【正文】 4．比較不同五種型態(tài)水躍的流動特征。測定躍長，檢驗(yàn)躍長經(jīng)驗(yàn)公式的可靠性。但δ/H10時(shí)，對過水能力影響已不可忽略，這屬于短渠。 表 WES型堰流量系數(shù)測記表三角堰上游水位（cm）實(shí)測流量Q(cm3/s)堰上游水位(cm)堰頂水頭H(cm)行近流速V0(cm/s)流速水頭(cm)堰頂總水頭H0(cm)流量系數(shù)m堰下游水位(cm)下游水位超頂高(cm)淹沒系數(shù)實(shí)測值經(jīng)驗(yàn)值實(shí)測值經(jīng)驗(yàn)值//////////// 附表 3 寬頂堰的淹沒系數(shù)值//六、分析思考題δ/H10時(shí)范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)？答：根據(jù)堰頂水流表面形狀，δ/H，堰頂厚度已影響自由水舌形狀，這被定義為實(shí)用堰。2．對寬堰淹沒出流的實(shí)測淹沒系數(shù)s與經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行分析比較。重復(fù)測2次。后調(diào)節(jié)尾門使之成淹沒出流，此時(shí)由于流量沒有改變，因淹沒出流的影響，上游水位必高出原水位，為便于比較，可減小過水流量，待堰上游水位回復(fù)到原自由出流水位，測定此時(shí)的流量Q′，據(jù)式()可得s＝。方法一，根據(jù)步驟6測記的Q′及H值，由確定s，式中m需根據(jù)H值由自由出流下實(shí)驗(yàn)繪制的mf2(H)曲線確定，由上式計(jì)得(誤差不大于2％)。改變流量重復(fù)2次。6．調(diào)節(jié)尾門，抬高下游水位，使形成淹沒出流。 4．待三角堰和測針筒中的水位完全穩(wěn)定后(需待5分鐘左右)，測記測針筒中水位。3．用測針測量堰的上、下游水位。實(shí)驗(yàn)的方法和步驟1．把設(shè)備各常數(shù)測記于實(shí)驗(yàn)表格中。 四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作 （1）根據(jù)已知的設(shè)計(jì)流量、堰頂水頭，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)一堰剖面。堰閘上下游與三角堰量水槽水位分別用測針3與6量測。水槽首部有穩(wěn)水、消波裝置，末端有多孔尾門及尾門升降機(jī)構(gòu)。本設(shè)備自循環(huán)供水；回水儲存在蓄水箱15中。 流量系數(shù)實(shí)測值計(jì)算三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的組合形式 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備如圖1所示。A、B為率定常數(shù)。4．淹沒系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值堰上總作用水頭及流量計(jì)算本實(shí)驗(yàn)需測記渠寬b，上游渠底高程、堰頂高程、堰頂厚度、流量Q、上游水位及下游水位。二、實(shí)驗(yàn)原理堰的分類根據(jù)堰頂厚度或頂長與堰上水頭H的比植不同而分成三種：薄壁堰（；實(shí)用堰（）；寬頂堰（）。學(xué)習(xí)并掌握測定淹沒系數(shù)的實(shí)驗(yàn)技能，分析下游淹沒對過流能力的影響。實(shí)驗(yàn)十一 堰流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?．觀察不同堰流（薄壁堰、實(shí)用堰、寬頂堰）的水流特點(diǎn)。急流控制斷面只能選在上游，緩流一般選在下游 。注：在以上實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了在一個底坡上同時(shí)呈現(xiàn)三種水面曲線，要求緩坡宜緩些，陡坡宜陡些。（緩坡時(shí)，閘板1開啟適度，能同時(shí)呈現(xiàn)MMM3水面曲線）。5. 操縱升降機(jī)構(gòu)使槽底坡度出現(xiàn)（使底坡盡量陡些），插入閘板2,調(diào)節(jié)開度，使渠道上同時(shí)呈現(xiàn)SSS2水面曲線，并繪于記錄紙上。