。工程中应用文氏管时，应检验其最大真空度是否在允许的范围内。根据你的实验成果，分析本实验流量计喉颈处最大真空值为多少？
（四）毕托管测速实验
一、实验目的要求
1、测量管嘴淹没出流点流速及点流速系数，掌握用毕托管测量点流速的技能。
2、了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步i 明确传统流体力学量测一起的作用。
二、实验装置
本实验装置如图4.1所示
图4.1 毕托管实验装置图
1、自循环供水器；
2、实验台；
3、可控硅无级调速器；
4、水位调节阀；
5、恒压水箱；
6、管嘴；
7、毕托管；
8、尾水箱与导轨；
9、测压管； 10、测压计； 11、滑尺； 12、上回水管。
说明
测压计10的测压管1、2用以测量高低水箱的位置水头；测压管3、4用以测量测量毕托管的全压水头和静压水头。水位调节阀4用以改变测点流速。 三、实验原理
g
c k h
k h g c u 22=?=?=
式中
u 毕托管测点处的点流速； c 毕托管的校正系数 ；
h ? 毕托管的全压水头与静压水头差。
联解上两式可得 H
h c H
g u ??='?'=/2φφ
式中
u 毕托管测点处的点流速； φ' 测点的流速系数； ?H 管嘴的作用水头。 四、实验方法和步骤 1、准备
1）熟悉实验装置各部分名称测压管、作用性能，搞清构造特征、实验原理。 2）用医塑管将上下游水箱测点分别与测管1、2相连通； 3）将毕托管对准管嘴，距离管嘴2~3cm 处，上紧固螺丝。 2、开启水泵 顺时针打开调速器开关3，将流量调至最大。
3、排气 待上下游溢流后，用吸气球在测压管口吃抽吸，排出毕托管及连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，检查测压计液面是否齐平，如不平，重新进行排气。
4、测记有关实验常数和实验参数，填入实验表格。
5、改变流速三次，重复测量。
6、完成下述实验项目：
1）分别沿垂向及流向改变测点的位置，观察管嘴的淹没射流流速分布。 2）在有压管到测量中，管道直径相对毕托管的直径在6~10倍以内时误差在2~5%以上不宜使用。试将毕托管头部深入到管嘴中，加以验证。 7、实验结束时，按步骤3检查毕托管的比压计是否齐平。
五、实验成果及要求
实验台号NO实验日期：
0.5
六、实验分析与讨论
1、利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样减验排净与否？
2、毕托管的动压水头h
?之间的大小关系怎样？为什
?和管嘴上、下游水位差H
么？
3、为什么在光、声、电技术高度发展的今天仍用毕投管这一传统的测速仪器？
（五）雷诺实验
一、实验目的要求
1、观察层流、紊流的流态及转换特征；
2、测定临界雷诺数，掌握园管流态判别准则。 二、实验装置
本实验装置如图5.1所示
图5.1 自循环雷诺装置实验图
1、 自循环供水器；
2、实验台；
3、可控硅无级调速器；
4、恒压水箱；
5、有色水管
6、稳水孔板；
7、溢流板；
8、实验管道；
9、实验流量调节阀。
三、实验原理
KQ d Q Vd
==
=
νπν
4Re ν
πd K 4
= 四、实验方法和步骤 1、测记本实验的有关常数。
2、观察两种流态。
打开开关3使水箱充水至溢流，经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管道中，使颜色水流成一条直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的
水力特征。
3、测定下临界雷诺数。
1）将调节阀打开，使管中出现完全紊流，再逐渐关小调节阀使流量减小。当流量调节到颜色水在管中刚呈现出一条稳定直线时，即下临界状态。 2）在该状态稳定后，用重量量测法测定流量；
3）根据实测流量计算下临界雷诺数，并于公认值（2320）比较，偏离过大，需重测。
4）重新打开调节阀，使之形成紊流，按照上述步骤再重复测量2次。 注意：
1）测记水箱水温；
2）每调节阀门一次需稳定几分钟。
3）在关小阀门的过程中，只需渐小，不许开大。 4、测定上临界雷诺数。
逐渐开启调节阀门，使管中水流由层流过渡到紊流，当颜色水刚开始散开的时候，即为上临界状态，测定一次。 五、实验成果及要求
实验台号NO 实验日期： 1、有关常数
管径d= cm 水温t= c
运动粘滞度=++=2
00022.00337.0101775.0t
t ν cm 2
/s
计算常数K= s/cm 3
2、记录计算表格
六、实验分析与讨论
*1、流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？
2、为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据？实测下临界雷诺数是多少？
3、分析层流和紊流在运动性特性上和动力学特性方面有何差异?
（六）沿程水头损失实验
水力学实验-参考答案
水力学实验1-参考答案 水力学实验 参考答案 静水压强实验 1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？测压管水头指z?p，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当pB?0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 pB?0，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定?0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由
式?whw??0h0 ，从而求得?0。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 h?4?cos? d? 式中，?为表面张力系数；?为液体容量；d为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水， ??0.073Nm，??0.0098Nm3。水与玻璃的浸润角?很小，可以认为cos??1.0。于是有 h?29.d （h、d均以mm计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，?减小，毛细高度亦较净水小；当采用 有机下班玻璃作测压管时，浸润角?较大，其h较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 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？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水 平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论 实验一流体静力学实验 验原理 重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 (1.1) 中： z被测点在基准面的相对位置高度； p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0水箱中液面的表面压强； γ液体容重； h被测点的液体深度。 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： (1.2) 此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。 验分析与讨论 同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根。 当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分：
)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真。 )同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油 至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛由下式计算 中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有 单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 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？
水力学(流体力学)实验指导书汇总
水力学（流体力学）实验指导书 编著：刘凡 河北工程大学
目录 1、静水压强实验--------------------------------------------------------3-5页 2 平面静水总压力实验-------------------------------------------- - 6-9页 3、文丘里流量计实验------------------------------------------------10-12页 4、雷诺实验------------------------------------------------------------12-14页 5、管道沿程水头损失实验-----------------------------------------15-16页 6、局部管道水头损失实验----------------------------------------17-19页 7、流线演示实验-----------------------------------------------------20-21页 8、伯努利实验---------------------------------------------------------20-21页 9、涡流系列演示实验------------------------------------------------22-24页