工程流体力学实验.docx

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1、工程流体力学实验 机械工程学院二四年绪论一、工程流体力学课程工程流体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，是高等学校众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，所以流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。水利工程、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流体力学或流体力学作为必修课之一。工程流体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把握工程流体力学的基本概念、基本理论和解决流体力学问题的基本方法，具备一定的实验技

2、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流体力学问题的能力。二、工程流体力学实验课程工程流体力学实验在流体力学学科及教学中占有重要位置。从学科发展看，流体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，流体力学与古典流体力学日益兼容渗透，理论分析、实验研究和数值运算相结合成为流体力学和工程流体力学的主要研究方法。三个方面是互相补充和验证，但又不能互相取代的关系，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，更促进了现代流体力学及流体力学的蓬勃发展。工程流体力学实验是流体力学课程中一个不可缺少的重要教学环节。工程流体力学实验的教育目的是：1.

3、 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流体力学原理，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，把握一定的实验技能，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以及爱护国家财产的良好风尚。三、工程流体力学实验总的要求：1. 实验课前必须阅读实验指导书，明确实验目的、内容、原理和方法。了解实验设备的基本构造、工作原理和使用方法。2. 严格按照约定的时间进行实验，做到不迟到，不早退。3. 实验分小组进行，由课代表根据教师的要求分组，并指定组长。实验时要有

4、指挥，有分工，做到有条不紊。4. 要遵守实验室的规章制度，爱护实验室的设施，非实验仪器设备不得随意动用，因非实验造成的损坏由当事人赔偿。5. 实验过程中，如果仪器设备发生故障，应立刻向指导教师报告，以便及时排除故障，保证实验的正常进行。6. 实验完毕后，关闭电源，整理好使用后的仪器、设备 、工具。将实验原始记录交指导教师批阅。7. 要认真做好并及时完成实验报告，按时交给指导教师批阅。不交者，该次实验按零分计。8. 因病、事假缺习者可以凭病、事假条找指导教师安排补做。无故缺席者一律不安排补做。9. 未完成全部实验报告者按学院的有关规定处理。实验一静水压强实验一、实验目的1、通过实验加深对流体静力

5、学基本方程的懂得。2、验证静止流体中不同点对于同一基准面的测压管水头为常数，即常数3、实测静水压强，把握静水压强的测量方法。4、巩固绝对压强、相对压强、真空度的概念，加深懂得位置水头、压力水头以及测压管水头之间的关系。5、已知一种液体重度测定另一种液体的重度。二、实验原理加减压气缸 h0 h3 h4 3 3 4 4 z3 1 2 z4 0O O 图1静水压强实验原理图静水压强实验原理如图1所示，相对静止的液体只受重力的作用，处于平稳状态。以表示液体静压强，表示液体重度，以表示压强测算点位置高度（即位置水头），流体静力学方程为常数上式说明1、在重力场中静止液体的压强与深度成线性分布，即2、同一水

6、平面（水深相同）上的压强相等，即为等压面。因此，水箱液面和测点3、4处的压强（绝对压强）分别为 与以上各式相对应的相对压力（相对压强）分别为 式中 大气压力， 液体的重度， 液面压力水头， 液面位置水头， 、 3、4处测压管水头， 、 3、4处位置水头， 、 3、4处压力水头， 3、静水中各点测压管水头均相等，即或 或 即测压管3、4的液位在同一平面上。4 、由于密封容器顶部与左侧U型管联通，根据联通器原理，得即 式中 U型管中液体的重度，、 U型管中两液面位置高度 , 根据上式可知，已知某种液体（如水）的重度，可以通过本实验确定另一种液体的重度。三、实验步骤1、读出液面初始位置高度0 , 并

7、记入表内。2、顺时针旋转加减压气缸手柄，使水箱液面压力升高，此时,读出、,并记入表内。再连续给水箱加压两次，记下各测压管位置高度。3、逆时针旋转加减压气缸手柄，使水箱内减压，并获得的状态。同样读取三组数据记入表内。实验二流谱及流线演示实验一、实验目的用带有泡沫的变压器油加在油槽中经过导叶栅后形成许多平行的流线，以观察其绕经不同固体壁面的变化。二、实验原理液体流线仪是研究液流在模型试件出口和入口的流线变化，特别是当试件的突扩、突缩而发生流线的扭曲现象和旋涡、死区等。另外，根据教学的需要可以定作补充各种模型试件，以观察流线在绕经不同固体壁面时的变化。三、实验装置实验装置由油泵、供油箱、回油箱、油盘