4. 操縱升降機(jī)構(gòu)，至所需的高程讀數(shù)，使槽底坡度，觀察槽中臨界流（均勻流）時(shí)的水面曲線。2. 開啟水泵，調(diào)節(jié)調(diào)速器使供水流量最大，待穩(wěn)定后測量過槽流量，重測兩次取其均值。秒）臨界底坡確定后，保持流量不變，改變渠槽底坡，就可形成陡坡（），緩坡（），平坡（）和逆坡（），分別在不同坡度下調(diào)節(jié)閘板開度，則可得到不同型式的水面曲線。臨界底坡應(yīng)滿足下列關(guān)系： 式中，、和分別為明槽臨界流時(shí)的濕周、謝才系數(shù)、槽寬、水深和水力半徑；n為糙率。因而實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先確定底坡性質(zhì)，其中需測定的，也是最關(guān)鍵的是平坡和臨界坡。水深由滑尺12量測。槽身設(shè)有兩道閘板，用于調(diào)控上下游水位，以形成不同水面線型。坡度值由升降桿13的標(biāo)尺值(▽z)和軸承9與升降機(jī)上支點(diǎn)水平間距(L0)算得；平坡可依底坡水準(zhǔn)泡8判定。 為改變明槽底坡，以演示十二種水面曲線，本實(shí)驗(yàn)裝置配有新型高比速直齒電機(jī)軀動的升降機(jī)構(gòu)14。掌握十二種水面曲線的生成條件。 ，電子秤和壓重體必須放置在對應(yīng)的固定位置上，以免影響掛重線的垂直度。其次，杠桿的力臂誤差，電子秤的誤差，水平測量誤差以及杠桿水平度的誤差都會對最終精度產(chǎn)生影響。因?yàn)樯刃误w的圓柱形曲面上各點(diǎn)處的靜水壓力均通過圓心，故支點(diǎn)必須在圓心上。形心處是壓力中心可能達(dá)到的極限最淺深度。表1數(shù)據(jù)記錄表壓強(qiáng)分布形式次數(shù)水位讀數(shù)H(cm)水位讀數(shù)h(cm)電子秤讀數(shù)m(g)三角形分布形式102030梯形分布123表2 數(shù)據(jù)處理表壓強(qiáng)分布形式次數(shù)作用點(diǎn)距底部距離作用力距支點(diǎn)垂直距離實(shí)測力矩實(shí)測靜水總壓力理論靜水總壓力相對誤差ecmL1cmcmNP理N三角形分布123梯形分布123六、分析思考題 試問作用在液面下平面圖形上絕對壓強(qiáng)的壓力中心和相對壓強(qiáng)的壓力中心哪個在液面下更深的地方？為什么？答：作用在液面下平面圖形上相對壓強(qiáng)的壓力中心比絕對壓強(qiáng)的壓力中心在液面下更深。由下列杠桿方程即可確定F和e或其中。用A、B兩套實(shí)驗(yàn)儀器分別進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，每組對比實(shí)驗(yàn)的矩形平面作用水位相等，則矩形體的靜水總壓力F和合力作用點(diǎn)距底距離e對應(yīng)相等。A、B兩套實(shí)驗(yàn)儀器除扇形半徑不同外，其余尺寸均完全相同。若要求通過實(shí)驗(yàn)確定作用點(diǎn)的位置，則必須重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方案。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1. 有關(guān)常數(shù)（1）扇形體垂直距離：L= 25m；（2）扇形體寬度： b=8cm；（3）當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋篻=10；2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（參表1）及計(jì)算結(jié)果（參表2）3. 成果要求由表2結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)值與理論值比較，最大誤差不超過2%，驗(yàn)證了平面靜水總壓力計(jì)算理論的正確性。一般回零殘值在1~2g以內(nèi)，若過大，應(yīng)檢查原因并重新測量。測量方法參照基本操作方法，每次測讀前均需檢查調(diào)節(jié)水平度。力與力臂關(guān)系見圖2。