水力学实验报告.pdf

水力学实验报告实验组别：A1 实验组员：实验日期：5 月 5 日;5 月 7 日;5 月 10 日 土木系2019 年 5 月1 流体静力学综合型实验一、实验目的和要求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观察分析，加深流体静力学基本概念理解，提高解决静力学实际问题的能力。二、实验原理1 1在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 或 pzCgghpp0式中：z 被测点相对基准面的位置高度；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；液体密度；h 被测点的液体深度。三、实验内容与方法1.定性分析实验(1)测压管和连通管判定。(2)测压管高度、压强水头、位置水头和测压管水头判定。(3)观察测压管水头线。(4)判别等压面。(5)观察真空现象。(6)观察负压下管 6 中液位变化2.定量分析实验(1)测点静压强测量。根据基本操作方法，分别在p0=0、p0 0、p0 0 与pB 0212.423.911.521.826.829.823.923.9112.38.9-3.46.811.814.88.98.9p0 0(其中一次pB 0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。测点 5 至测点 7，管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低。测点 7 至测点 9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高。而据能量方程,为损失能量，是不可逆的，即恒有0，2121hwEE21hw21hw故恒小于，总水头线不可能回升。总水头线下降的坡度越大，即J越大，2E1E表明单位流程上的水头损失越大，如渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。但总水头线变化一直处于下降趋势，测压管水头为,而总水头为PZ。测压管水头对应液体流动的总势能，总水头对应机械能，液体是从gVPZ22总机械能大的地方流向总机械能小的地方。2阀门开大，使流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？答：（1）流量增加，测压管水头线总降落趋势更显著。这是因为测压管水头，任一断面起始时的总水头及管道过流断面22222gAQEgvEpZHpE面积为定值时，增大，就增大，则必减小。而且随流量的增加阻力AQgv22pZ 损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头E相应减小，故的减小更加显pZ 著。（2）测压管水头线的起落变化更为显著。因为对于两个不同直径的相应过水断面,管中水流流速过快时为紊流，两个断面之间的损失系数接近于常数，管道断面为定值，故Q增大，H亦增大，测压管水头线的起落变化就更为显著。3由毕托管测量的总水头线与按实测断面平均流速绘制的总水头线一般都有差异，试分析其原因。答：与毕托管相连通的测压管有 1、6、8、12、14、16 和 18 管，称总压管。总压管液面的连续即为毕托管测量显示的总水头线其中包含点流速水头。而实际测绘的总水头是以实测的值加断面平均流速水头绘制的。据经验资料，pZ gv22对于圆管紊流，只有在离管壁约 0.12d的位置，其点流速方能代表该断面的平均流速。由于本实验毕托管的探头通常布设在管轴附近，其点流速水头大于断面平均流速水头，所以由毕托管测量显示的总水头线，一般比实际测绘的总水线偏高。4为什么急变流断面不能被选作能量方程的计算断面？由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，还有离心惯性力，故急变流断面不能选作能量方程的计算断面。六、注意事项 1.各自循环供水实验均需注意：计量后的水必须倒回原实验装置的水斗内，以保持自循环供水（此注意事项后述实验不再提示）。2.稳压筒内气腔越大，稳压效果越好。但稳压筒的水位必须淹没连通管的进口，以免连通管进气，否则需拧开稳压筒排气螺丝提高筒内水位；若稳压筒的水位高于排气螺丝口，说明有漏气，需检查处理。3.传感器与稳压筒的连接管要确保气路通畅，接管及进气口均不得有水体进入，否则需清除。4.智能化数显流量仪开机后需预热 35 分钟。3 达西渗流实验一、实验目的和要求1测量样砂的渗透系数k值，掌握特定介质渗透系数的测量技术。2通过测量透过砂土的渗流流量和水头损失的关系，验证达西定律。二、实验原理1渗流水力坡度J由于渗流流速很小，故流速水头可以忽略不计。因此总水头H可用测压管水头h来表示，水头损失hw可用测压管水头差来表示，则水力坡度J可用测压管水头坡度来表示：w12hhhhJlll式中：l为两个测量断面之间的距离（测点间距）；h1与h2为两个测量断面的测压管水头。2达西定律达西通过大量实验，得到圆筒断面积A和水力坡度J成正比，并和土壤的透水性能有关，即 whkkJlv或 VqkAJ式中：v 渗流断面平均流速；k 土质透水性能的综合系数，称为渗透系数；渗流量；VqA 圆桶断面面积；hw 水头损失。上式即为达西定律，它表明，渗流的水力坡度，即单位距离上的水头损失与渗流流速的一次方成正比，因此也称为渗流线性定律。3达西定律适用范围达西定律有一定适应范围，可以用雷诺数来表示。其中v为渗流断10dRev面平均流速；d10为土壤颗粒筛分时占 10%重量土粒所通过的筛分直径；为水的运动粘度。一般认为当Re110），达西定律不再适应。三、实验内容按照基本操作方法，改变流量 23 次，测量渗透系数k，实验数据处理与分析参考第五部分四、数据处理及成果要求1记录有关信息及实验常数实验设备名称：达西渗流实验仪 实验台号：_No.1_实 验 者：_A1 组 7 人_ 实验日期：_5 月 10 日_砂土名称：人工粗砂 ；测点间距l=30.0 10-2m；砂筒直径 d=15.0 10-2m；d10=0.03 10-2m2实验数据记录及计算结果（参表 1）3成果要求完成实验数据记录及计算表。校验实验条件是否符合达西定律适用条件。五、分析思考题1不同流量下渗流系数k是否相同，为什么？答：不同流量下渗流系数k相同，渗流系数大小取决于很多因素，主要取决于土的颗粒形状、大小、不均匀系数以及水温等，一旦这些因素确定，则 k 也确定，因此k的大小与流量无关2装砂圆筒垂直放置、倾斜放置时，对实验测得的、v、J与渗透系数kVq值有何影响？答：装砂圆筒垂直放置、倾斜放置，对测得的、v、J有影响，这是因为Vq在整个系统达到渗流以后，装砂圆筒垂直放置、倾斜放置，相当于改变了砂桶溢流水面的高度，也就是改变了供水箱水头和砂桶溢流水面水头高度差，这样H的话，渗流系数k就会改变，从而、J也会相应的改变。但是装砂圆筒垂直放Vq置、倾斜放置时，对实验测得的渗透系数k值没有影响，因为渗透系数k是砂子的内在属性。表 1 渗流实验测记表测点压差/10-2m水力坡度J流量qV砂筒面积A/10-4m2流速v/(10-2m/s)渗透系数k/(10-2m/s)水温T/C粘度/(10-4m2/s)雷诺数Reh1h2h体积/10-6m3时间/s流量/(10-6m3/s)131.410.620.80.69 30053.4 5.62176.70.0318 0.0459 200.010.095 238.710.628.10.94 30041.6 7.22 176.70.0409 0.0437 200.010.123 六、注意事项1实验中不允许气体渗入砂土中。若在实验中，下稳水室中有气体滞留，应关闭出水阀，打开排气嘴，排除气体。2新装砂后，开始实验时，从出水管排出的少量浑浊水应当用量筒收集后予以废弃，以保持蓄水箱中的水质纯净。单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善 教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。