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页实验一 静水压强实验一、 实验目的1、加深对水静力学基本方程物理意义的理解，验证静止液体中，不同点对于同一基准面的测压管水头为常数（即z+pC gρ=）。

2、学习利用U 形管测量液体（油）的密度。

3、建立液体表面压强0p >a p ，0p <a p 的概念，并观察真空现象。

4、测定在静止液体内部A 、B 两点的压强值 二、实验设备在一全透明有机玻璃箱内注入适量的水，并由一乳胶管将水箱与一可升降的调压筒相连。

水箱顶部装有排气阀1K ，可与大气相通，用以控制容器内液体表面压强。

U 形管压差计所装液体为油，ρ油<ρ水，通过升降调压筒可调节水箱内液体的表面压强，另升降调压筒下降时，吸管可将量杯中水吸上来可验证有机玻璃箱为负压，如图所示。

静水压强仪设备图三、 实验原理在重力作用下，水静力学基本方程为pz C gρ+= 表明：当质量力仅为重力时，静止液体内部任意点对同一基准面的z 与pgρ两项之和为常数。

重力作用下，液体中任一点静水压强0p p gh ρ=+，0p 为液体表面压强。

0p >a p 为正压；0p <a p 为负压，负压可用真空压强v p 或真空高度v h 表示：重力作用下，静止均质液体中的等压面是水平面。

利用互相连通的同一种液体的等压面原理，可求出待求液体的密度。

四、实验步骤1、熟悉仪器，选基准面，测记A 、B 点高度数值并记录。

2、将调压筒放置适当高度，打开排气阀1K 、K2、K3，使水箱内的液面与大气相通，此时液面压强0p =a p 。

待水面稳定后，观察各U 形压差计的液面位置，以验证等压面原理。

关闭排气阀1K 和与量杯相通的阀门K2，与测压管相通的阀门K3打开不变。

3、将调压筒缓慢加压升至某一高度，此时水箱内液面压强0p >a p 。

U 形管出现压差h ∆，在加压的同时，观察右侧A 、B 管的液柱上升情况，以及各测压管的液面高度变化并测记各测压管的液面标高，记录数据。

4、继续提高调压筒，重复两次。

5、打开排气阀1K 、K2使之与大气相通，将调压筒移动到适当的位置，待液面稳定后再关闭1K ，与量杯相通的阀门K2打开不变。

6、将调压筒降低至某一高度。

此时0p <a p 。

观察各测压管的液面高度变化并测记各测压管的液面标高，记录数据。

并观察量杯吸水管中的变化即负压（真空）现象，重复两次。

K，实验结束。

7、将调压筒升至适当位置，打开排气阀1五、数据处理及要求选基准面：记录A、B两点高程：▽A= ▽B=实验数据记录表要求：1.计算在三种情况下A 点B点绝对压强、相对压强。

2.计算在三种情况下水箱自由面上的压强。

3.测定油的密度，对两种实验结果进行比较。

4.通过观察现象和测量结果验证A,B两点Z+P/r=C实验二 平面静水总压力实验一、实验目的1、掌握解析法及压力图法，测定矩形平面上的静水总压力。

2、验证平面静水压力理论。

二、实验设备在自循环水箱上部安装一敞开的矩形容器，容器通过进水开关1K ，放水开关2K 与水箱相连。

容器上部放置一扇形体相连的平衡杆，如图1所示。

图1 静水总压力实验仪三、实验原理作用在任意形状平面上的静水总压力P 等于该平面形心处的压强C p 与平面面积A 的乘积：（方向垂直指向受压面）。

C P p A =对于上、下边与水面平行的矩形平面上的静水总压力及其作用点的位置，可采用压力图法。

静水总压力P 的大小等于压强分布图的面积Ω和以宽度b 所构成的压强分布的体积。

P b =Ω若压强分布图为三角形分布，如图2，则21P=gH b2ρ 1e=H 3式中：e —为三角形压强分布图的形心距底部的距离。

若压强分布图为梯形分布，如图2, 图3，则121P=g(H H )ab 2ρ+ 1212a 2H H e .3H H +=+式中：e —为梯形压强分布图的形心距梯形底边的距离。

图2本实验设备原理如图4所示，则由力矩平衡原理其中 01G L =P L g g ； 1L L e =-求出平面静水总压力 01GL P=L bL 1YeP L 0LG图4 静水总压力实验设备简图四、实验步骤1、熟悉仪器，测记有关常数。