8、调整螺栓、支架、供油管等组成（见图2）。油盘的倾斜度可通过前端调整螺栓调整。实验装置带有园柱、机翼、突扩（反放为突缩）模型试件。图2 流谱及流线演示实验装置四、实验步骤1、接通电源。2、开始时不同箱中可多放些油，开动油泵后，第一将供油管上的铜阀旋松，放出管路中空气，然后用烧杯在后面不断把油接走，直到流线清楚为止。并通过调整油盘前端的调整螺栓改变油盘的倾斜，以改变油的流速。3、进行实验模型的组合更换。实验三文丘里管实验一、实验目的1、在文丘里管收缩段和扩张段，观察压力水头、速度水头沿程的变化规律，加深对伯努利方程的懂得。2、了解文丘里流量计的工作原理。3、把握文丘里管流量系数的测定方法。二、实验

9、原理1、理想流体伯努利方程的验证文丘里管是在管路中安装一段断面急速变小，而后又逐步复原原先断面的异径管，如图3所示。理想 总水 头线 H h11 h1 h4 喉管图3理想流体伯努利方程示意图在收缩段，由于流体流动断面减小，因而流速增加，测压管水头连续下降，喉管处断面最小，流速最大， 测压管水头因而最低；相反，在渐扩管中流体流动截面逐步扩大，流速减小，测压管水头也不断得到复原。这些现象都是由于流体流径文丘里管时，遵守连续性方程（常数） (1) 和伯努利方程（常数） (2)以上两个方程表明，无论流体流动过程中断面几何参数如何变化，所有断面上的总水头H和流量都保持不变，也就是说流体流动一直遵守着能量

10、守恒和物质守恒这两个基本定律。上述现象和规律将在实验中通过11根测压管的液面变化加以验证。为了便于实验分析，现将公式(2)作如下变换，并以下标 表示测压管序号，例如 表示第四根测压管即喉管。公式(2)可以写成 两边同除以, 并移项得(3)公式(1)可以写成所以 代入公式(3)得 (4) 公式(3)和公式(4)表明，测压管水头变化的相对值，完全决定于流动断面的几何比例，从而进一步揭示了断面流速与测压管水头之间的关系。我们根据公式(4)画出测压管水头相对变化的理论曲线和实际曲线（分别为上式右项和左项），通过比较，两者应当是一致的（横坐标为测压管序号，纵坐标分别为以上两项）。2、流量系数的测定将公式

11、(1)、(2)应用于1、4两断面，可以得到前式代入后式得流量为 若以流量系数 表示阻力缺失的影响，上式可以写成 （ml/s） (5)式中 仪器常数，为定值（）(6) 因此，在实验中，测得流量 和测压管水头 、，即可求得流量系数，一样在0.920.99之间。三、实验步骤1、慢慢打开进水阀和针阀，使测压管1、4的水面差达到最大，并适当调剂，观察测压管水头的变化，懂得伯努利方程的含义。2、读取各测压管水头刻度，并按测压管编号为序记入表内。3、在读取测压管水头的同时，用体积法测量流量，记入表内。4、调剂进水阀和针阀，改变各测压管读数，并记录各读数和流量。5、实验终止后，关闭进水阀门。实验四雷诺实验一、

12、实验目的1、观察圆管内流体恒定流动层流和紊流两种流动状态及其转换的现象。2、测定不同流动状态下流体的雷诺数。3、测定圆管内流体恒定流动层流和紊流两种流动状态下的沿程水头缺失与断面平均流速之间的关系。二、实验原理雷诺实验装置示意图如图4 所示。 8 4 3 2 5 11 10(a) 层流 hf H (b) 过渡状态(c) 紊流 9 7 61 12图4 雷诺实验装置示意图1、玻璃管 2、注色水细管 3、色水阀门 4、色水容器 5、水箱 6、蜂窝板 7、溢水隔板 8、供水阀门 9、放水管 10、出水阀门 11、测压管 12、量水筒1、实际流体的流动会出现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：

13、流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有。2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re，作为判别流体流动状态的准则式中 流体断面平均流速 , 圆管直径 , 流体的运动粘度 , 在本实验中，流体是水。水的运动粘度与温度的关系可用泊肃叶和斯托克斯提出的体会公式运算式中水在时的运动粘度，；水的温度，。3、判别流体流动状态的关键因素是临界速度。临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界

