水力学实验指导书 - bcA.doc

PAGE  PAGE 11 福州大学土木工程学院本科实验教学中心 学生实验指导书 水力学 实验指导书 福州大学土木工程学院水力学实验室编 2007年7月28日 目 录 前 言 1 实验项目一：有压管流综合型实验 5 （一）不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验 5 （二）不可压缩流体恒定流动量定律实验 10 （三）毕托管测速实验 14 （四）雷诺实验 17 （五）文丘里流量计实验 20 （六）管路沿程阻力系数测定实验 24 （七）管路局部阻力系数测定实验 30 （八）孔口与管嘴出流实验 34 实验项目二：明渠水力学综合型实验 38 （一）水跃参数测定实验 38 （二）实用堰流量系数测定实验 41 （三）宽顶堰流量系数测定实验 43 实验项目三：开放式水工断面模型综合型实验 44 （一）模型设计与制作 44 （二）实验量测与分析 44 实验项目四：开放式研究型整体模型实验 45 （一）模型设计与制作 45 （二）实验量测与分析 45 实验项目五：单项量测实验 46 （一）流体静力学实验 46 （二）渗流电模拟实验 52 实验项目六：动手演示型实验 54 （一）静压传递自动扬水演示 54 （二）壁挂式自循环流动演示 54 （三）自循环流谱流线显示仪 55 （四）紊动机理演示 55 （五）水击综合演示 55 （六）虹吸演示 55 （七）空化机理演示 55 （八）水面曲线的定性实验 55 前 言 一、水力学实验课的改革 水力学及工程流体力学是工科院校土建水利类学科的一门重要的技术基础课。现代水力学是建立在实验、理论和计算三大支柱上的，是实践性和理论性都较强的学科，它涉及到大量的概念、定义、模型、计算和实验等。虽然实验教学对本课程非常重要，但传统的实验教学存在许多与当代教学不相适应之处，如实验内容局限于古典而缺乏新意；仪器陈旧，大多沿用50年代的的老设备，且往往学生多，仪器台数少，动手率低；教学注入式为主，缺乏现代辅助手段，学生自主性不足，等等。因此，我们乘“211”的强劲东风，进行实验室的改造，引进荣获国家级一等优秀教学成果奖的浙江大学《水力学》与《工程流体力学》教???实验综合改革成果，包括新型实验仪器和CAI实验教学软件，这些仪器具有技术先进，测量精度高，流动现象可视化性强，小型化，性能优于进口仪器等特点。引进的CAI实验教学软件教学辅助功能齐全。每项实验CAI均包括仪器仿真，动态操作界面、实验原理、数据采集、成果分析、操作指南和问题解答。可供学生在计算机上进行各项实验的过程操作、数据采集和成果分析，还设有实验提示、错误纠正等功能，以辅导学生按正确途径深入有序地进行实验。所附的实验原理和问题解答除用文本形式外，均以多媒体动画和录相的形式给出，形象生动、简单易懂，可供学生实验预习与答疑，帮助学生成功地完成实验。在教学计划学时被大幅度压缩后，实验项目的挑选与组合优化就显得很重要。以往水力学实验有十几项，每项2学时，就得20多学时。为了压缩学时，同时加强对学生的创造性思维和综合分析能力的培养，把水力学实验项目分成演示型、单项型、综合型、设计型和开放式研究型等类型，分述如后。 （一）演示型实验 演示型实验包括水力学模型试验演示和一些水力现象和原理的演示。 水力学模型试验演示 本试验演示安排在水力学第一次课（诸论）后进行。其主要目的在于让学生认真观察水利枢纽中的各种水流现象，观察并思考水流与约束水流运动的边界（包括各种水工建筑物）之间的相互作用，归纳出水利工程中常遇到的问题，如：水力荷载、水流流动形态、水能利用和水能消耗及其他特殊的水力学问题，如：空蚀、掺气、挟沙及污染的扩散问题。这些问题如何解决正是水力学所研究的主要内容。通过试验演示，并经认真观察和思考，可深刻感到水力学是一门实实在在的、真正有用的课程，进一步明确学习目的性，激发学习兴趣。同学进一步可思考：模型与原型水流相似吗？如何才能相似？物理量如何换算？所有这些问题正是《水力学》或《工程流体力学》要解决的的。 水力现象和原理的演示 此类实验目的在于让学生在实验室里集中快速地观察水流的各种现象，各种妙趣横生、奇观频现的演示实验能让我们深有“世界真奇妙”之感，有寓教于奇、启迪智慧之神效，能够激发学习水力学的强烈欲望，引导分析、研究各种水力学问题。这些演示还蕴含深奥的水力学科学知识，直观生动地揭示了重要的流体运动规律。所有这些是单纯理论教学，那怕是多媒体教学也难以取代的。 流线、流态、紊动机理、空化、水击、虹吸、静压扬水、能量转换与守恒、动量原理等演示可由实验指导教师操作、讲解，目的在于在有限的课时内让学生看到更多的水流现象。有些实验演示可由学生自己操作，并仔细观察水流现象，体会其中之奥妙。 （二）单项型实验 单项型实验包括静水压