| 词条 | 水力学实验 |
| 释义 | 对水力现象进行观测和试验的技术。液体流动是一种非常复杂的过程，很多流动规律有待研究。单纯用数理分析，在多数情况下难以得出正确结果，而必须依赖于实验。水力学实验的目的是探索规律，验证理论，确定系数或常数，进行水力学专题研究，解决生产实际问题。实验内容主要有：量测系统、水力要素量测和模型试验。 量测系统实验室量测系统是一个水力循环系统，由低位水池、水泵、压水管、高位水箱、管道或水槽、试验段、水力要素量测装置和回水管渠所组成。试验段可以在玻璃水槽内、压力管道中或减压箱内、预留的场地上，也可以在专门设计的实验台上。不少的量测直接在现场进行。 水力量测要素水力量测仪器分静态和动态。静态量测仪器量测不随时间变化的水力要素值，动态量测仪器量测各种水力要素瞬时值。 水位和压强测量水位可直接用木或金属制成的直尺插入水中测读，或在水槽侧壁开孔，外接测压管读出槽中水位。实验室中明槽水位或侧压管水面相对高度可用测针施测。有压管流压强或水工构筑物上压强分布同样可用测压管或差压计测读。 流速测量①毕托管测速。用毕托管量测液体内点上的时间平均流速时，将毕托管正对流速方向，管中水柱升高值h=u/2ɡ,根据测定的h值算出点上流速u。 ②热膜流速仪测速。其原理是借测定探头上金属膜的散热率，估计流经探头的流体速度。金属膜散热率的大小影响电位差，从而记录出流速。热丝测速仪基于同样的作用原理,探头为一根极细的铂丝或钨丝，是量测紊流脉动流速的有效工具。热丝流速仪更多地用于空气流速的测量。 ③激光流速仪测速。利用激光对水流中示踪颗粒运动的多普勒效应测得的光频率变化，通过瞬时速度与频率变化的线性关系即得瞬时速度。它的最显著的优点是不需要在水流中放入感应部分,因而对水流无干扰,其分辨率也很高。示踪颗粒一般可利用天然水本身所含杂质。 ④示踪测速。示踪测速法有： (a)河流水面放置浮标,通过浮标速度的测量测定平均流速； (b)水槽水面放置纸花,或滴注比重接近于水的四氯化碳和二甲苯的适当混合液体，用连续摄形法配合水槽侧墙上网格坐标计算流速，在水流断面上垂直于流向安设金属丝作为阴极，铜板阳极可以放在水流其他任何合适位置。通电后，沿金属丝产生氢气泡，从所观察的氢气泡运动了解水流情况，称为氢气泡显示技术。如果引入脉冲电流，沿导线将产生一排一排的气泡，就可测量局部流速分布。 ⑤旋杯流速仪和旋桨流速仪测速。是将水流动量转换成对旋杯或旋桨的冲量，用于河流流速测量。小形旋桨流速仪，可用于实验室测速。 流量测量①用标准容器或衡器直接测量固定时段内流入容器的水的体积或水的重量，以计算流量；②利用量水堰流量公式和实验确定的流量系数计算流量； ③利用文丘里管、孔板与管嘴，通过测定上下游断面压强差以计算流量; ④沿河流断面将断面分割,用流速仪测定每一分断面的平均流速，测定分断面面积求流量，然后叠加求出全断面流量。 近代水力要素量测趋于自动化。自动化量测使测点定位、移位、信息判读、采样储存、数据处理及成果显示打印等全过程由量测系统的设备自动完成。目前，也出现了整个试验过程自动闭环控制与检测。在试验中水力要素被传感器检测，一方面显示记录，一方面经过传感器反馈执行器，对试验条件进行预定的调整。 模型试验许多涉及液流的工程问题，需要进行模型试验。某些大型水工构筑物必须经过模型试验。在实验室内，按所规划的实物根据相应的模型律，以缩小的比例制成模型进行模拟实验，就实物在运转中可能遇到的各种因素，对不同设计方案的模型所产生的影响加以观测，从而了解各种影响因素在定性上或定量上的作用，以供方案选择、工程决策或问题判明作参考。 模型液流和原型水流（即实物水流）之间应当满足力学相似。力学相似包括几何相似、运动相似和动力相似。 ①几何相似是原型水流和模型液流相应长度成比例，相应角度相等。 ②运动相似是在几何相似的基础上，原型和模型的相应点上(如果为非恒流需加上相应时间上)的流速方向相同，大小成同一比例。 ③动力相似要求作用在原型和模型上相应力成比例。作用在液体上的力有重力、压力、粘性力、表面张力等，使这些外力的合力和水流惯性力处于平衡状态。 设计一个模型由于技术上的限制，不可能同时把所有的外力都考虑，因而只能考虑主要的作用力。①当决定液体流动状态的主要作用力为重力时，要求原型和模型的惯性力和重力之比相等，即原型和模型的弗劳德数相等。明渠流和波浪运动的主要作用力是重力，模型设计遵循弗劳德模型律。②当决定液流运动状态的主要作用力为粘性力时，要求原型和模型的惯性力和粘性力之比相等，即原型和模型的雷诺数相等。管流和潜体绕流，主要作用力是粘性阻力，模型设计遵循雷诺模型律。但是当雷诺数相当大时，惯性阻力占绝对优势，水流进入自动模型区，则只要达到几何相似，不必遵循雷诺模型律，即能实现力学相似。 有了速度比例，结合长度比例和密度比例，即可求出任意参变量（例如力、压强、流量等）的比例，将实验结果换算为原型参变量。 