14、流速。4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨过一个较大的取值范畴。而且极不稳固，只要稍有干扰，流态即发生变化。上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。通常均以它作为判别流动状态的准则，即 Re 2320 时，紊流该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一样取Re = 2000。5、实际流体的流动之所以会出现出两种不

15、同的型态是扰动因素与粘性稳固作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情形，容易懂得：减小 d ，减小 v ，加大 v 三种途径都是有利于流动稳固的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳固，而大雷诺数流动稳固性差，容易发生紊流现象。6、由于两种流态的流场结构和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别并分别讨论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态为层流时，沿程水头缺失与平均流速成正比，而紊流时则与平均流速的1.752.0次方成正比。7、通过对相同流量下圆管层流和紊流流动的断面流速分布作一比较，可以看出层流流速分布呈旋转抛物面，而紊流流速分布则比较平均，壁面流速梯度和切应力都比层流时大，如图5所示。图5

16、圆管层流和紊流流动的断面流速分布三、实验步骤1、打开供水阀门8，给水箱5充水，待水箱充满并保持溢流状态，使水位恒定。2、打开出水阀门10至最大，排出实验管道中的气泡。反复开闭出水阀门10，排出压差计中气泡，即可开始实验。3、稍微打开出水阀门10和色水阀门3，观察流体的层流状态。连续开大出水阀门10，色水细流显现波动，即过渡状态。再开大出水阀门10，水流稳固性遭到破坏，色迹消逝，变为紊流。整个过程可以清楚地看到流体从层流变化到紊流。4、在流体完全变到紊流时，逐步关闭出水阀门10，在观察流体从紊流变化到层流的同时，记录沿程水头缺失和流量。5、在实验开始和终止时分别量测水温，加以平均作为实验水温。6

17、、整理所测实验数据，绘制关系曲线。实验五管路沿程阻力缺失及局部阻力缺失实验管路沿程阻力缺失一、实验目的1、学会测定管道沿程水头缺失系数的方法。 2、分析圆管恒定流动的水头缺失规律，验证在各种情形下沿程水头缺失与平均流速的关系以及随雷诺数和相对粗糙度的变化规律。 3、根据紊流粗糙区的实验结果，运算实验管壁的粗糙系数 n 值及管壁当量粗糙值，并与莫迪图比较。二、实验原理1、对于通过直径不变的圆管的恒定水流，沿程水头缺失为即上下游量测断面的比压计读数差。沿程水头缺失也常表达为其中， 称为沿程水头缺失系数；为上下游量测断面之间的管段长度；为管道直径，为断面平均流速。若在实验中测得和断面平均流速，则可直

18、接得到沿程水头缺失系数 2、不同流动型态及流区的水流，其沿程水头缺失与断面平均流速的关系是不同的。层流流动中的沿程水头缺失与断面平均流速的1次方成正比；紊流流动中的沿程水头缺失与断面平均流速的1.52次方成正比。 3、沿程水头缺失系数是相对粗糙度与雷诺数的函数，为管壁当量粗糙，（其中为水的运动粘滞系数）。4、圆管层流流动5、光滑圆管紊流流动可取。可见在层流流动和紊流光滑区，沿程水头缺失系数只取决于雷诺数。6、粗糙圆管紊流流动沿程水头缺失系数完全由粗糙度决定，与雷诺数无关，此时沿程水头缺失与断面平均流速的平方成正比，所以紊流粗糙区通常也叫做“阻力平方区”。7、在紊流光滑区和紊流粗糙区之间存在过渡

19、区，此时沿程水头缺失系数 与雷诺数和粗糙度都有关。 8、粗糙系数可按下列公式进行运算式中，为管道的水力半径，圆管的水力半径，该式适用于紊流粗糙区。三、实验步骤1、预习实验指示书，认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2、查阅用测压管量测压强和用体积法或三角堰法量测流量的原理和步骤。 3、开启上下游阀门排气，检查下游阀门全关时，各个测压管水面是否处于同一水平面上。如不平，则需排气调平。 4、核对设备编号，记录所用设备的断面管径、量测段长度、三角堰零点读数等数据。 5、开启下游阀门，流量应先放到最大，待水流恒定后，观察测管水头的变化。量测流量及相应的水头缺失，登录到数据表格上。 6、减小阀门

