實(shí)驗(yàn)一流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p>

1.掌握用測(cè)壓管測(cè)量流體靜壓強(qiáng)的技能；

2.驗(yàn)證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程；

3.測(cè)定油的密度；

4.通過(guò)對(duì)諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)觀察分析，加深流體靜力學(xué)基本概念理

解，提高解決靜力學(xué)實(shí)際問(wèn)題的能力。

二、實(shí)驗(yàn)裝置

1.實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。

圖.1流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.測(cè)壓管2.帶標(biāo)尺測(cè)壓管3.連通管4.通氣閥5.加壓打氣球

6.真空測(cè)壓管7.截止閥8.U型測(cè)壓管9.油柱10.水柱II.減壓放水閥

說(shuō)明：下述中的儀器部件編號(hào)均指實(shí)驗(yàn)裝置圖中的編號(hào)，如測(cè)管2即為圖1中

“2.帶標(biāo)尺測(cè)壓管”。后述各實(shí)驗(yàn)中述及的儀器部件編號(hào)也均指相應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置圖中

的編號(hào)。

2.裝置說(shuō)明

(1)流體測(cè)點(diǎn)靜壓強(qiáng)的測(cè)量方法之一一一測(cè)壓管

流體的流動(dòng)要素有壓強(qiáng)、水位、流速、流量等。壓強(qiáng)的測(cè)量方法有機(jī)械式測(cè)量

方法與電測(cè)法，測(cè)量的儀器有靜態(tài)與動(dòng)態(tài)之分。測(cè)量流體點(diǎn)壓強(qiáng)的測(cè)壓管屬機(jī)械式

靜態(tài)測(cè)量?jī)x器。測(cè)壓管是一端連通于流體被測(cè)點(diǎn)，另一端開(kāi)口于大氣的透明管，適

用于測(cè)量流體測(cè)點(diǎn)的靜態(tài)低壓范圍的相對(duì)壓強(qiáng)，測(cè)量精度為1mm。測(cè)壓管分直管

型和“U”型。直管型如圖1中管2所示，其測(cè)點(diǎn)壓強(qiáng)〃=.〃，6為測(cè)壓管液面至

測(cè)點(diǎn)的豎直高度?！癠”型如圖中管1與管8所示。直管型測(cè)壓管要求液體測(cè)點(diǎn)的絕

對(duì)壓強(qiáng)大于當(dāng)?shù)卮髿鈮?，否則因氣體流入測(cè)點(diǎn)而無(wú)法測(cè)壓；“U”型測(cè)壓管可測(cè)量液

體測(cè)點(diǎn)的負(fù)壓，例如管1中當(dāng)測(cè)壓管液面低于測(cè)點(diǎn)時(shí)的情況；“U”型測(cè)壓管還可測(cè)

量氣體的點(diǎn)壓強(qiáng)，如管8所示，一般“U”型管中為單一液體(本裝置因其它實(shí)驗(yàn)

需要在管8中裝有油和水兩種液體)，測(cè)點(diǎn)氣壓為〃=[%△〃，A/7為“U”型測(cè)壓管

兩液面的高度差，當(dāng)管中接觸大氣的自由液面高于另一液面時(shí)△/)為“+”，反之M

為由于受毛細(xì)管影響，測(cè)壓管內(nèi)徑應(yīng)大于820mm。本裝置采用毛細(xì)現(xiàn)象弱

于玻璃管的透明有機(jī)玻璃管作為測(cè)壓管，內(nèi)徑為8mm,毛細(xì)高度僅為1mm左右。

(2)恒定液位測(cè)量方法之-----連通管

測(cè)量液體的恒定水位的連通管屬機(jī)械式靜態(tài)測(cè)量?jī)x器。連通管是一端連接于被

測(cè)液體，另一端開(kāi)口于被測(cè)液體表面空腔的透明管，如管3所示。對(duì)于敞口容器中

的測(cè)壓管也是測(cè)量液位的連通管。連通管中的液體直接顯示了容器中的液位，用

mm刻度標(biāo)尺即可測(cè)讀水位值。本裝置中連通管與各測(cè)壓管同為等徑透明有機(jī)玻璃

管。液位測(cè)量精度為1mm。

(3)所有測(cè)管液面標(biāo)高均以帶標(biāo)尺測(cè)壓管2的零點(diǎn)高程為基準(zhǔn)；

(4)測(cè)點(diǎn)B、C、D位置高程的標(biāo)尺讀數(shù)值分別以%、Vc、VD表示，若同時(shí)取

標(biāo)尺零點(diǎn)作為靜力學(xué)基本方程的基準(zhǔn)，則VB、▽(：、▽口亦為ZB、ZC、

(5)本儀器中所有閥門(mén)旋柄均以順管軸線為開(kāi)。

3.基本操作方法：

(1)設(shè)置Po=O條件。打開(kāi)通氣閥4,此時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)壓強(qiáng)po=O。

(2)設(shè)置p0>0條件。關(guān)閉通氣閥4、放水閥11,通過(guò)加壓打氣球5對(duì)裝置打氣,

可對(duì)裝置內(nèi)部加壓，形成正壓；

(3)設(shè)置pov0條件。關(guān)閉通氣閥4、加壓打氣球5底部閥門(mén)，開(kāi)啟放水閥11

放水，可對(duì)裝置內(nèi)部減壓，形成真空。

(4)水箱液位測(cè)量。在po=O條件下讀取測(cè)管2的液位值，即為水箱液位值。

三、實(shí)驗(yàn)原理

1.在重力作用下不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程

z4--=C或〃=〃0+pgh

pg

式中：

Z——被測(cè)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)面的位置高度；

P一一被測(cè)點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)(用相對(duì)壓強(qiáng)表示，以下同)；

P0——水箱中液面的表面壓強(qiáng)；

P——液體密度；

h一一被測(cè)點(diǎn)的液體深度.

