對水力現象進行觀測和試驗的技術。液體流動是一種非常複雜的過程，很多流動規律有待研究。單純用數理分析，在多數情況下難以得出正確結果，而必須依賴於實驗。水力學實驗的目的是探索規律，驗證理論，確定係數或常數，進行水力學專題研究，解決生產實際問題。實驗內容主要有：量測系統、水力要素量測和模型試驗。
基本介紹
- 中文名：水力學實驗
- 量測系統：水力循環系統
- 量測儀器分類：靜態和動態
- 實驗內容：量測系統、水力要素、模型試驗
量測系統,水力量測要素,水位和壓強測量,流速測量,流量測量,模型試驗,
量測系統
實驗室量測系統是一個水力循環系統，由低位水池、水泵、壓水管、高位水箱、管道或水槽、試驗段、水力要素量測裝置和回水管渠所組成。試驗段可以在玻璃水槽內、壓力管道中或減壓箱內、預留的場地上，也可以在專門設計的實驗台上。不少的量測直接在現場進行。
水力量測要素
水力量測儀器分靜態和動態。靜態量測儀器量測不隨時間變化的水力要素值，動態量測儀器量測各種水力要素瞬時值。
水位和壓強測量
水位可直接用木或金屬製成的直尺插入水中測讀，或在水槽側壁開孔，外接測壓管讀出槽中水位。實驗室中明槽水位或側壓管水面相對高度可用測針施測。有壓管流壓強或水工構築物上壓強分布同樣可用測壓管或差壓計測讀。
流速測量
①畢託管測速。用畢託管量測液體內點上的時間平均流速時，將畢託管正對流速方向，管中水柱升高值h=u/2ɡ,根據測定的h值算出點上流速u。
②熱膜流速儀測速。其原理是借測定探頭上金屬膜的散熱率，估計流經探頭的流體速度。金屬膜散熱率的大小影響電位差，從而記錄出流速。熱絲測速儀基於同樣的作用原理,探頭為一根極細的鉑絲或鎢絲，是量測紊流脈動流速的有效工具。熱絲流速儀更多地用於空氣流速的測量。
③雷射流速儀測速。利用雷射對水流中示蹤顆粒運動的都卜勒效應測得的光頻率變化，通過瞬時速度與頻率變化的線性關係即得瞬時速度。它的最顯著的優點是不需要在水流中放入感應部分,因而對水流無干擾,其解析度也很高。示蹤顆粒一般可利用天然水本身所含雜質。
④示蹤測速。示蹤測速法有：
(a)河流水面放置浮標,通過浮標速度的測量測定平均流速；
(b)水槽水面放置紙花,或滴注比重接近於水的四氯化碳和二甲苯的適當混合液體，用連續攝形法配合水槽側牆上格線坐標計算流速，在水流斷面上垂直於流向安設金屬絲作為陰極，銅板陽極可以放在水流其他任何合適位置。通電後，沿金屬絲產生氫氣泡，從所觀察的氫氣泡運動了解水流情況，稱為氫氣泡顯示技術。如果引入脈衝電流，沿導線將產生一排一排的氣泡，就可測量局部流速分布。
⑤旋杯流速儀和旋槳流速儀測速。是將水流動量轉換成對旋杯或旋槳的衝量，用於河流流速測量。小形旋槳流速儀，可用於實驗室測速。
流量測量
①用標準容器或衡器直接測量固定時段內流入容器的水的體積或水的重量，以計算流量；②利用量水堰流量公式和實驗確定的流量係數計算流量；
③利用文丘里管、孔板與管嘴，通過測定上下游斷面壓強差以計算流量;
④沿河流斷面將斷面分割,用流速儀測定每一分斷面的平均流速，測定分斷面面積求流量，然後疊加求出全斷面流量。
近代水力要素量測趨於自動化。自動化量測使測點定位、移位、信息判讀、採樣儲存、數據處理及成果顯示列印等全過程由量測系統的設備自動完成。目前，也出現了整個試驗過程自動閉環控制與檢測。在試驗中水力要素被感測器檢測，一方面顯示記錄，一方面經過感測器反饋執行器，對試驗條件進行預定的調整。
模型試驗
許多涉及液流的工程問題，需要進行模型試驗。某些大型水工構築物必須經過模型試驗。在實驗室內，按所規劃的實物根據相應的模型律，以縮小的比例製成模型進行模擬實驗，就實物在運轉中可能遇到的各種因素，對不同設計方案的模型所產生的影響加以觀測，從而了解各種影響因素在定性上或定量上的作用，以供方案選擇、工程決策或問題判明作參考。
模型液流和原型水流（即實物水流）之間應當滿足力學相似。力學相似包括幾何相似、運動相似和動力相似。
①幾何相似是原型水流和模型液流相應長度成比例，相應角度相等。
②運動相似是在幾何相似的基礎上，原型和模型的相應點上(如果為非恆流需加上相應時間上)的流速方向相同，大小成同一比例。
③動力相似要求作用在原型和模型上相應力成比例。作用在液體上的力有重力、壓力、粘性力、表面張力等，使這些外力的合力和水流慣性力處於平衡狀態。
設計一個模型由於技術上的限制，不可能同時把所有的外力都考慮，因而只能考慮主要的作用力。①當決定液體流動狀態的主要作用力為重力時，要求原型和模型的慣性力和重力之比相等，即原型和模型的弗勞德數相等。明渠流和波浪運動的主要作用力是重力，模型設計遵循弗勞德模型律。②當決定液流運動狀態的主要作用力為粘性力時，要求原型和模型的慣性力和粘性力之比相等，即原型和模型的雷諾數相等。管流和潛體繞流，主要作用力是粘性阻力，模型設計遵循雷諾模型律。但是當雷諾數相當大時，慣性阻力占絕對優勢，水流進入自動模型區，則只要達到幾何相似，不必遵循雷諾模型律，即能實現力學相似。
有了速度比例，結合長度比例和密度比例，即可求出任意參變數（例如力、壓強、流量等）的比例，將實驗結果換算為原型參變數。