20、开度，重复上述步骤，并按序登录数据。流量的调整逐步由大到小，每改变一次流量需要等待12分钟，待水流恒定后再进行量测。水流的紊动使比压计的水面有波动，应记录水面的时均值。7、检查数据记录表是否有缺漏？是否有某组数据明显地不合理？若有此情形，进行补正。为了提高实验精度，便于分析整理，实验点尽可能多一些。要求改变流量不少于15次。8、 在实验开始和终止时分别量测水温，加以平均作为实验水温。管路局部阻力缺失一、实验目的1、观察突扩管旋涡区测管水头线，以及其它各种边界突变情形下的测管水头变化情形，加深对局部水头缺失的感性认识。 2、把握测定管道局部水头缺失系数的方法，并将突扩管的实测值与理论值比较，将突

21、缩管的实测值与体会值比较。 3、学习用测压管测量压强和用体积法测流量的实验技能。二、实验原理1、有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变的尾部时，流动会分离形成剪切层，剪切层流动不稳固，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡，平均流动能量转化成脉动能量，造成不可逆的能量耗散。与沿程因摩擦造成的分布缺失不同，这部分缺失可以看成是集中缺失在管道边界的突变处，每单位重量流体承担的这部分能量缺失称为局部水头缺失。2、根据能量方程，局部水头缺失这里我们认为因边界突变造成的能量缺失全部产生在1-1，2-2两断面之间，不再考虑沿程缺失。 上游断面1-1应取在由于边界的突变，水流结构开始发生变化的渐变流段中，下游2-

22、2断面则取在水流结构调整刚好终止，重新形成渐变流段的地方。总之，两断面应尽可能接近，又要保证局部水头缺失全部产生在两断面之间。经过测量两断面的测管水头差和流经管道的流量，进而推算两断面的速度水头差，就可测得局部水头缺失。 3、局部水头缺失系数是局部水头缺失折合成速度水头的比例系数，即当上下游断面平均流速不同时，应明确它对应的是哪个速度水头？例如，对于突扩圆管就有和之分。其它情形的局部缺失系数在查表或使用体会公式确定时也应该注意这一点。通常情形下对应下游的速度水头。4、局部水头缺失系数随流动的雷诺数而变，即但当雷诺数大到一定程度后， 值成为常数。在工程中使用的表格或体会公式中列出的就是指这个范畴

23、的数值。5、局部水头缺失的机理复杂，除了突扩圆管的情形以外，一样难于用解析方法确定，而要通过实测来得到各种边界突变情形下的局部水头缺失系数。6、对于突扩圆管的情形，局部水头缺失系数有理论结果，推导如下：流动经过突扩圆管的局部水头缺失 取1-1，2-2两断面如图， 这里要特别注意1-1断面取为突扩开始的断面，2-2断面则取在水流结构调整刚好终止，重新形成渐变流段的地方。两断面面积都为，而和则分别为细管和粗管中的平均流速。根据动量方程可知所以有将其代入局部水头缺失的表达式，得取的值均为1.0，则或可见，7、突扩圆管局部水头缺失之所以能够导出上述解析表达式是因为：我们假设1-1断面上的测管水头为常数

24、；1-1，2-2两断面的面积相等。而突缩圆管的1-1，2-2两断面必须分别取在粗管和细管中，这是由流动结构决定的，因此突缩圆管的局部水头缺失不能解析表达，只有体会公式这里的对应下游，即细管中的速度水头。8、其它各种弯管、截门、闸阀等的局部水头缺失系数可查表或由体会公式获得。三、实验步骤1、认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2、查阅用测压管量测压强和用体积法（手工、自动）量测流量的原理和步骤。 3、对照实物了解仪器设备的使用方法和操作步骤，做好准备工作后，启动抽水机，打开进水开关，使水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。 4、检查下游阀门全关时，各个测压管水面是否处于同一水平面上。如不

25、平，则需排气调平。 5、核对设备编号，确认数据记录表上列出的断面管径等数据。 6、开启下游阀门，待水流恒定后，观察测管水头的变化，正确挑选实验配件前后的量测断面，进行数据的量测，并登录到数据记录表的相应位置。 7、改变阀门开度，待水流恒定后，重复上述步骤，并按序登录数据。本实验要求做三个流量。 8、检查数据记录表是否有缺漏？是否有某组数据明显地不合理？若有此情形，进行补正。 9、运算整理实验结果，得出各实验配件局部水头缺失系数实测值，并同时列出突扩管局部水头缺失系数的理论值和突缩管的体会值。 10、对实验结果进行分析讨论。阅读摸索问题，作简要回答。实验六孔口、管嘴出流实验一、实验目的1、观察孔