2.油密度測(cè)量原理

方法一：測(cè)定油的密度&,簡(jiǎn)單的方法是利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置的U型測(cè)壓管8,

再另備一根直尺進(jìn)行直接測(cè)量。實(shí)驗(yàn)時(shí)需打開(kāi)通氣閥4,使po=O。若水的密度應(yīng)

為已知值，如圖2所示，由等壓面原理則有

圖2油的密度測(cè)量方法一圖3油密度測(cè)量方法二

方法二：不另備測(cè)量尺，只利用圖1中測(cè)管2的自帶標(biāo)尺測(cè)量。先用加壓打氣

球5打氣加壓使U型測(cè)壓管8中的水而與油水交界面齊平，如圖3(a)所示，有

PQI=Pwg%=P°gH

再打開(kāi)減壓放水閥11降壓，使U型測(cè)壓管8中的水面與油面齊平，如圖3(b)

所示，有

Po2=-P,gh=P°gH-PwgH

聯(lián)立兩式則有

p..."+為

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.定性分析實(shí)驗(yàn)

(1)測(cè)壓管和連通管判定。

按測(cè)壓管和連通管的定義，實(shí)驗(yàn)裝置中管1、2、6、8都是測(cè)壓管，當(dāng)通氣閥

關(guān)閉時(shí):管3無(wú)自由液面，是連通管。

(2)測(cè)壓管高度、E強(qiáng)水頭、位置水頭和測(cè)壓管水頭判定。

測(cè)點(diǎn)的測(cè)壓管高度卻為壓強(qiáng)水頭2,不隨基準(zhǔn)面的選擇而變，位置水頭z和

PR

測(cè)壓管水頭z+3隨基準(zhǔn)面選擇而變。

Pg

(3)觀察測(cè)壓管水頭線。

測(cè)壓管液面的連線就是測(cè)壓管水頭線。打開(kāi)通氣閥4,此時(shí)〃0=0,那么管

1、2、3均為測(cè)壓管，從這三管液面的連線可以看出，對(duì)于同一靜止液體，測(cè)管水

頭線是一根水平線。

(4)判別等壓面。

關(guān)閉通氣閥4,打開(kāi)截止閥7,用打氣球稍加壓，使.為0.02m左右，判別

Pg

下列幾個(gè)平面是不是等壓面；

a.過(guò)C點(diǎn)作一水平面，相對(duì)管1、2、8及水箱中液體而言，這個(gè)水平面是不

是等壓面？

b.過(guò)U型管8中的油水分界面作一水平面，對(duì)管8中液體而言，這個(gè)水平面

是不是等壓面？

c.過(guò)管6中的液面作一水平面，對(duì)管6中液體和方盒中液體而言，該水平面

是不是等壓強(qiáng)？

根據(jù)等壓面判別條件：質(zhì)量力只有重力、靜止、連續(xù)、均質(zhì)、同一水平面?？?/p>

判定上述b、c是等壓面。在a中，相對(duì)管1、2及水箱中液體而言，它是等玉面，

但相對(duì)管8中的水或油來(lái)講，它都不是同一等壓面。

(5)觀察真空現(xiàn)象。

打開(kāi)放水閥11減低箱內(nèi)壓強(qiáng)，使測(cè)管2的液面低于水箱液面，這時(shí)箱體內(nèi)po<O,

再打開(kāi)截止閥7,在大氣壓力作用下，管6中的液面就會(huì)升到一定高度，說(shuō)明箱體

內(nèi)出現(xiàn)了真空區(qū)域(即負(fù)壓區(qū)域)。

(6)觀察負(fù)壓下管6中液位變化

關(guān)閉通氣閥4,開(kāi)啟截止閥7和放水閥11,待空氣自管2進(jìn)入圓筒后，觀察管

6中的液面變化。

2.定量分析實(shí)驗(yàn)

(1)測(cè)點(diǎn)靜壓強(qiáng)測(cè)量。

根據(jù)基本操作方法，分別在Po=O、Po>O、P3<0與PB<0條件下測(cè)量水箱液

面標(biāo)局％和測(cè)壓管2液面標(biāo)用VH,分別確定測(cè)點(diǎn)A、8、C、。的壓強(qiáng)PA、p8、Pc、

pDo

(2)油的密度測(cè)定拓展實(shí)驗(yàn)

按實(shí)驗(yàn)原理，分別用方法一與方法二測(cè)定油的容重。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析參考五。

五、數(shù)據(jù)處理及成果要求

1.記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：

實(shí)驗(yàn)者：實(shí)驗(yàn)日期：

222

各測(cè)點(diǎn)高程為：VB=xlO-m>Vc=xlO-m.VD=xlO-m

基準(zhǔn)面選在zc=x10_2m>ZD=x10-2m

2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果(參表1,表2)

3.成果要求

(1)回答定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問(wèn)題。

(2)由表中計(jì)算的zc+正、z0+」殳，驗(yàn)證流體靜力學(xué)基本方程。

PgPg

(3)測(cè)定油的密度，對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果作以比較。

六、分析思考題

1.相對(duì)壓強(qiáng)與絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)與真空度之間有什么關(guān)系？測(cè)壓管能測(cè)量

何種壓強(qiáng)？

2.測(cè)壓管太細(xì)，對(duì)測(cè)壓管液面讀數(shù)造成什么影響？

3.本儀器測(cè)壓管內(nèi)徑為0.8X10-2m,圓筒內(nèi)徑為2.0X101m,儀器在加氣增

壓后，水箱液面將下降麻測(cè)壓管液面將升高從實(shí)驗(yàn)時(shí)，若近似以po=O時(shí)的水箱

液面讀值作為加壓后的水箱液位值，那么測(cè)量誤差5/H為多少？

七、注意事項(xiàng)

1.用打氣球加壓、減壓需緩慢，以防液體溢出及油柱吸附在管壁上；打氣后

務(wù)必關(guān)閉打氣球下端閥門(mén)，以防漏氣。

2.真空實(shí)驗(yàn)時(shí)，放出的水應(yīng)通過(guò)水箱頂部的漏斗倒回水箱中。

3.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，裝置的氣密性要求保持良好。

表1流體靜質(zhì)遍測(cè)是記錄及計(jì)算表

壓強(qiáng)水頭測(cè)壓管水頭

水箱液面測(cè)壓管

次

實(shí)驗(yàn)條件。液面VH

序V2

/(10Jm)/(10Jm)PX

/(IOTII)/(IO:m)/(102m)

po=O

po>O

po<O

:其中一次

pB<0)

實(shí)驗(yàn)二恒定總流伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p>

1.通過(guò)定性分析實(shí)驗(yàn)，提高對(duì)動(dòng)水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析能力；

2.通過(guò)定量測(cè)量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握有壓管流中動(dòng)水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性，

驗(yàn)證流體恒定總流的伯努利方程，掌握測(cè)壓管水頭線的實(shí)驗(yàn)測(cè)量技能與

繪制方法；

3.通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的科研能力。

二、實(shí)驗(yàn)裝置

1.實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。

圖1伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器3.溢流板5.穩(wěn)水孔板

6.恒壓水箱7.實(shí)驗(yàn)管道8.測(cè)壓點(diǎn)①?。9.彎針畢托管10.測(cè)壓計(jì)

II.滑動(dòng)測(cè)量尺12.測(cè)壓管①?g13.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥14.回水漏斗

15.穩(wěn)壓筒16.傳感器17.智能化數(shù)顯流量?jī)x

2.裝置說(shuō)明

⑴流量測(cè)量一一智能化數(shù)顯流量?jī)x

智能化數(shù)顯流量?jī)x系統(tǒng)包括實(shí)險(xiǎn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒15、高精密傳