矩形平面頂離水面高度為h，底離水面高度為H，且矩形寬度為b，高度為a。作用在任意方位，任意形狀平面上的靜水總壓力F的大小等于受壓面面積與其形心點(diǎn)C所受靜水壓強(qiáng)的乘積，即總壓力的方向是沿著受壓面的內(nèi)法線方向。右側(cè)承受水的作用，受壓面面積為A。三、實(shí)驗(yàn)原理靜水總壓力求解，包括大小、方向和作用點(diǎn)。）(5)用水位尺9測量水位，用電子秤測量質(zhì)量力。移動壓重體位置使掛重線與垂尺中的垂線重合。(3) 橫向水平標(biāo)準(zhǔn)是水準(zhǔn)泡8居中，調(diào)節(jié)螺絲5即可。由調(diào)節(jié)旋鈕19（收、放掛重線長度）進(jìn)行粗調(diào)，調(diào)節(jié)前需松開鎖緊螺絲18，調(diào)節(jié)后需擰緊。圖2 測力機(jī)構(gòu)3. 基本操作方法： (1)上水箱水位的調(diào)節(jié)通過打開水泵16供水，或打開閥13放水來實(shí)現(xiàn)。一旦扇形體浸水，在靜水壓力作用下，通過杠桿效應(yīng)，使掛重線上的預(yù)應(yīng)力減小，并釋放到電子秤上，使電子秤上的質(zhì)量力增加。測力機(jī)構(gòu)由系在杠桿右端螺絲上的掛重線、壓重體和電子秤所組成。扇形體上唯一能使杠桿平衡起作用的靜水作用面是矩形平面。由于靜水壓強(qiáng)垂直于作用面，因此扇形體大小圓柱曲面上各點(diǎn)處的靜水壓力線均通過支點(diǎn)軸；而兩個扇形平面所受的水壓力，大小相等、作用點(diǎn)相同、方向相反。扇形體3由兩個同心的大小圓柱曲面、兩個扇形平面和一個矩形平面組成。1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)采用電測平面靜水總壓力實(shí)驗(yàn)儀。不同點(diǎn)：大孔口時(shí)d/H，小孔口d/H；大孔口比小孔口的側(cè)收縮系數(shù)ε大、流量系數(shù)μ值也大。五、實(shí)驗(yàn)成果及要求有關(guān)常數(shù) 實(shí)驗(yàn)裝置臺號NO2 圓角管嘴 = 出口高程讀數(shù) = =直角管嘴 = 圓錐管嘴 =, 出口高程讀數(shù) == 孔口 =整理記錄及計(jì)算表格（表1）表1整理記錄及計(jì)算表分類項(xiàng)目園角管嘴直角管嘴園錐管嘴孔 口水面讀數(shù)H1(cm)體積(cm3)230229230199200199255256255174174173時(shí)間(s)111111111111流量(cm3/s)230229230199200199255256255174174173平均流量(cm3/s)水頭(cm)面積A(cm2)流量系數(shù)μ測管讀數(shù)H2(cm)////真空度Hν(cm)////收縮直徑dc(cm)////收縮斷面Ac(cm)////收縮系數(shù)ε流速系數(shù)阻力系數(shù)ζ流股形態(tài)光滑圓柱圓柱形麻花扭變光滑圓柱側(cè)收縮的光滑圓柱注：流股流態(tài)：①光滑圓柱；②紊散；③圓柱形麻花扭變；④具有側(cè)收縮的光滑圓柱；⑤其他形狀。然后改變孔口出流的作用水頭（可減少進(jìn)口流量），觀察孔口收縮斷面直徑隨水頭變化的情況。按照上述方法，打開2管嘴，測記水箱水面高程標(biāo)尺讀數(shù)，測定流量Q ，觀察和測量直角管嘴出流時(shí)的真空情況，依次打開3圓錐管嘴，測定水箱水面高程標(biāo)尺讀數(shù)，測定流量Q。打開調(diào)速開關(guān)，使恒壓水箱充水，至溢流后，再打開1圓角管嘴。管嘴出流流量系數(shù)的加大也可以從管嘴收縮斷面處存在的真空來解釋，由于收縮斷面在管嘴內(nèi)，壓強(qiáng)要比孔口出出流時(shí)的零壓低，必然會提高吸出流量的能力。流量公式為： 圖2 圓柱形外伸管嘴出流 管嘴出流的局部損失由兩部分組成，即孔口的局部水頭損失及收縮斷面后擴(kuò)展產(chǎn)生的局部損失，水頭損失大于孔口出流。流量系數(shù)： 收縮系數(shù)： 流速系數(shù)： 阻力系數(shù)： 薄壁孔口出流非淹沒出流的收縮斷面上相對壓強(qiáng)均為零。本設(shè)備還能演示明槽水躍。