26、口、管嘴出流的水力现象。2、测定孔口、管嘴出流的各项系数：出流断面收缩系数、流量系数、流速系数和阻力系数。二、实验原理在容器壁上开一个任意形状的孔，流体1 1从此孔向外泄出，这种现象称为孔口出流。在孔口上连接一段管子，流体从此管流出， 这种现象称为管嘴出流。如图6所示。 1、 孔口出流 dc 在水箱侧壁开一个直径为的圆形孔口， 液体受不变水头作用下，沿不同方向从孔口向外流出，在惯性作用下，液体的流线不 图6孔口、管嘴实验原理图能急剧改变方向，因此，在离孔口很近的出流处（约距孔口1 / 2处），将产生一个收缩断面。水箱中水位保持不变，孔口直径与孔口在液面下的深度比较起来，是很小的，因此可以认为孔

27、口断面上的流速是相同的，收缩断面可以近似圆形。如果测出收缩断面的直径，那么收缩断面可求。截取自由液面11和收缩断面CC，以通过孔口形心的水平面为基准面，列能量方程式中 ，自由液面保持恒定，上式变成 孔口出流流量为 孔口出流断面收缩系数为 将代入上式得 式中 称为孔口出流流量系数。将以上孔口出流的基本关系式进行反推，可得孔口出流的各项系数流量系数： 收缩系数： 流速系数： 阻力系数： 因此，测出、，即可求出各项系数。根据对薄壁小孔口充分收缩的实验：、。2、孔口出流的分类小孔口出流、大孔口出流（按H / d 是否大于 10 来判定）；定常出流、非定常出流；埋住出流、非埋住出流；薄壁出流、厚壁出流。

28、薄壁出流确切地讲就是锐缘孔口出流，流体与孔壁只有周线上接触，孔壁厚度不影响射流形状，否则就是厚壁出流，如孔边修圆的情形，此时孔壁参与了出流的收缩，但收缩断面还是在流出孔口后形成。如果壁厚达到34d，就称为管嘴，收缩断面将会在管嘴内形成，而后再扩展成满流流出管嘴。管嘴出流的能量缺失只考虑局部缺失，如果管嘴再长，以致必须考虑沿程缺失时就是短管了。3、管嘴出流管嘴出流的流动特点是，水股先在管内收缩形成真空，而后再逐步扩张以至充满整个管嘴而流出。由于管嘴出流与孔口出流的流动情形有着明显的区别，因而在孔口上加设短管即管嘴，既影响出流的流速系数又影响流量系数，亦即改变出流的流量和流速。管嘴出流时的阻力缺失

29、，主要是管嘴入口处的局部阻力缺失和水股收缩断面扩大的局部阻力缺失，而管嘴的沿程阻力缺失可以忽略不计。管嘴出流各项系数运算公式与孔口出流的形式完全一样。但由于管嘴出口断面没有变化，即，。根据实验，左右。管嘴出流各项系数运算公式如下：流量系数： 收缩系数： 流速系数： = 阻力系数： 3、管嘴的真空现象管嘴是在孔口上加设一段适当的短管，虽然加一段短管将使阻力增大，但是管嘴的出流量反而会比同样情形下的孔口出流量大，产生这一结果的原因是在管嘴内也存在收缩断面，直接表现为此处产生了真空。在圆柱形管嘴收缩断面处设测压管以观察真空现象并量测真空值。正因为管嘴在收缩断面处有真空存在，如同水泵一样，对液流产生抽

30、吸作用，从而使管嘴出流量大于孔口出流量。这种由于真空的存在使管嘴增加的出流量，要比由于管嘴阻力增加而减少的出流量大得多。这一结论和现象将在实验中得到证实。三、实验步骤1、起动水泵，给水箱连续供水，当水位升至溢流板上端时，水由此溢出，调剂水泵出水阀门，使液面保持恒定不变，即作用水头不变。与此同时观察孔口或管嘴出流情形。2、将旋板旋到其它位置，观察不同孔口、管嘴的出流情形，并注意进行比较。3、分两组同时测量孔口、管嘴实验参数：作用水头 ，孔口或管嘴出流流量、孔口出流收缩断面直径。实验七管道水击实验一、实验目的1、观察管道水击现象的发生、传播与消逝过程，增强对水击现象的感性认识。利用实测数据，运算水