感器16和智能化數(shù)顯流量?jī)x17（含數(shù)字面板表及A/D轉(zhuǎn)換器）。該流量?jī)x為管

道式瞬時(shí)流量?jī)x，測(cè)量精度一級(jí)。

流量?jī)x的使用方法，需先排氣調(diào)零，待水箱溢流后，間歇性全開(kāi)、全關(guān)管道

出水閥13數(shù)次，排除連通管內(nèi)氣泡。再全關(guān)閥13,待穩(wěn)定后將流量?jī)x調(diào)零。測(cè)

流量時(shí)，水流穩(wěn)定后，流量?jī)x所顯示的數(shù)值即為瞬時(shí)流量值（以下實(shí)驗(yàn)類(lèi)同）。

若需詳細(xì)了解流量?jī)x性能請(qǐng)見(jiàn)說(shuō)明書(shū)。

（2）測(cè)流速一一彎針管畢托管

彎針管畢托管用于測(cè)量管道內(nèi)的點(diǎn)流速，原理見(jiàn)實(shí)驗(yàn)教材第2章為

減小對(duì)流場(chǎng)的干擾，本裝置中的彎|

針直徑為（|）1.6xl.2mm（外徑x內(nèi)

徑）。實(shí)驗(yàn)表明只要開(kāi)孔的切平面與I迎流面

來(lái)流方向垂直，彎針管畢托管的彎〃JJ開(kāi)小孔

U

管端

角從90。~180。均不影響測(cè)流速精封閉

度，如圖2所示。圖2彎針管畢托管類(lèi)型

（3）本儀器測(cè)壓點(diǎn)有兩種：

1）畢托管測(cè)壓點(diǎn)，圖1中標(biāo)號(hào)為①、⑥、⑧、。、?、?、@（后述加*

表示），與測(cè)壓計(jì)的測(cè)壓管連接后，用以測(cè)量畢托管探頭對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)的總水頭值，近

似替代所在斷面的平均總水頭值，可用于定性分析，但不能用于定量計(jì)算；

2）普通測(cè)壓點(diǎn)，圖1中標(biāo)號(hào)為②、③、④、⑤、⑦、⑨、⑩、?、?、

?>0，與測(cè)壓計(jì)的測(cè)壓管連接后，用以測(cè)量相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的測(cè)壓管水頭值。

（4）測(cè)點(diǎn)⑥*、⑦所在喉管段直徑為由，測(cè)點(diǎn)?*、（D所在擴(kuò)管段直徑為小，

其余直徑均為小。

3.基本操作方法

（1）測(cè)壓管與穩(wěn)壓筒的連通管排氣。打開(kāi)開(kāi)關(guān)供水，使水箱充水，待水箱

溢流，間歇性全開(kāi)、全關(guān)管道出水閥13數(shù)次，直至連通管及實(shí)驗(yàn)管道中無(wú)氣泡

滯留即可。再檢查調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后所有測(cè)壓管水面是否齊平，如不平則需查明故障

原因(例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等)并加以排除，直至調(diào)平。

(2)恒定流操作°全開(kāi)調(diào)速器，此時(shí)水箱保持溢流，閥門(mén)13開(kāi)度不變情況

下，實(shí)驗(yàn)管道出流為恒定流。

(3)非恒定流操作。調(diào)速器開(kāi)、關(guān)過(guò)程中，水箱6無(wú)溢流情況下，實(shí)驗(yàn)管

道出流為非恒定流。

(4)流量測(cè)量。實(shí)驗(yàn)流量用閥13調(diào)節(jié)，記錄智能化數(shù)顯流量?jī)x的流量值。

三、實(shí)驗(yàn)原理

1.伯努利方程。在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取〃個(gè)過(guò)水?dāng)嗝?，在恒定?/p>

動(dòng)時(shí)，可以列出進(jìn)口斷面⑴至另一斷面(/)的伯努利方程式

Z+互+皿".+&+筮

Pg2gpg2g

取3=公=%...=1,選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測(cè)壓管中讀出Z+上值,

Pg

測(cè)出通過(guò)管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速u(mài)及絲，從而可得到各斷面

2g

測(cè)管水頭和總水頭。

2.過(guò)流斷面性質(zhì)。均勻流或漸變流斷面流體動(dòng)壓強(qiáng)符合靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律,

即在同一斷面上z+2=C，但在不同過(guò)流斷面上的測(cè)壓管水頭不同,

Pg

Z1+a±Z2+五；急變流斷面上2+上~工。。

Pg-PgPg

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.定性分析實(shí)驗(yàn)

(1)驗(yàn)證同一靜止液體的測(cè)壓管水頭線是根水平線。

閥門(mén)全關(guān)，穩(wěn)定后，實(shí)驗(yàn)顯示各測(cè)壓管的液面連線是一根水平線。而這時(shí)的

滑尺讀數(shù)值就是水體在流動(dòng)前所具有的總能頭。

(2)觀察不同流速下,某一斷面卜水力要素變化規(guī)律.

以測(cè)點(diǎn)⑧*、⑨所在的斷面為例，測(cè)管⑨的液面讀數(shù)為該斷面的測(cè)壓管水頭。

測(cè)管⑧*連通畢托管，顯示測(cè)點(diǎn)的總水頭。實(shí)驗(yàn)表明，流速越大，水頭損失越大,

水流流到該斷面時(shí)的總水頭越小，斷面上的勢(shì)能亦越小。

⑶驗(yàn)證均勻流斷面上，動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。

觀察測(cè)點(diǎn)②和③，盡管位置高度不同，但其測(cè)壓管的液面高度相同，表明

z+—^―=Co

Pg

(4)觀察沿流程總能坡線的變化規(guī)律。

加大開(kāi)度，使接近最大流量，若穩(wěn)定后各測(cè)管水位如圖3所示，圖中A-A

為管軸線。

圖3測(cè)壓管水位示例

縱觀帶畢托管的測(cè)點(diǎn)①*、⑥*、⑥*、。*、Q*、?*、?*的測(cè)管水位(實(shí)

驗(yàn)時(shí)可加入雷諾實(shí)驗(yàn)用的紅色水，使這些管呈紅色，如圖3中以較深顏色表示

的測(cè)壓管)，可見(jiàn)各測(cè)管的液面沿流程是逐漸降低而沒(méi)有升高的，表明總能量沿

流程只會(huì)減少，不會(huì)增加，能量損失是不可能逆轉(zhuǎn)的。

(5)觀察測(cè)壓管水頭線的變化規(guī)律。

總變化規(guī)律：縱觀測(cè)壓點(diǎn)②、④、⑤、⑦、⑨、Q、。、?、。的測(cè)壓管

水位，可見(jiàn)沿流程有升也有降，表明測(cè)壓管水頭線沿流程可升也可降。

沿程水頭損失：從②、④、⑤點(diǎn)可看出沿程水頭損失的變化規(guī)律，等徑管道

上，距離相等，沿程損失相同。

勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)換：以測(cè)點(diǎn)⑤、⑦、⑨為例，測(cè)點(diǎn)所在流段上高程相等，管

