土木水力学实验指导

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1、实验一自循环流动演示仪一、实验目的1、显示逐渐扩散、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩、舉面冲击、冇•角弯道等平面上的流动图像。2、显示文丘里流量计、孔板流量计、圆弧进口管咀流量计以及壁面冲击、圆弧形弯道筹串联流道纵剖血上的流动图像。3、显示30°弯头、直和闘弧弯头、直角弯头、45。弯头以及非自由射流等流段纵剖面上的流动图像。4、显示30°弯头、分流、合流、45。弯头，YF-溢流阀、闸阀及蝶阀等流段纵剖面上的流动图谱。其中YF—溢流阀固定，为全开状态，蝶阀活动可调。5、显示明渠逐渐扩散，单圆柱绕流、多圆柱绕流及直角弯道等流段的流动图像。6、显

2、示明渠渐扩、桥墩形钝体绕流、流线体绕流、直角弯道和正反流线体绕流等流段上的流动图谱。二、实验原理1、在逐渐扩散段可看到rh边界层分离血形成的旋涡，且靠近上游喉颈处，流速越大，涡旋尺度越小，紊动强度越高；而在逐渐收缩段，无分离，流线均匀收缩，亦无旋涡，由此可知，逐渐扩散段局部水头损失大于逐渐收缩段。在突然扩大段出现较大的旋涡区，而突然收缩只在死角处和收缩断面的进口附近出现较小的旋涡区。表明突扩段比突缩段有较大的局部水头损失（缩扩的直径比大于0.7时例外），而H突缩段的水头损失主要发生在突缩断面后部。由丁本仪器突缩段较短，故其流谱亦可视为直

3、角进口管咀的流动图像。在管咀进口附近，流线明显收缩，并有旋涡产生，致使有效过流断面减小，流速增人。从而在收缩断面出现真空。在直如弯道和壁而冲击段，也有多处旋涡区出现。尤其在弯道流中，流线弯曲更剧，越靠近弯道内侧，流速越小。H近内壁处，岀现明显的冋流，所形成的回流范围较人，将此与ZI.—2型中圆角转弯流动对比，直角弯道旋涡人，回流更加明显。2、文丘甲.流量计的过流顺畅，流线顺直，无边界层分离和旋涡产生。在孔板前，流线逐渐收缩，汇集于孔板的孔口处，只在拐角处有小旋涡出现，孔板厉的水流逐渐扩散，并在主流区的周围形成较大的旋涡区。山此可知，孔板

4、流量计的过流阻力较大；圆弧进口管嘴流量计入流顺畅，管嘴过流段上无边界层分离和旋涡产牛：在圆形弯道段，边界层分离的现象及分离点明显可见，与直角弯道比较，流线较顺畅，旋涡发生区域较小。3、在每一转弯的后面，都因边界层分离而产生旋涡。转弯角度不同，旋涡大小、形状各并。在圆弧转弯段，流线钱顺畅，该串联管道上，述显示局部水头损失叠加彩响的图谱。在非自山射流段，射流离开喷口后，不断卷吸周围的流体，形成射流的紊动扩散。在此流段上还可看到射流的“附壁效应”现彖。4、在转弯、分流、合流等过流段上，有不同形态的旋涡出现。合流涡旋较为典型，明显干扰主流，使主

5、流受阻，这在工程上称Z为“水塞”现彖。为避免“水塞”，给排水技术要求合流时用45。三通连接。闸阀半开，尾部旋涡区较大，水头损失也大。蝶阀全开时，过流顺畅，阻力小，半开时，尾涡紊动激烈，表明阻力大＞1•易引起振动。蝶阀通常检修川,故只允许全开或全关。5、单圆柱绕流时的边界层分离状况，分离点位置、卡门涡街的产牛与发展过程以及多恻柱绕流时的流体混合、扩散、组合旋涡等流谱。（1）边界层分离将引起较人的能量损失。（2）卡门涡街圆柱的轴与來流方向垂直，在圆柱的两个对称点上产牛边界层分离后，不断交替在两侧产生旋转方向相反的旋涡，并流向下游，形成冯•卡

6、fl（VonKarman）“涡街”。多圆柱绕流，被广泛用于热工中的传热系统的。“冷凝器”及其他工业管道的热交换器等，流体流经圆柱时，边界层内的流体和柱体发牛热交换，柱体后的旋涡则起混掺作用，然后流经下一柱体，再交换再混掺。换热效果较佳。6、流线形柱体绕流，这是绕流体的最好形式，流动顺畅，形体阻力最小。乂从正、反流线体的对比流动可见，当流线体倒置时，也现出卡门涡街。因此，为使过流平稳，应采用顺流而放的圆头尖尾形柱体。7、经喷嘴喷射出的射流（大信号）可附于任一侧面，若先附于左壁，射流经左通道后，向右岀口输出；当旋转仪器表面控制圆盘，使左气道

7、为圆盘气孔相通时（通大气），因射流获得左侧的控制流（小信号），射流便切换至右壁，流体从左出口输出。这时若再转动控制圆盘,切断气流，射流稳定于原通道不变。如要使射流再切换冋来，只要再转动控制圆盘，使右气道与圆盘气孔相通即可。三、实验仪器三显示面过流道示意四、实验步骤1、起动打开旋钮，关闭掺气阀，在最大流速下便显不冋网侧下水道充满水。2、掺气量调节旋动调节阀5,可改变掺气量（ZL-7型除外）。注意有滞后性，调节应缓慢，逐次进行，使之达到最佳显示效果。掺气暈不宜太人，否则会阻断水流或产生振动（仪器产生剧烈噪声）。五.实验现象分析与讨论1、旋涡

8、的人小和紊动强度与流速有何关系？2、突扩段比突缩段的局部水头损失大小比较？3、合流涡旋较为典型，明显干扰主流，使主流受阻，这在工程上称Z为''水塞”现彖。为避免“水塞”应采取什么措施？4、流线形柱体绕流，这