31、击波的传播速度。 2、量测水击引起的压强增量，加深对水击影响的定量认识。 3、通过调压室水位振荡现象的演示，以及使用调压室前后水击压强增量的变化情形 ，了解调压室消减水击压强的作用。二、实验原理水击现象是一种典型的有压 管道非恒定流问题，在水击现象中，由于压强变化急剧，必须考虑流体的压缩性及管道的弹性 。水击现象可大致作如下描述：有压管道流动的流量突变流速突变由于流动的惯性 ，造成压强大幅波动流体的压缩性和管道的弹性使波动在管道中以有 限的速度传播。 以阀门突然关闭为例，将有一个增压、增密度、增管道断面积、减流速的过程从阀门向上游传播，压强、流速、密度、管道断面积的间断面在管道中运动，这就是水

32、击波。1、水击波的压强增值在已知水击波传播速度 c 的条件下，压强增量与流速大小增量的关系为2、水击波的传播速度水击波传播速度为式中，为液体的体积弹性系数；反映管壁的弹性，对于直径为的圆管其中，为管壁材料的弹性系数，为管壁厚度。于是若忽略管壁的弹性，即认为 ，则为声波速度（水中约为1435 m/s）。所以水电站引水管的 ，。3、水击现象的分析为了更清楚地说明水击波传播、反射、叠加的发展过程，考察上游水库与阀门间的长度为 L 的直圆管（BA）中因阀门A突然完全关闭发生的水击现象，认为弹性力与惯性力起主要作用，忽略水头缺失和流速水头。在懂得了水击波在A处的正反射和B处的负反射之后，可以列出，四个阶

33、段水击现象的物理特性。阶段时段速度变化流速方向压强变化水击波传播方向运动状态液体状态1水库阀门 增高 阀门水库减速增压 压缩 2阀门水库 复原原状 水库阀门 减速减压复原原状 3阀门水库 减低阀门水库增速减压膨胀4水库阀门复原原状水库阀门 增速增压复原原状 图7水击波的传播示意图将 2L/c 称为水击的相长，从阀门A处开始的水击波传到上游B处，经负反射回来的减压波又传到A处，所需时间为相长。可见阀门A处连续压力最大增值的时间最长，为一个相长。如果逐步关闭阀门，那么将会有一系列水击波在不同的时刻由A处出发，假如经过一个相长之后，阀门尚未完全关闭，此时已经有早先发出的水击波成为减压波传回来，这样A

34、处的增压就不会达到阀门突然完全关闭时的水击增压，这种水击叫间接水击，否则叫直接水击。4、调压室的作用在较长管道中设置调压室，缩短了管道长度，减小相长，可以缓和水击，减低水击压强。由于调压室具有一定的贮水容量，这一边界条件使水击压强得到开释而大幅下降，并限制了水击向上游的传播。5、水流阻力的影响 以上的分析都没有考虑水击现象中管道中水流所受的阻力，因此在分析阀门突然关闭引起阀门与水库之间的水击波传播四个阶段时，能量没有耗损，第四阶段终止后，水流将回复到初始状态，水击波将无休止地传播下去，各断面的水击增压随时间变化曲线呈阶梯形。但实际上这是不可能的，各断面的水击增压随时间变化曲线呈衰减振荡形状。三

35、、实验步骤1、 认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2、 将量测仪器按图示线路接好，打开电源，预热15分钟。 3、 对照实物了解仪器设备的使用方法和操作步骤，做好准备工作后，启动抽水机，打开进水开关，使水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。 4、 将动态应变仪调至平稳，并将压力传感器的微应变信号输给电阻平稳箱，然后由此将信号送至示波器，此时将绘笔调至走纸中间，可通过调剂电阻平稳箱使示波器的灵敏度及偏移量为最佳值。 5、 记录调压室的测管水头，用以运算动水压强值，然后关闭调压室与管道的联通阀门。 6、 将管端快速阀门突然关闭，产生水击现象，水击波传播使橡胶软管膨胀凸起变化，凸起处将电源接通则指示灯亮。管道两端的指示灯的亮灭显示了水击波的传播过程。用停表记录下管道两端指示灯闪亮的间隔时间。此时示波器已记录下水击压强过程线。 7、 打开调压室与实验管段间的联通阀门。待水流恒定后重复步骤6，此时记录下的水击压强过程线即为有调压室作用后的情形。 8、 阅读摸索问题，作简要回答。