徑先收縮后擴(kuò)大，流速由小增大再減小。測(cè)管⑤到測(cè)管⑦的液位發(fā)生了陡降，表

明水流從測(cè)點(diǎn)⑤斷面流到測(cè)點(diǎn)⑦斷面時(shí)有部分壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成了流速動(dòng)能。而測(cè)

管⑦到測(cè)管⑨測(cè)管水位回升了，這正和前面相反，說(shuō)明有部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成了壓

力勢(shì)能。這就清楚驗(yàn)證了動(dòng)能和勢(shì)能之間是可以互相轉(zhuǎn)化的，因而是可逆的。

位能和壓能的轉(zhuǎn)換：以測(cè)點(diǎn)⑨與。所在的兩斷面為例，由于二斷面的流速

水頭相等，測(cè)點(diǎn)⑨的位能較大，壓能（測(cè)管液位離管軸線的高度）很小，而測(cè)

點(diǎn)?的位能很小，壓能卻比⑨點(diǎn)大，這就說(shuō)明了水流從測(cè)點(diǎn)⑨斷面流到測(cè)點(diǎn)G

斷面的過(guò)程中，部分位能轉(zhuǎn)換成了壓能。

（6）利用測(cè)壓管水頭線判斷管道沿程壓力分布。

測(cè)壓管水頭線高于管軸線，表明該處管道處于正壓下；測(cè)壓管水頭線低于管

軸線，表明該處管道處于負(fù)壓下，出現(xiàn)了真空。高壓和真空狀態(tài)都容易使管道破

壞。實(shí)驗(yàn)顯示（參圖3）,測(cè)點(diǎn)⑦的測(cè)管液面低于管軸線，說(shuō)明該處管段承受負(fù)

壓（真空）；測(cè)壓管⑨的液位高出管軸線，說(shuō)明該處管段承受正壓。

2.定量分析實(shí)驗(yàn)一一伯努利方程驗(yàn)證與測(cè)壓管水頭線測(cè)量分析實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法與步驟：在恒定流條件下改變流量2次，其中一次閥門(mén)開(kāi)度大到使

?號(hào)測(cè)管液面接近可讀數(shù)范圍的最低點(diǎn)，待流量穩(wěn)定后，測(cè)記各測(cè)壓管液面讀

數(shù)，同時(shí)測(cè)記實(shí)驗(yàn)流量（畢托管測(cè)點(diǎn)供演示用，不必測(cè)記讀數(shù)）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

與分析參考第五部分內(nèi)容。

3.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一一改變水箱中的液位高度對(duì)喉管真空度影響的實(shí)驗(yàn)研究

為避免引水管道的局部負(fù)壓，可采取的技術(shù)措施有⑻減小流星；（b）增大喉

管管徑；⑹降低相應(yīng)管線的安裝高程；（d）改變水箱中的液位高度。下面分析后

兩項(xiàng)。

對(duì)于措施（c）,以木實(shí)驗(yàn)裝置為例（參圖4）,可在水箱出口先接一下垂90°

彎管，后接水平段，將喉管的高程降至基準(zhǔn)高程0—0,使位能降低，壓能增大,

從而可能避免點(diǎn)⑦處的真空。該項(xiàng)措施常用于實(shí)際工程的管軸線設(shè)計(jì)中。

論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，確定改變作用水頭（如抬高或降低水箱的水位）

對(duì)管中某斷面壓強(qiáng)的影響情況。

本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)改變水箱中的液位高度對(duì)喉管真

空度影響的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)。

理論分析與實(shí)驗(yàn)方法提示：

取基準(zhǔn)面0-0如圖4所示，圖中1-1、2-2、3-3分別為計(jì)算斷面1、2、3,計(jì)

算斷面1的計(jì)算點(diǎn)選在液面位置，計(jì)算斷面2、3的計(jì)算點(diǎn)選在管軸線上。水箱

液面至基準(zhǔn)面0-0的水深為伍改變水箱中的液位高度對(duì)喉管真空度影響的問(wèn)題,

實(shí)際上就是隨力遞增還是遞減的問(wèn)題，可由6仁2+4）/e〃加以判別。

Pg

列計(jì)算斷面1、2的伯努利方程（取02=8=1）有

h=z、+3-+上1+h

wl-2

~Pg2g

(1)

I乙

因八1-2可表示成"wl-2-11.2

2g

式中金1.2是管段1—2總水頭損失因數(shù)，當(dāng)闞門(mén)開(kāi)度不變時(shí)，在內(nèi)的有限變

化范圍內(nèi)，可設(shè)金1.2近似為常數(shù)。

乂由連續(xù)性方程有

武二(4)4時(shí)

2gd22g

故式(1)可變?yōu)?/p>

7+久2吟

3小一Q)

式中u；/2g可由斷面1、3伯努利方程求得，即

/2=23+(1+4；|.3)^-(3)

2g

￡1.3是全管道的總水頭損失因數(shù)，當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度不變時(shí)，在力的有限變化范圍內(nèi)，

可設(shè)金1.3近似為常數(shù)。

由此得或=上工，代入式⑵有

2g1+前

Z2+4=/L[(9+￡L2](生耳(4)

P841+"

則e(z/pjpg)=]_(4?)'+第2(5)

、6h-1+&3

若](4/4)，+￡.2>0,則斷面2上的Z?+以隨/7同步遞增，反之，則遞

1+"3~Pg

減。若接近于0,則斷面2上的z,+正隨力變化不明顯。

■pg

實(shí)驗(yàn)中，先測(cè)”常數(shù)。332、力和Z3各值，然后針對(duì)?本實(shí)驗(yàn)裝置的恒定流情

況，測(cè)得某一大流量下Z2+三、u"2g、5/2g等值，將各值代入式(2)、⑶，

pg

可得各管道阻力因數(shù)金1.2和金1.3。再將其代入式⑸得。⑵十個(gè)/可),由此可得出

ch

改變水箱中的液位高度對(duì)喉管真空度影響的結(jié)論。

最后，利用變水頭實(shí)驗(yàn)可證明該結(jié)論是否正確。

五、數(shù)據(jù)處理及成果要求

L記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：

實(shí)驗(yàn)者：實(shí)驗(yàn)日期：

22

均勻段di=xl0m喉管段d2=xl0m擴(kuò)管段d3=

xl0-2m

水箱液面高程Vo二xlO2m上管道軸線高程Vz二xlO2m

（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）

2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果

表1管徑記錄表

②⑥*⑧*⑩Q*Q*

測(cè)點(diǎn)編號(hào)①*④⑤

③⑦⑨?G

管徑dWm

兩點(diǎn)間距

4466413.561029.51616

Z/10-2m

表2測(cè)壓管水頭加流量測(cè)記表（其中九二4+.，單位102m,，為測(cè)點(diǎn)編號(hào)）

P8

實(shí)

