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1、 静水压强实验 （Experiment of Stastic Hydraulics Pressure）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，进一步提高解决静力学实际问题的能力。4、巩固绝对压强、相对压强、真空度概念。二、实验装置、 图1.1 静水压强实验装置图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、 所有测压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、系
2、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点，则、亦为、；3、 本仪器所有阀门旋柄顺管轴线为开。三、实验原理、1、在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程为：+ = 或： （1.1）式中： 被测点在基准面以上的位置高度； 被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； 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，应用等压面原理可得油的比重有下列关系： = = （1.2） 据此可用仪器直接测得四、实验方法与步骤、1、搞清仪器组构及其用法，包括：1）阀门开关；2）加压方法 关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气；3）减压方法
3、 开启筒底阀11放水；4）检查仪器是否密封 加压后检查测管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、记录仪器编号及各常数（记入表1.1）。3、量测点静压强（各点压强用厘米水柱高表示）。1）打开通气阀6（此时0=0），记录水箱液面标高和测管2液面标高（此时=）；2）关闭通气阀6及截止阀8，加压使形成00，测记及；3）打开放水阀11，使形成00（要求其中一次0，即），测记及。4、测出4# 测压管插入小水杯中的深度(现场)。 5、测定油比重。1）开启通气阀6，测记；2）关闭通气阀6，打气加压（00），微调放气螺母使U型管中水面与油水交界面齐平（图1.2），测记及（此过程
4、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），使U型管中的水面与油面齐平（图1.3），测记及（此过程亦反复进行三次）。五、实验成果及要求、1、记录有关常数 实验台号：No. 各测点标尺读数为：= = = = 9.810-3 2、分别求出各次测量时A、B、C、D点的压强，并选择一基准面验证同一静止液体内的 任意二点（C、D）的（）为常数。3、求出油的容重。0 = 0.0080 N/cm3六、实验分析与思考题、1、实验分析：1）若再备一根直尺，如何采用最简便的方法测定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
5、油面的垂直高度和，由式求得。2）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，如测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，会造成测量误差，毛细高度由下式计算： 式中，为表面张力系数；为液体容重；为测压管内径；为毛细升高。常温（=20）的水，=7.28，=0.983。水与玻璃的浸润角很小，可认为cos=1.0。于是有 （、单位均为）一般来说，当玻璃测压管的内径大于10时，毛细影响可忽略不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度也较静水小；当采用有机玻璃管作测压管时，浸润角较大，其较普通玻璃管小。如果用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
6、，但在计算压差时，互相抵消了。 3）过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是否等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，他仅相对管1、2及水箱中的而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面：重力液体；静止；连通；连通介质为同一均质液体；同一水平面。上述问题中，管5与水箱之间不符合条件，因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。2、实验思考题：1）同一静止液体内的测管水头线是一根什么线？2）当B0时，试根据记录数据，确定真空度大小及所在区域。 文 透 里 流 量 计 实 验 （Determine of flow with
7、Venturi Pipe）一、实验目的和要求、1、掌握文透里流量计的原理。2、学习用比压计测压差和用体积法测流量的实验技能。3、利用量测到的收缩前后两断面1-1和2-2的测管水头差，根据理论公式计算管道流量， 并与实测流量进行比较，从而对理论流量进行修正，得到流量计的流量系数，即对文透里 流量计作出率定。 二、实验装置、 三、实验原理、1、文透里管是一种常用的量测有压管道流量的装置，属压差式流量计。它包括“收缩段”、“喉 道”和“扩散段”三部分，安装在需要测定流量的管道上。在收缩进口断面1-1和喉道断面 2-2上设测压孔，连接比压计，通过量测两个断面的测管水头差，就可计算管道的理论 流量，再经
8、修正得到实际流量。2、理论流量：水流从1-1断面到达2-2断面，由于过水断面的收缩，流速增大。根据恒定总流 能量方程，若不考虑水头损失，速度水头的增加等于测管水头的减小（即比压计液面高差 ），这样我们就可以通过量测到的建立两断面平均流速v1和v2之间的一个关系： 如果我们假设动能修正系数，则另一方面，由恒定总流连续方程有： ， 即所以 于是 解得 最终得到理论流量为 ： 式中 3、流量系数：流量计流过实际流体时，由于两断面测管水头差中还包括了因粘性造成的水头损失，流量应 修正为： 式中1.0，称为文透里流量计的流量系数。流量系数除了反映粘性的影响外，还包括了在推导理论流量时将断面动能修正系数
