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第1篇 水力学实验 1

第0章 绪论 1

0.1 水力学实验的目的 1

0.2 实验报告要求 1

第1章 流体参数的测量 3

1.1 概述 3

1.2 基本物理量的计算 3

1.2.1 密度 3

1.2.2 重度 3

1.2.3 相对密度（比重） 4

1.2.4 容重 4

1.2.5 黏滞性 4

1.3 水位测量 6

1.3.1 测尺法 6

1.3.2 测针法 6

1.3.3 测压管法 7

1.3.4 自动跟踪式水位仪 7

1.3.5 钽丝水位计 8

1.3.6 水位传感器 8

1.4 压强测量 9

1.4.1 恒定流动压强测量方法 9

1.4.2 压强瞬时值的测量 12

1.5 流速测量 13

1.5.1 流速值的测量 13

1.5.2 流向的测量 16

1.6 流量测量 16

1.6.1 管道中的流量测量 16

1.6.2 明渠流量测量 19

实验1.1 流体黏滞系数的测定 23

第2章 水静力学 25

2.1 概述 25

2.2 静水压强及其特性 25

2.3 水静力学基本方程 25

2.4 压强的表示方法及单位 26

2.5 作用在平面上的静水总压力 26

2.6 作用在曲面上的静水总压力 27

2.7 浮力、浮体的平衡与稳定 27

实验2.1 验证水静力学基本方程 28

实验2.2 稳定和浮力实验 31

第3章 液体流动的基本原理 35

3.1 流动的类型 35

3.1.1 无压流和有压流 35

3.1.2 恒定流和非恒定流 35

3.1.3 均匀流和非均匀流 35

3.1.4 层流和紊流 36

3.1.5 有势流和有涡流 36

3.2 流线 36

3.3 连续原理 36

3.4 能量方程 37

3.5 动量定律 37

实验3.1 水流的能量转换实验 38

实验3.2 动量定律实验 41

实验3.3 平面势流的水电比拟实验 43

实验3.4 边界层流速分布与边界层厚度发展实验 46

第4章 管流与摩阻 51

4.1 雷诺数 51

4.2 圆管中水流的能量损失 52

4.3 沿程损失 52

4.3.1 沿程水头损失 52

4.3.2 沿程阻力系数 53

4.4 局部损失 57

实验4.1 流动形态实验 58

实验4.2 管流沿程阻力实验 61

实验4.3 管路局部阻力实验 64

实验4.4 文丘里流量计实验 66

第5章 明渠 69

5.1 概述 69

5.1.1 弗劳德数 69

5.1.2 临界流 69

5.1.3 急流与缓流 70

5.2 明渠流的能量 71

5.2.1 总水头 71

5.2.2 断面比能 71

5.2.3 几个关系图 71

5.3 水流的动量函数 72

5.4 棱柱形明渠中恒定非均匀渐变流水面线形式、微分方程式 73

5.5 断面比能原理及动量函数的应用 73

5.5.1 水跃与消能 73

5.5.2 底流式消能防冲 75

实验5.1 明渠流速测量 78

实验5.1.1 毕托管测流速 78

实验5.1.2 光电流速仪测流速 81

实验5.2 水跃实验 83

实验5.3 水工建筑物下游的底流消能实验 86

实验5.4 各种水面线的演示 90

第6章 闸、堰泄流 92

6.1 堰流与孔流 92

6.1.1 定义 92

6.1.2 堰流类型 92

6.1.3 堰流与孔流的分界 93

6.2 闸孔出流 93

6.2.1 闸孔出流流态判别准则 93

6.2.2 闸孔出流能力的基本计算式 94

6.3 孔口与管嘴出流 94

6.3.1 概念 94

6.3.2 薄壁孔口与管嘴恒定出流时过水能力的计算 95

6.3.3 孔口的非恒定出流 96

6.4 堰顶溢流 97

6.4.1 宽顶堰流 97

6.4.2 曲线型实用堰流 99

实验6.1 孔口、管嘴实验 101

实验6.2 闸孔出流实验 104

实验6.3 宽顶堰溢流实验 106

实验6.4 实用堰泄流实验 109

第7章 渗流 111

7.1 基本概念与渗流模型 111

7.2 达西定律 111

7.3 无压恒定渐变渗流的基本方程及其浸润线 112

7.4 土坝渗流 113

7.5 恒定渗流的基本微分方程及其解法 114

实验7.1 达西实验 116

实验7.2 有压（或无压）渗流的水电比拟实验 117

第8章 波浪运动 123

8.1 波浪要素与分类 123

8.2 拉格朗日连续性方程式和运动方程式 124

8.2.1 连续性方程式 124

8.2.2 运动方程式 124

8.3 有限振幅推进波 125

8.3.1 深水推进波 125

8.3.2 浅水推进波 127

8.4 有限振幅立波 129

8.4.1 深水立波 129

8.4.2 浅水立波 130

实验8.1 波浪要素测定实验 132

第9章 水泵 136

9.1 水泵的作用 136

9.2 水泵的性能及性能曲线 136

9.2.1 水泵性能 136

9.2.2 泵的性能曲线 138

实验9.1 离心泵性能实验 139

第2篇 相似原理及模型设计 143

第10章 相似原理及水工模型设计方法 143

10.1 引言 143

10.2 水力模型试验 143

10.3 流动相似的意义及特征 144

10.3.1 流动相似的意义 144

10.3.2 相似的特征 144

10.4 相似原理的应用 151

10.4.1 重力相似准则 151

10.4.2 阻力相似准则 152

10.4.3 黏滞力相似准则（雷诺准则） 154

10.4.4 弹性力相似准则 155

10.4.5 表面张力相似准则 156

10.4.6 局部惯性力相似准则 156

10.4.7 压力相似准则 156

10.5 水工模型设计 159

10.5.1 水工模型的设计方法 159

10.5.2 水工模型试验的种类 160

10.6 对水工模型试验的评价 160

习题 161

实验10.1 模型设计 162

第3篇 实验数据处理方法 164

第11章 实验数据处理 164

11.1 基本概念 164

11.1.1 真值与平均值、最佳值 164

11.1.2 误差及误差的分类 166

11.1.3 误差的表示法 167

11.1.4 精度 169

11.2 误差分析 169

11.2.1 偶然误差（随机误差）的分布 169

11.2.2 统计上允许的合理误差范围 170

11.2.3 可疑观测量的取舍 170

11.2.4 间接测量中误差估计 171

11.2.5 多次测量的M的平均值及均方根误差 173

11.2.6 有效数字 173

11.3 随机数据的基本特征 174

11.3.1 均方值、均值与方差 175

11.3.2 概率密度函数与概率分布函数 175

11.3.3 自相关函数 176

11.3.4 功率谱密度函数 177

实验11.1 水流脉动压力测量与分析 178

第12章 实验数据的方程表示——曲线拟合 182

12.1 问题的提出 182

12.2 经验公式的选取 183

12.3 经验公式中系数的确定 188

12.3.1 直线图解法 188

12.3.2 选点法 189

12.3.3 分组平均法 189

12.3.4 最小二乘法 191

12.3.5 曲线拟合效果的标志 195

12.4 回归直线与相关系数的简易求法 201

12.5 回归方程的稳定性与两条回归直线的比较 203

12.5.1 回归方程的稳定性 203

12.5.2 两条回归直线的比较 204

习题 207

附录 210

参考文献 213