驗(yàn)qv

hi加hhi加h\ohn瓜3h\i力19

次5/(10-6m3/s)

數(shù)

1

2

表3計(jì)算數(shù)值表

（1）流速水頭

%1=M/八=201.3Qvi=Vl/f2=

管徑d/(10-6mVs)/(10-6m3/s)

2

/10mAV//2gAVu]2g

422422

/10m/(10'm/s)/10-2m/10m/(10-m/s)/lCr2m

⑵總水頭”（其中4=4+.+等，單位10f，，為測(cè)點(diǎn)編號(hào)）

Pg2g

實(shí)驗(yàn)Qv

HiHAthH?H9以3“15H\7“19

次數(shù)/(10-6m3/s)

1

2

3.成果要求

（1）回答定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問(wèn)題。

(2)計(jì)算流速水頭和總水頭。見(jiàn)表3

(3)繪制上述成果中最大流量下的總水頭線和測(cè)壓管水頭線。(軸向尺寸參

見(jiàn)圖5,總水頭線和測(cè)壓管水頭線可以繪在圖5上)。如圖6所示

圖5繪制測(cè)壓管水頭線坐標(biāo)圖

(4)完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

六、分析思考題

L測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有何不同？為什么？

2.閥門(mén)開(kāi)大，使流量增加，測(cè)壓管水頭線有何變化？為什么？

3.由畢托管測(cè)量的總水頭線與按實(shí)測(cè)斷面平均流速繪制的總水頭線一般都

有差異，試分析其原因。

4.為什么急變流斷面不能被選作能量方程的計(jì)算斷面？

七、注意事項(xiàng)

1.各自循環(huán)供水實(shí)驗(yàn)均需注意：計(jì)量后的水必須倒回原實(shí)驗(yàn)裝置的水斗內(nèi)，

以保持自循環(huán)供水(此注意事項(xiàng)后述實(shí)驗(yàn)不再提示)。

2.穩(wěn)壓筒內(nèi)氣腔越大，穩(wěn)壓效果越好。但穩(wěn)壓筒的水位必須淹沒(méi)連通管的

進(jìn)口，以免連通管進(jìn)氣，否則需擰開(kāi)穩(wěn)壓筒排氣螺絲提高筒內(nèi)水位；若穩(wěn)壓筒的

水位高于排氣螺絲口，說(shuō)明有漏氣，需檢查處理。

3.傳感器與穩(wěn)壓筒的連接管要確保氣路通暢，接管及進(jìn)氣口均不得有水體進(jìn)

入，否則需清除。

4.智能化數(shù)顯流量?jī)x開(kāi)機(jī)后需預(yù)熱3~5分鐘。

實(shí)驗(yàn)三文丘里綜合型實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p>

1.了解文丘里流量計(jì)的構(gòu)造、原理和適用條件，率定流量因數(shù)仗

2.掌握應(yīng)用氣~水多管壓差計(jì)量測(cè)壓差的方法；

3.通過(guò)確定文丘里流量計(jì)最大允許過(guò)流量的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)理論分析和

實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究過(guò)程。

二、實(shí)驗(yàn)裝置

1.實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。

1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.水泵電源開(kāi)關(guān)4.恒壓水箱5.溢流板

6.槍水孔板7.稔壓筒8.智能化數(shù)顯流量?jī)x9.傳感器10.文丘里流量計(jì)

11.壓差計(jì)氣閥⑵壓差計(jì)13.滑尺14.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥

2.裝置說(shuō)明

（1）壓差測(cè)量裝置

1）氣-水壓差計(jì)

為一倒U型管如圖2所示，在倒U型管中保留一段空氣，兩端各接測(cè)壓點(diǎn),

測(cè)量時(shí)，管內(nèi)液柱的高差即為壓強(qiáng)差。在測(cè)量中，氣-水壓差計(jì)應(yīng)該豎直放置。

當(dāng)數(shù)值相對(duì)較大時(shí)，可用連續(xù)串聯(lián)多個(gè)氣■水壓差計(jì)的方

法來(lái)增大量程;數(shù)值較小時(shí)可傾斜U型管來(lái)放大測(cè)量值。

本實(shí)驗(yàn)裝置中，采用雙U型的氣-水多管壓差計(jì)，如圖1

中的壓差計(jì)12所示，壓差量程為0~lmH2O,測(cè)量精度

為1mm。

2）流量測(cè)量一一智能化數(shù)顯流量?jī)x

智能化數(shù)顯流量?jī)x系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量

計(jì)、穩(wěn)壓筒、高精密傳感器和智能化數(shù)顯流量?jī)x（含數(shù)

字面板表及A/D轉(zhuǎn)換器）。該流量?jī)x為管道式瞬時(shí)流量

儀，測(cè)量精度一級(jí)。

流量?jī)x的使用方法參見(jiàn)伯努利方程實(shí)驗(yàn)，需先排氣調(diào)零，流量?jī)x所顯示的數(shù)

值為瞬時(shí)流量值。

（2）文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)與布置（參圖3）。在結(jié)構(gòu)上，要求管徑比山川】在

0.25?0.75之間，通常采用山/山=0.5；其擴(kuò)散段的擴(kuò)散角4也不宜太大，一般不

大于5。?7。；在測(cè)量斷面上布置多個(gè)測(cè)壓孔和均壓環(huán)。在布置上，要求文丘里流

量計(jì)上游/】在10倍管徑山的距離以內(nèi)，下游"在6倍管徑山以內(nèi)，均為順直管

段，以免水流產(chǎn)生漩渦而影響其流量因數(shù)。

連接管嘴

圖3文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

（2）文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)裝置中a=3.45?！?.1。；di;（1.4±0.03）

2；（）2；；；

xWmd2=0.7±0.015xlOmd2/di=0.5±0.015/i=0.45ml2=0.54m,

各均壓環(huán)上測(cè)壓孔數(shù)為4個(gè)。

3.基本操作方法

(1)排氣方法。打開(kāi)開(kāi)關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，間歇性全開(kāi)、全

