水力学试验

对实验教学而言，水力学实验课程的目的有以下几点：

（1）通过实验观测各种水流现象和量测有关水力要素，增加感性认识，验证、巩固、拓宽理论知识，提高理论分析能力。

（2）学会正确使用有关的常规仪器设备和掌握科学实验的基本方法，正确测量、记录数据和整理分析实验结果，撰写出实验报告，从而培养学生的动手能力和创新思维。

（3）培养学生具有较强的协作能力，严谨、实事求是的工作作风和科学态度。

实验室量测系统是一个水力循环系统，由低位水池、水泵、压水管、高位水箱、管道或水槽、试验段、水力要素量测装置和回水管渠所组成。试验段可以在玻璃水槽内、压力管道中或减压箱内、预留的场地上，也可以在专门设计的实验台上。不少的量测直接在现场进行。

水力学的研究方法一般有理论分析、实验研究和数值模拟三种，由于水力学问题影响因素错综复杂，以及数学上求解的困难，许多实际流动问题目前还难以通过理论方法精确求解。因此，实验在水力学中占有十分重要的地位，它不仅是理论分析和数值计算成果正确与否的最终检验标准，在某些方面，实验已成为解决问题的主要研究手段。水力学发展史上有许多通过实验了解水流现象、寻求水流运动规律的例子，如著名的雷诺实验、尼古拉兹实验等。在实际工作中，利用模型实验来研究水的流动现象及其与建筑物的相互作用，从而验证及优化设计实施方案已经非常普遍。随着现代流动测量技术的日新月异的发展，实验的量测精度也大大提高。水力学实验研究无论对学科理论的发展还是对解决工程实际问题，都具有极其重要的意义。

水力学实验是水力学的一个重要组成部分。做好水力学实验对于培养学生的动手能力、 分析能力以及加深对水力学基本理论的理解起着重要作用。水力学的基本实验包括:（1）静水 压强实验；（2）能量方程实验；（3）雷诺实验；（4）沿程水头损失实验；（5）局部阻力系数实验；（6）宽顶堰实验；（7）小桥、涵洞过水实验。

水力量测仪器分静态和动态。静态量测仪器量测不随时间变化的水力要素值，动态量测仪器量测各种水力要素瞬时值。

水力学试验折叠水位和压强测量

水位可直接用木或金属制成的直尺插入水中测读，或在水槽侧壁开孔，外接测压管读出槽中水位。实验室中明槽水位或侧压管水面相对高度可用测针施测。有压管流压强或水工构筑物上压强分布同样可用测压管或差压计测读。

水力学试验折叠流速测量

① 毕托管测速。用毕托管量测液体内点上的时间平均流速时，将毕托管正对流速方向，管中水柱升高值h=u/2ɡ，根据测定的h值算出点上流速u。

② 热膜流速仪测速。其原理是借测定探头上金属膜的散热率，估计流经探头的流体速度。金属膜散热率的大小影响电位差，从而记录出流速。热丝测速仪基于同样的作用原理，探头为一根极细的铂丝或钨丝，是量测紊流脉动流速的有效工具。热丝流速仪更多地用于空气流速的测量。

③ 激光流速仪测速。利用激光对水流中示踪颗粒运动的多普勒效应测得的光频率变化，通过瞬时速度与频率变化的线性关系即得瞬时速度。它的最显著的优点是不需要在水流中放入感应部分，因而对水流无干扰，其分辨率也很高。示踪颗粒一般可利用天然水本身所含杂质。

④ 示踪测速。示踪测速法有:

（a）河流水面放置浮标，通过浮标速度的测量测定平均流速；

（b）水槽水面放置纸花，或滴注比重接近于水的四氯化碳和二甲苯的适当混合液体，用连续摄形法配合水槽侧墙上网格坐标计算流速，在水流断面上垂直于流向安设金属丝作为阴极，铜板阳极可以放在水流其他任何合适位置。通电后，沿金属丝产生氢气泡，从所观察的氢气泡运动了解水流情况，称为氢气泡显示技术。如果引入脉冲电流，沿导线将产生一排一排的气泡，就可测量局部流速分布。

⑤ 旋杯流速仪和旋桨流速仪测速。是将水流动量转换成对旋杯或旋桨的冲量，用于河流流速测量。小形旋桨流速仪，可用于实验室测速。

水力学试验折叠流量测量

① 用标准容器或衡器直接测量固定时段内流入容器的水的体积或水的重量，以计算流量；

② 利用量水堰流量公式和实验确定的流量系数计算流量；

③ 利用文丘里管、孔板与管嘴，通过测定上下游断面压强差以计算流量；

④ 沿河流断面将断面分割，用流速仪测定每一分断面的平均流速，测定分断面面积求流量，然后叠加求出全断面流量。

近代水力要素量测趋于自动化。自动化量测使测点定位、移位、信息判读、采样储存、数据处理及成果显示打印等全过程由量测系统的设备自动完成。目前，也出现了整个试验过程自动闭环控制与检测。在试验中水力要素被传感器检测，一方面显示记录，一方面经过传感器反馈执行器，对试验条件进行预定的调整。2100433B

液体流动是一种非常复杂的过程，很多流动规律有待研究。单纯用数理分析，在多数情况下难以得出正确结果，而必须依赖于实验。水力学模型实验的目的是探索规律，验证理论，确定系数或常数，进行水力学专题研究，解决生产实际问题。

水力模型试验研究，包括模型相似理论，模型的规划、设计和制造，测试系统的布置设计，模型试验方案优选和试验测取资料的处理分析，并预见原型工程中可能存在的问题，为工程提供设计需要的数据和改进方案。水力模型试验能用少量的经费，完善工程设计，并节省建设投资，得到较大的经济效益。

将水力学的基本原理用于解决各个生产部门的实际问题， 根据各个领域的液流运动特点， 水力学又形成了很多各具特色的学科分支。传统的水力学主要随着水利(包括防洪、灌溉、水电、水运和海港等)工程的发展而发展起来的，其中主要有下列几个学科分支：管道水力学、河渠水力学、水工建筑物水力学、水力机械水力学、河口海岸动力学、地下水水力学等。实际上这也就是传统上水力学所研究的主要内容。主要研究领域已从传统的水利工程扩展为水资源的开发和管理及其对环境的影响， 并且日益遍及到各个生产部门， 还崛起了一批新兴的水力学分支 (例如水资源水力学、环境水力学等)。水力学的研究已从水量扩展到水质; 单相流动扩展到多相流动; 等温流动扩展到变温流动。

现代水力学和过去相比， 其研究方法也有显著的进步与变化。不仅是实验技术的现代化， 而且将更多地研究水流运动的内部机理， 更多地应用数理分析与概率统计的方法。而计算机技术的飞跃发展、计算水力学的建立为水力学的研究开辟了新的途径， 对于水力学的发展将会产生深远的影响。

1870年左右，弗劳德(W. Froude)进行船舶模型试验：1885年，雷诺(O．Reynolds)进行摩塞(Mersey)河模型试验；1898年，恩格斯(H．Engels)首创河工实验室进行天然河流的模型试验。20世纪以来，水力模型得到更大发展。在中国较早的有1935年进行的淮河杨庄和三河活动坝模型试验，以及长江马当段水道整治模型试验。1949年后，水力模型试验在中国得到广泛的应用，建立了大量的水工试验室，模型试验技术也有很大提高和发展。尤其在20世纪后半叶，中国在水电建设和河流整治方面进行了大规模的室内试验，在设备条件和技术方面有了长足的发展。