清华大学出版社图书图书信息书名：水力学实验 ISBN：9787302093398 作者：贺五洲 定价：12元 出版日期：2004-10-1 出版社：清华大学出版社 图书简介本书是在清华大学水力学实验室多年来使用的实验教材基础上改编、补充完成的，包括了20个实验及流动要素量测方法，能基本满足各专业的需要。对每一个实验都详细介绍了实验原理、实验设备、实验目的和要求、实验方法和步骤、数据记录和处理等，还提出了实验成果要求、分析思考问题及注意事项。本书可以作为水力学实验教学的教材和课程教学的辅助教材，对从事水力学和工程流体力学的教师和工程技术人员也具有很好的参考价值。 前言一、 关于水力学课程 水力学是一门重要的技术基础课，它以水为主要对象研究流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，是高等学校许多理工科专业的必修课。 在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以水力学和流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。水利工程、土建工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等专业都将水力学或流体力学作为必修课之一。 水力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。课程教学的主要任务是使学生掌握水力学的基本概念、基本理论和解决水力学问题的基本方法，具备一定的实验技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。 二、 关于水力学实验 1? 水力学实验在水力学学科发展及教学工作中占有重要位置。从学科发展看，水力学是一门技术科学，实验方法是促进其发展的重要研究手段。近年来，水力学与古典流体力学日益兼容渗透，理论分析、实验研究和数值计算相结合成为水力学和工程流体力学的主要研究方法。三个方面互相补充和验证，但又不能互相取代。实验方法仍是检验与深化研究成果的重要手段，现代实验技术的迅猛进展，更促进了现代水力学及工程流体力学的蓬勃发展。 2? 水力学实验是水力学课程中一个不可缺少的重要教学环节。水力学实验的教学目的是： （1） 在实验中观察水流现象，增强感性认识，巩固理论知识的学习。 （2） 通过量测实验验证所学水力学原理，提高理论分析的能力。 （3） 学会量测水力要素和使用基本仪器的方法，掌握一定的实验技能，了解现代量测技术。 （4） 培养分析实验数据、整理实验成果和编写实验报告的能力。 （5） 培养严谨踏实的科学作风和融洽合作的共事态度。 三、 关于本书 本书是在清华大学水力学实验室多年来使用的实验教材的基础上改编、补充完成的，并配有相应的CAI课件。它包括了20个实验，能基本满足各专业的需要。尽管是针对清华大学现有设备编写的，也可作为各高校水力学（工程流体力学）实验的教学用书。 编写这本书的目的是为了适应实验室建设的需要，提高实验课程的教学质量和教学效率。书中每一个实验都详细介绍了实验原理、实验设备、实验目的和要求、实验方法和步骤、数据记录和处理等，还提出了实验成果要求、分析思考问题及注意事项。CAI课件和本书配合使用，可以作为实验课程教学的一种辅助手段，为学生的自学创造有利条件。 四、 关于水力学实验的教学要求 我们在每个实验中都提到了相应的注意事项，这里提出水力学实验总的要求为： 1? 严肃认真对待课程要求选做的每一个实验。 2. 实验前预习讲义和课件，了解实验目的和要求、实验原理、实验设备、实验方法和步骤、记录数据等。 3? 开始实验前，要先对照实物了解仪器设备的使用方法，弄清实验步骤，做好实验前的准备工作。 4? 同组成员应互相配合、细心操作，仔细观察水流现象，认真进行数据量测、记录和整理，及时发现明显不合理的数据，保证量测精度。 5? 爱护仪器设备。实验完毕后，关闭水泵和电源开关，将仪器设备恢复原状。 6? 实验报告应书写工整、图表清晰、成果正确。不合要求应重新补做。 目录1静水压强量测实验1 2平面上的静水总压力量测实验5 3文透里流量计及孔板流量计率定实验10 4恒定总流能量方程演示实验16 5恒定总流动量方程验证实验21 6流态演示与临界雷诺数量测实验26 7沿程水头损失量测实验30 8局部水头损失量测实验35 9圆柱绕流水电比拟实验42 10孔口和管嘴出流演示与量测实验49 11管道水击现象演示实验53 12达西定律实验58 13气体紊动射流实验62 14明槽水跃实验66 15非均匀流水面曲线演示实验71 16实用剖面堰与宽顶堰溢流实验77 17平板闸门出流实验82 18平板边界层实验86 19底流消力池实验91 20有压地基渗流水电比拟实验97 附录流动要素量测方法102 |
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