關(guān)管道出水閥數(shù)次，直至連通管及實(shí)驗(yàn)管道中無(wú)氣泡滯留即可，排氣后測(cè)管液面

讀數(shù)名一機(jī)+的一屆為0,此時(shí)智能化數(shù)顯流量?jī)x顯示為零。

(2)調(diào)節(jié)多管測(cè)壓計(jì)。全開(kāi)調(diào)節(jié)閥14檢查各測(cè)管液面是否都處在滑尺讀數(shù)范

圍內(nèi)？否則，按下列步序調(diào)節(jié)：(a)關(guān)閥14,擰開(kāi)氣閥11,待各測(cè)壓管中液位

穩(wěn)定后，將清水注入壓差計(jì)12中編號(hào)為2、3的測(cè)管內(nèi)，使62=加。0.24m：(b)擰

緊氣閥11,全開(kāi)閥14.若壓差計(jì)12中編號(hào)為1、3的測(cè)壓管液面上升過(guò)高，可

微微松開(kāi)相應(yīng)的氣閥11,液面將自動(dòng)降低，可使測(cè)管讀數(shù)控制在測(cè)讀范圍內(nèi)，

速擰緊氣閥11即可。

(3)測(cè)壓管水頭差△/)測(cè)量

讀取氣一水多管壓差計(jì)12各測(cè)壓管的液面讀數(shù)仇、比、加、64,Ah=hi-h2

+63-64c

(4)流量測(cè)量。記錄智能化數(shù)顯流量?jī)x的流量值。

(5)真空度測(cè)量。智能化數(shù)顯流量?jī)x正端顯示為流量，負(fù)端顯示為壓差水柱。

利用流量?jī)x的這一智能化特性可測(cè)量文丘里喉頸處的真空度。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將傳感器

低壓端用連通管連接于文丘里流量計(jì)喉頸處，傳感器高壓端接通大氣，并調(diào)整傳

感器放置高度，使高壓端口與文丘里流量計(jì)喉頸處的測(cè)點(diǎn)齊平。此時(shí)，即可實(shí)驗(yàn)

測(cè)量測(cè)點(diǎn)的真空度。

三、實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)能量方程式和連續(xù)性方程式，可得不計(jì)阻力作用時(shí)的文氏管過(guò)水能力關(guān)

系式

A〃=（z+a）-（z,+%

pg~pg

式中：為兩斷面測(cè)壓管水頭差；

A為文丘里流量計(jì)常數(shù)，對(duì)給定管徑是常數(shù)。

由于阻力的存在，實(shí)際通過(guò)的流量拆恒小于％今引入一個(gè)無(wú)量綱因數(shù)〃

=外/%'（〃稱為流量因數(shù)），對(duì)計(jì)算所得流量值進(jìn)行修正。

即qv=/Liqy="k瓜1

另由靜水力學(xué)基本方程可得氣一水多管壓差計(jì)的她為

Ah=/71——62+萬(wàn)3—64

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.定量分析實(shí)驗(yàn)一一文丘里流量計(jì)流量因數(shù)的測(cè)量與率定

實(shí)驗(yàn)方法與步驟：參照基本操作方法，改變流量4?6次，分別測(cè)量壓差和

流量。數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析參第五部分內(nèi)容。

2.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一一文丘里流量計(jì)最大允許過(guò)流量的理論分析與實(shí)驗(yàn)

文丘里流量計(jì)管喉頸處容易產(chǎn)生真空，最大允許過(guò)流量受真空度限制，最大

允許真空度為6~7mH20,否則易造成空化與空蝕破壞。工程上應(yīng)用文丘里流量

計(jì)時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)其最大真空度是否在允許范圍之內(nèi)。

本實(shí)驗(yàn)要求通過(guò)理論分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，針對(duì)圖1實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)

量相應(yīng)參數(shù)，確定文丘里流量計(jì)真空值不大于6mH20條件下供水箱的最大作用

水頭Ho及最大流量外。

理論分析提示：

應(yīng)用伯努利方程，選基準(zhǔn)面和計(jì)算斷面如圖4,取e=對(duì)計(jì)算斷面

1-1與3-3有

2

"。=一"（1+八修卷）(10)

圖4文丘里流量計(jì)管流水力計(jì)算

對(duì)計(jì)算斷面2-2,3-3,有

互+J-（3）2二一力+（1+乙_3）4（華產(chǎn)（ID

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，式中管段的總水頭損失因數(shù)，一和，2.3在流速達(dá)到某一較大值以

上時(shí)便近似為常數(shù)，可在閥門(mén)全開(kāi)的大流量下實(shí)驗(yàn)測(cè)得。進(jìn)而由斷面的允許直空

度正及五3、，2.3等值代入式（1。）、口1）便可確定最大作用水頭坊及最大流量W。

P8

五、數(shù)據(jù)處理及成果要求

1.記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：_________________實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_________

實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________

di=xlO'2md2=xlO_2m水溫t=°C,

0.01775XI0-4

y=--------------------------------xlO-4m2/s,

1+0.0337/+0.000221/2

水箱液面高程▽。=xlO-^m管道軸線高程％xlO-2m

（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）

2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果（參表1,表2）

3.成果要求

按相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求，完成方案設(shè)計(jì)、測(cè)量與成果分析。

六、分析思考題

1.文丘里流量計(jì)有何安裝要求和適用條件？

2.本實(shí)險(xiǎn)中，影響文丘里流量計(jì)流量因數(shù)大小的因素有哪些？哪個(gè)因素最

敏感？對(duì)本實(shí)驗(yàn)的管道而言，若因加工精度影響，誤將（為一0.01）xlO-2m值

取代上述刈值時(shí)，本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的〃值將變?yōu)槎嗌伲?/p>

3.為什么計(jì)算流量.'與實(shí)際流量處不相等？

4.應(yīng)用量綱分析法，闡明文丘里流量計(jì)的水力特性。

七、注意事項(xiàng)

參見(jiàn)伯努利方程實(shí)驗(yàn)。

表1記錄表

測(cè)壓管讀數(shù)(IO2m)

次流量分

h\fl2hi

數(shù)/(10-6m3/s)

/10-2m/10-2mZ10-2m/10-2m

1

2

3

4

5

6

表2計(jì)算表K=xlO-5m25/s

次翁A/?=h\~〃2+43—04

Req；

2

數(shù)/(106m3/s)/10-m/(106m3/s)吸

1

2

3

4

5

6

實(shí)驗(yàn)四局部水頭損失實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p>

1.學(xué)習(xí)掌握三點(diǎn)法、四點(diǎn)法測(cè)量局部阻力因數(shù)的技能，并將突擴(kuò)管的實(shí)測(cè)

值與理論值比較，將突縮管的實(shí)測(cè)值與經(jīng)驗(yàn)值比較；

2.通過(guò)閥門(mén)局部阻力因數(shù)測(cè)量的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)二點(diǎn)法測(cè)量局部阻力因