9、近似取为1.0带来的误差。流量系数还体现了渐变流假设是否得到了严格的满足这个因素。对于文透里流量计而言，下游断面设置在喉道，可以说渐变流假设得到了严格的满足。对于某确定的流量计，流量系数取决于流动的雷诺数：，但当雷诺数较大（流速较高）时，流量系数基本不变。四、实验方法与步骤、1、 认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项，了解用压差计测压差和用体积法测流量的原理和步骤。2、 记录设备编号、水温及有关常数。3、 做好准备工作后，启动水泵给水箱充水并保持溢流状态，使水位恒定。4、 检查下游阀门全开时，比压计测管水面是否持平，如不平，则需排气调平。5、 实验流量调节：从最大流量开始，顺次减小阀门开度
10、。待水流稳定（比压计液面稳定）后，测读比压计读数及测读流量。顺序进行8个测点以上。6、 本实验配有计算机自动量测系统，可实现率定过程中压差和流量的数据自采及处理。7、 检查数据记录是否缺漏？是否有某组数据明显地不合理？若有此情况，进行补正。8、 课后整理实验结果，得出流量计在各种流量下的和值，绘制的率定关系曲线及曲线。9、 对实验结果进行分析讨论，阅读思考问题，作简要回答。五、实验成果及要求、1、 有关常数：仪器编号： 有关常数： 水温 = 量水箱断面积= 进口直径= 喉道直径= 记录及计算表格 = 次数测压管读数（cm）体积时间=/ （cm3/ s）=（cm3/ s）=/（cm）（cm） （
11、cm3） （s）12345678910 六、实验分析及思考题、 1、 文透里的实际流量与理论流量为什么会有差别？这种差别是由哪些因素造成的？2、 文透里流量计的流量系数为什么小于1.0？3、 为什么在实验中要反复强调保持水流恒定的重要性？4、 影响文透里流量系数的因素有哪些？5、 文透里流量计水平或垂直放置对值有无影响？ 动 量 方 程 实 验 （Momentum Principle）一、实验目的、1、验证不可压缩流体恒定总流的动量方程；2、通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研究，进一步掌握流体 动力学的动量守恒定理；3、测定动量修正系数。二、实验装置、 图1.1 动
12、量方程实验装置图1、自循环供水器；2、实验台；3、可控硅无级调速器；4、水位调节阀；5、恒压水箱；6、管嘴；7、集水箱；8、带活塞的测压管；9、带活塞和翼片的抗冲平板；10、上回水管。 三、实验内容与原理、1、计算机CAI实验教学模拟。2、测量活塞中心点的静水压强来计算水流的冲力： 利用自动反馈原理，使实验过程中达到需要测量的静水作用力与射流的冲击力自动平衡。射 流冲击在平板上的冲力全部作用在活塞体中，当活塞处于稳定位置时，只需测得活塞所受到 的静水作用力，便可足够精确地得知射流的冲击力。3、恒定总流动量方程为 Q () 图 1.2 图 1.3取隔离体如图1.3所示，因滑动摩擦阻力水平分力 0
13、.5%，可忽略不计，故x方向的动量方程化为 Q（）即 Q 式中： 作用在活塞形心处的水深； 活塞直径； Q 射流流量； 射流速度； 动量修正系数。实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深，由给定的管嘴直径和活塞直径代入上式，便可率定射流的动量修正系数值，并验证动量定律。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的圆心处，因此液面标尺读数即为作用在活塞圆心处的水深。4、测定本实验装置的灵敏度：为验证本装置的灵敏度，只要在实验中的恒定流受力平衡状态下，人为地增、减测压管中的液位高度，可发现即使改变量不足总液柱高度的5(约0.5l mm)，活塞在旋转下亦能有效地克服动摩擦力而作轴向位移，开大或减小
14、窄槽c，使过高的水位降低或过低的水位提高，恢复到原来的平衡状态。这表明该装置的灵敏度高达0.5，亦即活塞轴向动摩擦力不足总动量力的5。 四、实验方法与步骤、1、准备熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能，记录有关常数。2、开启水泵打开调速器开关，水泵启动23分钟后，关闭23秒钟，以利用回水排除 离心泵内滞留的空气。3、调整测压管位置待恒定水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管 垂直、螺丝对准十字中心，使活塞转动松快，然后旋转螺丝固定好。4、测读水位标尺的零点已固定在活塞圆心的高程上。当测压管内液面稳定后，记下测压管 内液面的标尺读数，即值。5、测量流量用体积法或重量法测流
15、量时，每次时间要求大于20秒，若用电测仪器测量时， 则需在仪器量程范围内。重复测三次再取均值。6、改变水头重复实验逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节调速器， 使溢流量适中，待水头稳定后，按35步骤重复进行实验。五、实验成果及要求、1、记录有关常数： 实验台号No. 管嘴内径= 1.198 ， 活塞直径D = 1.990 2、编制实验参数记录、计算表格并填入实验参数（见表3.1）。3、取某一流量，绘出隔离体图，阐明分析计算的过程（参见图3.2，3.3及表3.1）。 表1.1 测量记录表及计算表 测 次体积 V 时间 T管嘴作用水头 H 0活塞作用水头 流量 Q 流速 v动量力
16、 F动量修正系数 123456六、实验分析与讨论、1、实测与公认值（=1.021.05）符合与否？试分析原因。 实测=1.0342，与公认值符合良好。（如不符合，其最大可能原因之一是翼轮不转所致。为排除此故障，可用4B铅笔芯涂抹活塞及活塞套表面）。2、带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿x方向的动量方程有无影响？为 什么？无影响。因带翼片的平板（图1.4）垂直于x轴，作用在轴心上的力矩T是由射流冲击平板时，沿 y平面通过翼片造成动量矩的差所致，即Q Q Q 式中 Q 射流的流量； 入流速度在平面上的分速； 出流速度在平面上的分速； 入流速度与圆周切线方向的夹角，接近
17、900； 出流速度与圆周切线方向的夹角； 分别为内、外圆直径。 图 1.4该式表明力矩T 恒与x方向垂直,动量矩仅与y z平面上的流速分量有关。也即是说平板上附加翼片后，尽管在射流作用下可获得力矩，但并不会产生x方向的附加力，也不会影响x方向的流速分量。所以x方向的动量方程与平板上设不设翼片无关。3、通过细导水管的分流，其出流角度与相同，试问对以上受力分析有无影响？无影响。当计及该分流影响时（图1.3），动量方程为 即 该式表明只要出流角度与垂直，则x方向的动量方程与设置导水管与否无关。 七、实验报告要求、1、用16开纸书写，卷面整洁，计算表格、曲线、图形等正规化。2、说明成果计算和整理过程、主要计算公式及常数的取值。3、根据所学理论对实验中的现象、问题进行分析。八、思考题、1、通过细导水管的分流，其出流角度与v 2相同，试问对以上受力分析有无影响? 2、对管咀出流的动量修正系数理论值进行试分析。