2、用底脚螺丝调平，使水准泡居中。

3、调整平衡锤使平衡杆处于水平状态。

4、打开进水阀门1K ，待水流上升到一定高度后关闭。

5、在天平盘上放置适量砝码。

若平衡杆仍无法达到水平状态，可通过进水开关或放水开关状态，可通过进水开关或放水开关来调节进放水量直至平衡。

6、测记砝码质量及水位的刻度数并记录。

7、重复步骤4~6，水位读数在100mm 以下做3次，以上做3次。

8、打开放水阀门2K ，排干净，并将砝码放入盒中。

实验结束。

五、注意事项1、加水或放水时，要注意观察杠杆所处的状态。

2、砝码每套专用，测读砝码要看清其所注克数。

六、数据处理及要求常数：天平臂距离L0= cm; 扇形体垂直距离L= cm 扇形体宽度b= cm; a= cm;数据记录表格计算表格作用点距离e及理论静水总压力P理计算结果如下：三角形分布：e1= P1=e2= P2=e3= P3=梯形分布: e1= P1=e2= P2=e3= P3=实验三 文丘里流量计实验一、实验目的1.了解文丘里流量计测流量的原理及其简单构造。

2.通过实验测定文丘里流量计系数μ。

3.分析实验值μ的准确性，并绘出压差与流量的关系曲线。

二、实验设备（见实验装置） 三、实验原理文丘里流量计是在管道中常用的流量计。

它包括收缩段、喉管、扩散段三部分。

由于喉管过水断面的收缩，该断面水流动能加大，势能减小，造成收缩段前后断面压强不同而产生的势能差。

此势能差可由传感压差计测得。

列上述能量方程如下：（不计水头损失）221112222P P g αυαυγγγ+=+ (1) 根据连续性方程得:1122Q υωυω== (2)令121αα==解⑴⑵两式可得计算流量的公式如下：24Q d Q π==2或式中：12P P γ- 为两断面测压管水头差，也即测压计内的液面高差Δh流量计算公式：Q =理式中： K =管道的实测流量Q 实，根据实验室的设备条件，可由体积法测出。

在实际液体中，由于阻力的存在，水流通过文丘里流量计时有能量损失，故实际通过的流量Q 实一般比Q 理稍小，因此在实际应用时，上式应予以修正，实测流量与理论流量之比称为流量系数，即Q Q μ=实理四、实验步骤1.熟悉仪器，记录有关数据。

⑴ 记录仪器常数d 1、d 2，并算出k 值。

⑵ 检查测压计液面是否水平，如果不在同一水面上，必须将橡皮管内空气排尽，使两测压管的液面处于水平状态，方能进行实验。

⑶ 全部开启出水阀门。

⒉进行实验(1)启动抽水机，打开进水开关，使水进入水箱，并使水箱水面保持溢流，使水位恒定。

(2)检查实验过程中橡皮管内是否进入空气泡并挤压排气。

(3)开启进水阀门调至一较大流量，使测压计高差达到最大值，作为第一个实验点，测读并记录传感器上流量计压差Δh 的读数。

(4)用秒表和重量法测定流量，记下时间t 和重量。

(5)逐渐关小进水流量，测读Δh ，m 和t ，如此共进行6-8次。

五、注意事项每次调节流量应比较缓慢，调节完后，实验过程中不可再动前后进出水阀。

六、数据记录与处理仪器常数： d 1＝ cm ； d 2＝ cm; 桶重=K =cm2。

5/s求：流量系数μ平均=七、思考题：1.文丘里流量计在安装时，是否必须保证水平？如不水平倾斜放置，上述流量公式是否仍可应用? K值是否改变？2．绘制理论Q、实际Q与Δh关系曲线图。

实验四 雷诺实验一、实验目的1、观察层流和紊流的流动特征及其转变情况，以加深对层流、紊流形态的感性认识。

2、测定层流与紊流两种流态与断面平均流速之间的关系。

3. 通过实验计算临界雷诺数 二、实验设备(见实体实验装置) 三、实验原理同一种液体在同一管道中流动，当流速不同时，液体可有两种不同的流态。

在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H 不变。

管路中出口阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均流速V ，这时候如果微启带色水阀门，带色水就会与无色水在管路中沿轴线同步向前流动，带色水呈一条带色直线，为层流运动。

如果将出口阀门逐渐开大，管路中的带色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的流动呈临界状态。

如果将出口阀门继续开大，出现流动质点的横向脉动，使色线完全扩散与无色水混合，此时流体的流动状态为紊流运动。

在圆管流动中采用雷诺数来判别流态：由于雷诺数：R e d υν= (其中：υ= Q /A ，V Q T = ; 24d A π=)式中： d ─管径（cm ） υ－流体流速（cm/s ）ν －流体的运动粘度（cm 2/s ）Q ─ 流 量 （cm 3/s ） A －管路的横截面积（cm 2） V---重量法测量体积（cm 3 ） T---时间（s ）当Re Re c <(下临界雷诺数)时为层流状态，Re 2320c =；'Re Re c (上临界雷诺数)时为紊流状态，'Re c 在400012000:之间。

四、实验步骤1.启动水泵，向稳压水箱加水。

水箱水满之后，将进水阀门关小，使水箱的水位保持有一定的溢流。

2.微开出水阀门，使实验管中的水流有稳定而较小的流速。