數(shù)的方法。

二、實(shí)驗(yàn)裝置

1.實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。

圖1局部水頭根失實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器4.恒壓水箱5.溢流板

6.穩(wěn)水孔板7.圓管突然擴(kuò)大8?氣閥9.測(cè)壓計(jì)10.測(cè)壓管①?⑥II.滑動(dòng)測(cè)量

尺

12.圓管突然收縮13.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥14.回流接水斗15.下問(wèn)水管

16.穩(wěn)壓筒17.傳感器18.智能化數(shù)顯流量?jī)x

2.裝置說(shuō)明

（1）實(shí)驗(yàn)管道由圓管突擴(kuò)、突縮等管段組成，各管段直徑已知。在實(shí)驗(yàn)管

道上共設(shè)有六個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)①一③和③一⑥分別用以測(cè)量突擴(kuò)和突縮的局部阻

力因數(shù)。其中測(cè)點(diǎn)①位于突擴(kuò)的起始界面處，這里引用公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論“在突

擴(kuò)的環(huán)狀面積上的動(dòng)水壓強(qiáng)近似按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布”，認(rèn)為該測(cè)點(diǎn)可用以測(cè)量

小管出口端中心處壓強(qiáng)值。

氣閥8用于實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)排除管中滯留氣體。

(2)流量測(cè)量一一智能化數(shù)顯流量?jī)x

智能化數(shù)顯流量?jī)x系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒、高精密傳感器

和智能化數(shù)顯流量?jī)x(含數(shù)字面板表及A/D轉(zhuǎn)換器)。該流星儀為管道式瞬時(shí)流

量?jī)x，測(cè)量精度一級(jí)。

流量?jī)x的使用方法參見(jiàn)伯努利方程實(shí)驗(yàn)，需先排氣調(diào)冬，流量?jī)x所顯示的數(shù)

值為瞬時(shí)流量值。

.3.基本操作方法

(1)排氣。啟動(dòng)水泵待恒壓水箱溢流后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥13,打開(kāi)閥8

排除管中滯留氣體。排氣后關(guān)閉閥8,并檢查測(cè)壓管各管的液面是否齊平，若不

平，重復(fù)排氣操作，直至齊平，智能化數(shù)顯流量?jī)x調(diào)零。

(2)測(cè)壓管水頭用測(cè)壓計(jì)測(cè)量，基準(zhǔn)面可選搖在滑動(dòng)測(cè)量尺零點(diǎn)上。

(3)流量測(cè)量。實(shí)驗(yàn)流量用閥13調(diào)節(jié)，記錄智能化數(shù)顯流量?jī)x的流量值。

三、實(shí)驗(yàn)原理

流體在流動(dòng)的局部區(qū)域，如流體流經(jīng)管道的突擴(kuò)、突縮和閘門(mén)等處(圖2),

由于固體邊界的急劇改變而引起速度分布的變化，甚至使主流脫離邊界，形成旋

渦區(qū)，從而產(chǎn)生的阻力稱為局部阻力。由于局部阻力作功而引起的水頭損失稱為

局部水頭損失，用力表示。局部水頭損失是在一段流程上，甚至相當(dāng)長(zhǎng)的一段流

程上完成的，如圖2,斷面1至斷面2,這段流程上的總水頭損失包含了局部水

頭損失和沿程水頭損失。若用力(二12..)表示第，斷面的測(cè)壓管水頭，即有

112

II12

突縮閘門(mén)

圖2局部水頭損失

av~..

h“=々+%J2=（九4一）一仇+京)

2g

av\

或(4+)-(4+K^)-4I-2

2g2g

局部阻力因數(shù)。為

Q=/?：/—

」2g

(1)圓管突然擴(kuò)大段。本實(shí)驗(yàn)儀采用三點(diǎn)法測(cè)量。三點(diǎn)法是在突然擴(kuò)大管段

上布設(shè)三個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖1測(cè)點(diǎn)①、②、③所示。流段①至②為突然擴(kuò)大局部水頭

損失發(fā)生段，流段②至③為均勻流流段，本實(shí)驗(yàn)儀測(cè)點(diǎn)①、②間距為測(cè)點(diǎn)②、③

的一半，用1一2按流程長(zhǎng)度比例換算得出。

則An-2=九2-3/2=A/?2-S/2=(hi-hy)/2

…+用)-仇+用+與與=區(qū)_E；

2g2g2

式中小為測(cè)壓管水頭值，當(dāng)基準(zhǔn)面選擇在標(biāo)尺零點(diǎn)時(shí)即為第，斷面測(cè)壓管液

位的標(biāo)尺讀值；E；、區(qū)分別表示式中的前、后括號(hào)項(xiàng)。

因此只要實(shí)驗(yàn)測(cè)得三個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的測(cè)壓管水頭值加、厲、加及流量等即可得突

然擴(kuò)大段局部阻力水頭損失。

若圓管突然擴(kuò)大段的局部阻力因數(shù)找上游流速力表示，為

對(duì)應(yīng)上游流速121的圓管突然擴(kuò)大段理論公式為

1=(1-A)2

(2)圓管突然縮小段。本實(shí)驗(yàn)儀采用四點(diǎn)法測(cè)量。四點(diǎn)法是在突然縮小管段

上布設(shè)四個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖1測(cè)點(diǎn)③、④、⑤、⑥所示。圖中B點(diǎn)為突縮斷面處。流

段④至⑤為突然縮小局部水頭損失發(fā)生段，流段③至④、⑤至⑥都為均勻流流段。

流段④至B間的沿程水頭損失按流程長(zhǎng)度比例由測(cè)點(diǎn)③、④測(cè)得，流段B至⑤的

沿程水頭損失按流程長(zhǎng)度比例由測(cè)點(diǎn)⑤、⑥測(cè)得。本實(shí)驗(yàn)儀應(yīng)4=2瓜8,lB-S=l5-6,

有hf4-e=hf3-4/2=Ah3V2,6沼-5=抗5-6=八65-6。

則hf4-5—A/?3-4/2+A/?5-6=(/?3-/74)/2+九一生

…4+用-與與-仇+用+『力6)=以-

2g22g

因此只要實(shí)驗(yàn)測(cè)得四個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的測(cè)壓管水頭值加、九、后、生及流量等即可

得突然縮小段局部阻力水頭損失。

若圓管突然縮小段的局部阻力因數(shù)列下游流速5表示，為

對(duì)應(yīng)下游流速峰的圓管突然縮小段經(jīng)驗(yàn)公式為

4=0.5（1一人）

4

（3）測(cè)量局部阻力因數(shù)的二點(diǎn)法。在局部阻礙處的前后順直流段上分別設(shè)置

一個(gè)測(cè)點(diǎn)，在某一流量下測(cè)定兩點(diǎn)間的水頭損失，然后將等長(zhǎng)度的直管段替換局

部阻礙段，再在同一流量下測(cè)定兩點(diǎn)間的水頭損失，由兩水頭損失之差即可得局

部阻礙段的局部水頭損失。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.測(cè)量突然擴(kuò)大局部水頭損失與突然縮小局部水頭損失，并測(cè)定相應(yīng)的局

