第十一节 管道水流实验

一、实验目的和要求

（1）让学生了解流体构件，锻炼组装流体构件的能力。

（2）能根据不同的流体构件，让学生自己动手，自行设计出流体构件的任意组合形式，并测量出所需的水力参数。

二、实验原理

流体的流动可以分为两种，一是封闭管道的流动，二是明流流动。封闭管道的流动也叫管流流动，最常见的是圆形管道的流动。当水流在管道中流动时，由于管路中安装各种阻力阀门，或者管路的管径发生变化，或者管路中装有节流流量计，如文丘里流量计、孔板流量计，或者管道分岔、管道收缩、管道放大，或者管道的位置发生变化，或者管路中流动突然变化，如阀门的突然关闭、突然开启等。在以前的水力学实验中，只是对上述某一种水流现象进行单个的实验和研究。本设计性实验是将各种不同的流体构件按照不同的方式组合起来，构成各种不同的水流流动现象，让学生根据所学的水力学理论和实验知识，运用能量守恒、动量守恒和质量守恒原理，分析水流的运动规律，并与实验结果进行对比。

能量方程为

动量方程为

连续方程为

三、实验设备

实验装置如图2-11-1所示。管道实验装置由固定部分和活动部分组成。固定部分由供水箱、水泵、上水管、下水管、进出水调节阀门、固定法兰和测压排组成；活动部分由组合流体构件组成。流体构件有7件，可以显示沿程水流变化、局部突然扩大和突然缩小的水流变化，由于管道位置变化而产生的水流空化现象、管道的分叉流动、水流局部突缩与水流渐缩的流动现象、水流通过孔板、文丘里管的水流现象、水流逐渐放大与水流沿程变化的流动现象、水流通过闸阀、弯道的流动现象等。

图2-11-1 管道水流实验装置和流体构件

四、实验步骤

（1）熟悉管道水流实验装置和流体构件的组成。

（2）选择实验所需的流体构件组合形式安装到预留的活动空间中。

（3）记录所选择的流体构件各变化断面的直径、变化形式。

（4）分析所选择的流体构件水流沿程的变化规律，并画出草图。

（5）打开水泵和实验装置固定部分的进水阀门和出水阀门，使管中充满水，将管道中的空气排出。

（6）关闭出水阀门，打开测压排上的排气阀门，将测压管中的空气排出，并检查空气是否排完。

（7）打开出水阀门，关闭进水阀门，将排气管提起，在测压排上选择一适当的测压管水位高度，这时观测测压管水面应在同一个高度上。

（8）这时打开进水阀门，待水流稳定后，读出各测点测压排上测压管水头值。

（9）用体积法测出管道中的流量。调节进水阀，使流量逐渐减小或增大。

（10）重换流体构件，按照上述实验步骤重新进行实验。

五、数据处理和成果分析

实验设备名称：____

仪器编号：____

1.实验记录

已知数据（自填）

实验表格（自行设计）

2.成果分析

（1）根据实验结果绘出各流体构件的测压管水头线。根据流量和管径，求出速度水头，绘制总水头线。

（2）分析并计算不同组合的流体构件的水头损失。

六、注意事项

（1） 流体构件选定以后，在安装时，一定要小心对接，以防损坏流体构件。

（2） 在实验时，一定要按照操作步骤进行实验，否则实验数据可能不对。

七、思考题

（1）试述所选定的流体构件沿程测压管水头的变化规律，并用能量方程解释之。

（2）管道位置的变化对压强有何影响？

（3）在你看到的空化管实验中，位于桌面上量杯中的水为什么会自动下降？

（4）请你根据自己的设想和实践，设计出其他的流体构件。

（5）在沿程水头损失实测过程中，为什么测压管上显示出的测压管差值1管和2管的水头差，比2管与3管，3管与4管的水头差值略大？