防濺旋板8用于管嘴轉(zhuǎn)換操作，當(dāng)某一管嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將旋板旋至進(jìn)口截?cái)嗨?，在用橡皮塞封口；?dāng)需要開啟時(shí)，先用旋板擋水，再打開橡皮塞。通過對不同管嘴與孔口的流量系數(shù)測量分析，了解進(jìn)口形狀對出流能力的影響及相關(guān)水力要素對孔口出流能力的影響。但通常的過程因是先理論分析后實(shí)驗(yàn)研究，最后進(jìn)行歸納分析。試問，獲得經(jīng)驗(yàn)公式有哪些途徑？答：經(jīng)驗(yàn)公式有多種建立方式，突縮的局部阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式是在試驗(yàn)取得了大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步數(shù)學(xué)分析得出的。 實(shí)測值大于理論 突然擴(kuò)大段隨著流量Q的增大實(shí)測值也隨之增大；突然縮小段隨著流量Q的增大實(shí)測值隨之減小。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1．記錄、計(jì)算有關(guān)常數(shù)：實(shí)驗(yàn)設(shè)備及名稱：局部阻力綜合試驗(yàn)儀 試驗(yàn)臺號：實(shí)驗(yàn)管段直徑： 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果。5．實(shí)驗(yàn)完成后關(guān)閉泄水閥，檢查測壓管液面是否齊平？否則，需重做。3．打開泄水閥至最大開度，待流量穩(wěn)定后，測計(jì)測壓管讀數(shù)，同時(shí)用體積法或用重量法或用電測法測記流量。2．打開電子調(diào)速器開關(guān)，使恒壓水箱充水，排除實(shí)驗(yàn)管道中的滯留氣體。實(shí)測 理論 2．突然縮小采用四點(diǎn)法計(jì)算，下式中B點(diǎn)為突縮點(diǎn)，換算得出，換算得出。其中測孔1位于突擴(kuò)界面處，用以測量小管出口端壓強(qiáng)值。二、實(shí)驗(yàn)裝置本試驗(yàn)裝置如圖1所示： 圖1 局部阻力系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置圖 1．自循環(huán)供水器； 2．試驗(yàn)臺； 3．可控硅無級調(diào)速器； 4．恒壓水箱 5．溢流板；6．穩(wěn)水孔板； 7．突然擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)管段； 8．測壓計(jì)； 9．滑動測量尺；10．測壓管； 11．突然收縮實(shí)驗(yàn)管段； 12．試驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥。3．其他參見伯努利方程實(shí)驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)成果及要求有關(guān)常數(shù) 實(shí)驗(yàn)裝置臺號NO1圓管直徑d = 測量段長度L =85cm 2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果（表1）六、 注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)裝置長期靜置不用后再啟動時(shí)，需在切斷電源后，先用螺絲刀頂住電動機(jī)軸端，將電機(jī)軸轉(zhuǎn)動幾圈后方可通電啟動。2．圓管層流運(yùn)動3．管壁平均當(dāng)量粗糙度D在流動處于湍流過渡區(qū)或阻力平方區(qū)時(shí)測量，可由巴爾公式確定即 四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．沿程水頭損失因數(shù)測量與分析實(shí)驗(yàn)參照實(shí)驗(yàn)基本操作方法，分別在層流和湍流兩種流態(tài)下測量流量、水溫、壓差各4~6次。三、 實(shí)驗(yàn)原理1．對于通過直徑不變的圓管的恒定水流，沿程水頭損失由達(dá)西公式表達(dá)為