部水頭損失因數(shù)。

參照實(shí)驗(yàn)基本操作方法，在恒定流條件下改變流量2~3次，其中一次為最大

流量，待流量穩(wěn)定后，測(cè)記各測(cè)壓管液面讀數(shù)，同時(shí)測(cè)記實(shí)驗(yàn)流量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處

理與分析參考第五部分。

2.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)某開(kāi)度下閥門(mén)的局部阻力因數(shù)的

測(cè)量實(shí)驗(yàn)。要求：用二點(diǎn)法測(cè)量，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置改造簡(jiǎn)圖，制定實(shí)驗(yàn)方案，并結(jié)

合實(shí)驗(yàn)CAI軟件（已隨儀器配置），進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)。

五、數(shù)據(jù)處理及成果要求

1.記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：__________________實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_________

實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________

實(shí)驗(yàn)管段直徑：

di=Di=x10_2md?=(h=d&=D?=xl02m

ds=%=。3=xl0_2m

實(shí)驗(yàn)管段長(zhǎng)度：

/i-2=xl0_2mI2-3-xlO_2mI3-4=xlO_2m

/4-B=xl0'2m/B-5=xlO'2m/s-6=xlO'2m

2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果

表1局部水頭損失實(shí)驗(yàn)記錄表

一

次流量名,測(cè)壓管讀數(shù)/10-2m

數(shù)

/(IO-6m3/s)h\〃2人3(14力5

1

2

3

表2局部水頭損失實(shí)驗(yàn)計(jì)算表

前斷面后斷面

力

阻流量理論值

次av2av2fhi

式

形E

斯2q經(jīng)驗(yàn)值

數(shù)2

632g2g/IO-m

/(10-m/s)22

/102m/10-m/J0-2m/10-m

1突然

2

擴(kuò)大

3

1突然

2縮小

3

注：，對(duì)應(yīng)于突擴(kuò)段的"或突縮段的心。

3.成果要求

(1)測(cè)定突擴(kuò)斷面局部水頭損失因數(shù)？值并與理論值比較。見(jiàn)表1

(2)測(cè)定突縮斷面局部水頭損失因數(shù)？值并與經(jīng)驗(yàn)值比較。見(jiàn)表1

(3)完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

六、分析思考題

1.管徑粗細(xì)相同、流量相同條件下，試問(wèn)(di<d2)在何范圍內(nèi)圓管突

然擴(kuò)大的水頭損失比突然縮小的大？

2.結(jié)合流動(dòng)演示儀的水力現(xiàn)象，分析局部阻力損失機(jī)理。產(chǎn)生突擴(kuò)與突縮

局部水頭損失的主要部位在哪里？怎樣減小局部水頭損失？

3.局部阻力類(lèi)型眾多，局部阻力因數(shù)的計(jì)算公式除突然擴(kuò)大是由理論推導(dǎo)

得出之外，其它都是由實(shí)驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)公式。試問(wèn)，獲得經(jīng)驗(yàn)公式有那些途徑？

七、注意事項(xiàng)

1.恒壓水箱內(nèi)水位要求始終保持在溢流狀態(tài)，確保水頭恒定。

2.測(cè)壓管后設(shè)有平面鏡，測(cè)記各測(cè)壓管水頭值時(shí)，要求視線與測(cè)壓管液面

及鏡子中影像液面齊平，讀數(shù)精確到0.5mm。

3.其他參見(jiàn)伯努利方程實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)五沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p>

1.學(xué)會(huì)測(cè)定管道沿程水頭損失因數(shù)4和管壁粗糙度△的方法;

2.分析園管恒定流動(dòng)的水頭損失規(guī)律、4隨雷諾數(shù)Re變化的規(guī)律，驗(yàn)證沿

程水頭損失作與平均流速u(mài)的關(guān)系。

二、實(shí)驗(yàn)裝置

1.實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。

5.滑動(dòng)測(cè)量尺6.穩(wěn)壓筒17.實(shí)驗(yàn)管道8.壓差數(shù)顯儀9,壓差傳感器

10.測(cè)壓點(diǎn)II.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥12.供水管及供水閥13.旁通管及旁通閥

14.穩(wěn)壓筒15.流量傳感器16.智能流量數(shù)顯儀

2.裝置說(shuō)明

(1)水泵與穩(wěn)壓器。自循環(huán)高壓恒定全自動(dòng)供水器1由水泵、壓力自動(dòng)限制

開(kāi)關(guān)、氣一水壓力罐式穩(wěn)壓器等組成。壓力超高時(shí)能自動(dòng)停機(jī)，過(guò)低時(shí)能自動(dòng)開(kāi)

機(jī)。為避免因水泵直接向?qū)嶒?yàn)管道供水而造成的壓力波動(dòng)等影響，水泵的供水是

先進(jìn)入穩(wěn)壓器的壓力罐，經(jīng)穩(wěn)壓后再送向?qū)嶒?yàn)管道。

(2)旁通管與旁通閥。由于供水泵設(shè)有壓力自動(dòng)限制開(kāi)關(guān)，在供小流量時(shí)因

壓力過(guò)高，水泵可能出現(xiàn)斷續(xù)關(guān)閉的現(xiàn)象，為此設(shè)有旁通管與旁通閥13,在小

流量實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)旁通管分流可使水泵持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)閥11用于調(diào)節(jié)層流實(shí)驗(yàn)流量；閥12用于檢修，實(shí)驗(yàn)時(shí)始終全開(kāi)；閥13

層流時(shí)用于分流(全開(kāi))，湍流時(shí)用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)流量。

（4）實(shí)驗(yàn)管道7為不銹鋼管，其測(cè)壓斷面上沿十字型方向設(shè)有4個(gè)測(cè)壓孔，

經(jīng)過(guò)均壓環(huán)與測(cè)點(diǎn)管嘴相連通。

（5）本實(shí)驗(yàn)儀配有壓差計(jì)4（倒U型氣.水壓差計(jì)）和壓差儀8,壓差計(jì)測(cè)量

范圍為0~0.3mH2。；壓差電測(cè)儀測(cè)量范圍為。~1。0^2。，視值單位為

壓差計(jì)4與壓差電測(cè)儀8所測(cè)得的壓差值均可等值轉(zhuǎn)換為兩測(cè)點(diǎn)的測(cè)壓管水頭

差，