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水力学是工科高等学校一门重要的专业基础课程,水力学教学包括理论教学和实验教学两部分。水力学实验在水力学学科发展中占有很重要的地位,是整个水力学理论教学不可替代的环节。
由艾翠玲编著的《水力学实验教程》介绍了水力要素的量测、现代量测技术、流动可视化技术等基础理论知识;在实验项目设计上具有较强的完整性、实用性、独立性、系统性、正确性和科学性,涵盖了水力学教学大纲要求的所有实验;共介绍24个实验。
目录
1 绪论
1.1 水力学实验课程的任务和研究方法 1
1.1.1 水力学实验课程的任务 1
1.1.2 实验研究方法 2
1.2 量测的基本知识 2
1.2.1 量测的作用 2
1.2.2 量测的分类 2
1.3 实验的基本知识 4
1.3.1 数据收集 4
1.3.2 数据处理 4
1.3.3 实验报告的整理 8
2 水力要素的量测
2.1 水位的量测 9
2.1.1 测尺法 9
2.1.2 测针法 9
2.1.3 测压管法 11
2.1.4 自动跟踪式水位仪 12
2.1.5 钽丝水位计 13
2.1.6 水位传感器 14
2.1.7 电感闪光测针 14
2.2 流速与流向的量测 15
2.2.1 流速值的量测 15
2.2.2 流向的量测 27
2.3 流量的量测 27
2.3.1 有压管道流量量测 27
2.3.2 明渠流量量测 35
2.4 压强的量测 42
2.4.1 测压管 42
2.4.2 压差计(比压计) 44
2.4.3 微压计 46
2.4.4 压力表 47
2.4.5 压力传感器(非电量量测法) 48
2.4.6 电差压变送器 53
3 水力要素现代量测技术
3.1 激光多普勒测速技术(LDA) 56
3.1.1 系统组成 57
3.1.2 多普勒测速原理 59
3.1.3 装置与性能 60
3.1.4 散射粒子 60
3.1.5 信号的分析与处理 61
3.1.6 激光多普勒测速仪的主要用途 62
3.2 PIV测试技术 62
3.2.1 PIV基本原理 63
3.2.2 PIV系统组成 64
3.2.3 示踪粒子的选择 66
3.2.4 PIV应用实例——喷雾场的测量 67
3.2.5 PIV的主要用途 67
3.3 相位多普勒测速技术(PDPA) 68
3.3.1 PDPA系统的基本结构及光学模型 69
3.3.2 PDPA系统的测量原理 70
3.3.3 PDPA系统参数,技术指标及光学参数设置 72
4 流动可视化技术简介
4.1 水流显示方法 74
4.1.1 着色法 74
4.1.2 化学反应示踪法 75
4.1.3 悬浮物法 76
4.1.4 漂浮物法 76
4.1.5 空气泡法 77
4.1.6 氢气泡法 77
4.2 流动显示新技术简介 78
4.2.1 激光诱发荧光法 78
4.2.2 激光分子测速技术 79
4.2.3 发光压力传感技术(压敏涂层测压技术) 80
4.2.4 流动显示技术的发展趋势 81
4.3 计算流动显示技术(CFI) 81
4.3.1 光学流动显示方法 82
4.3.2 计算水力学结果的计算流动显示方法 83
4.4 高速摄影技术的应用 83
4.4.1 常用高速摄影机简介 84
4.4.2 高速单次拍摄 85
4.4.3 高速连续拍摄 86
4.4.4 应用实例 86
5 水力学实验实验1流体静力学实验 88
实验2 自循环静水压强传递演示实验 92
实验3 毕托管测流速实验 94
实验4 不可压缩流体恒定总流能量方程(伯努利方程)实验 97
实验5 不可压缩流体恒定流动量方程实验 100
实验6 雷诺实验 104
实验7 文丘里流量计实验 107
实验8 管路局部阻力系数测定实验 111
实验9 管路沿程阻力系数的测定实验 115
实验10 孔口与管嘴出流实验 118
实验11 水面曲线实验 121
实验12 堰流实验 125
实验13 自循环流谱流线演示实验 129
实验14 自循环流动演示实验 132
实验15 自循环虹吸原理演示实验 139
实验16 水跃参数测定实验 141
实验17 消力池实验 145
实验18 渗流电模拟实验 149
实验19 紊动机理演示实验 152
实验20 空化机理演示实验 154
实验21 自循环水击综合实验 156
实验22 流线演示实验 159
实验23 液体相对平衡实验 160
实验24 水泵特性曲线测定实验 163
附录
附录1 水力学中常用物理量的量纲及单位 169
附录2 不同温度下水的物理性质 170
附录3 不同温度下水的饱和蒸汽压强水头值(绝对压强mH2O) 170
附录4 管壁的当量粗糙度值 171
附录5 宽顶堰的淹没系数σ值 171
附录6 常用管壁材料的弹性系数E值 171
附录7 重力相似准则与黏滞力相似准则比尺 172
附录8 土壤的渗透系数K值 172
参考文献
序言
水力学是工科高等学校一门重要的专业基础课程,水力学教学包括理论教学和实验教学两部分。水力学实验在水力学学科发展中占有很重要的地位,是整个水力学理论教学不可替代的环节。其重要性在于加强学生对水流现象的感性认识,验证所学理论,掌握基本的水力要素测试技术和方法,培养学生基本的实验技能和科学研究的严谨作风,为学生今后进一步深造和工作打下良好的基础。
目前,许多高校使用的是紧扣实验教学内容的实验报告,对实验中测试技术和方法总结介绍的不多,使得学生做完实验后,对实验印象不深,在今后的学习和工作中使用到实验知识时,一方面感到无从下手,另一方面感到无资料可查;同时随着高校教学改革的深入,特别是全国本科教学评估工作的进行,对水力学实验也提出了一些新的要求,如要求开设综合设计性实验和创新性实验等。
编著过程中始终贯彻理论联系实际、学以致用的原则,注重实践创新,结合了水力学开放实验的特点,力求教材内容符合学生的认识规律,便于学生独立操作。
本实验教材是在作者多年从事水力学理论教学和实验教学经验总结的基础上完成的。本书在编排上尽量做到由浅入深,在实验项目设计上具有较强的完整性、实用性、独立性、系统性、正确性和科学性,内容涵盖了水力学教学大纲要求的所有实验。
此外,蔡丽云参与了绪论、水力要素的量测和实验18、19、20的编著;许俊鸽参与了水力要素现代量测技术和实验16、17、24的编著;郭锐敏参与了流动可视化技术简介和实验11、12、13、14、15的编著;韩云红参与了实验1、2、3、4、5、6的编著;何新宇参与了实验7、8、9、10的编著;侯宁宁参与了实验21、22、23以及附录的编著。邵享文对本书的审校做了大量的工作。本书参考了大量文献资料,并在文中做了相应的引用,在此一并表示感谢!
限于学术水平和实践经验,书中不全面及不当之处在所难免,敬请专家和读者给予批评指正。
编著者
2011年6月
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