【正文】 本科教學實驗指導書水力學實驗易文敏 編 寫李克鋒四川大學水利水電學院水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室前 言水力學實驗課的基本任務是：觀察分析水流現(xiàn)象，驗證所學理論，學會和掌握科學實驗的方法和操作技能，培養(yǎng)整理實驗資料和編寫實驗報告的能力。在進行實驗的過程中，要注意培養(yǎng)自己的動手能力和獨立工作的能力。使每個實驗者有觀察現(xiàn)象，進行操作和組織實驗的機會，并能獨立進行整理分析實驗成果，受到實驗技能的基本訓練。各項實驗分別介紹了每個實驗的目的、原理、實驗設備、步驟、注意事項，以及可供實驗者編寫實驗報告時參考的表格。要求做好實驗后，實驗者要獨立認真完成一份實驗報告，按時交指導教師批閱。為了使實驗者能深入地掌握和鞏固有關實驗內容，每個實驗項目的結尾都列有一定數(shù)量的思考題，供實驗者進一步深入思考，并要求在實驗報告中作出書面回答，隨實驗報告交指導教師審閱批改。實驗一 靜水壓強一、實驗目的：1. 實測容器中的靜水壓強。2. 測定X液體的容重；3. 通過實驗，掌握靜水壓強的基本方法和了解測壓計的應用。二、實驗設備：如圖所示，1管和2管、3管和4管、5管和6管組成三支U型管，其中5管和6管組成的U型管裝X液體，其余U型管裝水。1管、3管和5管與大氣連通，2管、4管和6管與水箱頂部連通。3管和4管組成的U型管的底部與水箱的A點連通，1管和2管組成的U型管的底部與水箱的B點連通。水箱底部與調壓筒連通。三、實驗原理：利用調壓筒的升降來調節(jié)水箱內液體表面壓強和液體內各點的壓強。1. 根據(jù)靜水壓強基本公式：p=p0+ρg h可得pA=ρg水(▽3▽A)pB=ρg水(▽1▽B)2. 由于6管與水箱頂部連通，所以6管液面壓強與水箱液面壓強相同，于是可得：p0=ρg水(▽1▽2)= ρg水（▽3▽4）=ρg X（▽5▽6）ρg X=ρg水 或ρg X=ρg水3. 若水箱內氣體壓強p0≠pa,則p1≠pp3≠pp5≠p6。當p０pa時，則水箱液體表面真空度pk=ρg水（▽2▽1）用水柱高來表示為：hk=▽2▽1四、實驗步驟：1. 認真閱讀實驗目的要求、實驗原理和注意事項。2. 熟悉儀器，記錄常數(shù)。3. 第一種狀態(tài)，將調壓筒放到最底位置，放開水箱頂部的彈簧夾，使水箱內部氣壓等于大氣壓，然后夾上彈簧夾，使水箱內部氣體與外界大氣隔斷。分三次調高調壓筒。每次調高后，等到水位穩(wěn)定后，記錄各測壓管水位讀數(shù)。4. 第二種狀況，將調壓筒放到最高位置，放開水箱頂部的彈簧夾，使水箱內部氣壓等于大氣壓，然后夾上彈簧夾，使水箱內部氣體與外界大氣隔斷。分三次調低調壓筒。每次調低后，等到水位穩(wěn)定后，記錄各測壓管水位讀數(shù)。記錄表格(僅供參考)▽A= cm ▽B= 0 cm狀態(tài)測次測壓管液面高程讀數(shù)（cm）▽1▽2▽3▽4▽5▽6p0′pa123p0′pa123計算結果表：(僅供參考)狀態(tài)測次A點相對壓強PA(N/cm2)pA=ρg水（▽3▽A）B點相對壓強PB(N/cm2)PB=ρg水（▽1▽B）X液體容重(N/cm3)ρg′=ρg水水箱氣體真空度hk（cm）hk=▽2▽1p0′pa123p0′pa123五、注意事項：1. 升降調壓筒時，不能用力過猛，以免損壞儀器。2. 測讀測壓管水面高程時應迅速、準確，并一律以自由液面的凹面中心點位置為準。觀測時，要保持眼睛、凹面中心點及刻度尺的刻度三者在同一水平面上，以排除讀數(shù)誤差。六、思考題：1. 簡述如何測定容器內液體任意點的靜水壓強。2. 在什么狀態(tài)下，U型管兩邊的液面在同一水平面上。3. 在實驗中，調壓筒的作用是什么？實驗二 能量方程驗證實驗一、實驗目的：1. 實測有壓輸水管路中的數(shù)據(jù)，繪制管路的測壓管水頭線和總水頭線，以驗證能量方程并觀察測壓管水頭線沿程隨管徑變化的情況。2. 掌握“體積法”測流量的方法。3. 觀察彎道水流壓強分布規(guī)律。二、實驗設備：實驗裝置由實驗桌、供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、量測裝置、實驗管道等組成。其中實驗管道由直管、手收縮漸變管、擴散漸變管、彎管組成，在管道內安裝有微型比托管，并有連通管與測壓管相連接，實驗管道壁上開有測壓孔，同樣有連通管與測壓管相連接。三、實驗原理：1. 在直管、漸變管壁上開的測壓孔所測的數(shù)值即是測壓孔所在位置斷面的測壓管水頭，即z+。將各斷面的測壓管水頭水位沿流向連接起來，即是測壓管水頭線。2. 用體積法可測出管道通過的流量，利用連續(xù)性方程可計算出各斷面的平均流速和流速水，將各斷面的測壓管水頭與該斷面流速水頭相加，即可得到該斷面的總水頭。各斷面的總水頭的連線，即為總水頭線。3. 微型比托管所測的水頭為比托管管嘴所在位置的總水頭。四、實驗步驟：1. 熟悉實驗設備后，打開尾閥，接通電源，啟動供水系統(tǒng)。2. 等到供水穩(wěn)定后，用吸耳球排除測壓管中的氣體。關閉尾閥，觀察測壓管中的水位是否在同一水平面上，判斷是否排完氣體。3. 打開尾閥，調節(jié)流量，使測壓管水位在適當高度。等到水位穩(wěn)定后，開始測量。管道斷面直徑、面積表：斷面編號1234567直徑(cm)1面積(cm2)水頭數(shù)據(jù)記錄表：(僅供參考)斷面編號1234567測壓管水頭畢托管所測總水頭流量測定記錄：(僅供參考)有關常數(shù)：量測水箱水平面積A=145cm2。測次量測水箱體積V（cm3）時間t(s)流量Q（cm3/s）平均流量Q（cm3/s）初高H1(cm)終高H2(cm)凈高△H（cm）12計算結果表：(僅供參考)斷面編號1234567斷面平均流速v(cm/s)流速水頭(cm)測壓管水頭z+ (cm)總水頭z++(cm)五、注意事項：1. 流量不要太大，以免有些測壓管水位過低，影響讀數(shù)，甚至引起管道吸進空氣，影響實驗。2. 一定要在水流恒定后才能量測。3. 實驗結束后，一定要關閉電源，拔掉電源插頭。4. 流速較大時，測壓管水位有波動，讀數(shù)時要讀取時均值。5. 實驗時一定要注意安全用電。六、思考題1. 計算1斷面和5斷面