流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、（一）不可壓縮流體恒定流能量方程（伯諾里方程）實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、驗(yàn)證流體恒定總流的能量方程；2、通過對動水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析研討，進(jìn)一步掌握有壓管流中動水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性；3、掌握流速、流量、壓強(qiáng)等動水力學(xué)水力要素的實(shí)驗(yàn)量測技能。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖1.1 所示。圖 1.1自循環(huán)伯諾里方程實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器；2.實(shí)驗(yàn)臺； 3.可控硅無級調(diào)速器；4.溢流板； 5.穩(wěn)水孔板； 6.恒壓水箱；7.測壓計(jì)； 8.滑動測量尺； 9.測壓管； 10.實(shí)驗(yàn)管道； 11.測壓點(diǎn)； 12.畢托管； 13.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥。說 明：本儀器測壓管有兩種：1、畢托管測壓管（表1.1 中標(biāo)

2、 *的測壓管），用以測讀畢托管探頭對準(zhǔn)點(diǎn)的總水頭H( Zp u 2) ，須注意一般情況下H 與斷面總水頭 H ( Zp2) 不2g2g1同（因一般 u），它的水頭線只能定性表示總水頭變化趨勢；2、普通測壓管（表2.1 未標(biāo) * 者），用以定量量測測壓管水頭。實(shí)驗(yàn)流量用閥 13 調(diào)節(jié)，流量由體積時(shí)間法 （量筒、 秒表另備）、重量時(shí)間法 （電子稱另備）或電測法測量（以下實(shí)驗(yàn)類同） 。三、實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n 個(gè)過水?dāng)嗝??？梢粤谐鲞M(jìn)口斷面（1）至另一斷面 (i ) 的能量方程式 (i 2,3, n)p12pi2a1 1Z iai ihw1 iZ12g2g取 a1 a2an1，選好基

3、準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出Zp值，2測出通過管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速及2g，從而即可得到各斷面測壓管水頭和總水頭。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，分清哪些測壓管是普通測壓管，哪些是畢托管測壓管，以及兩者功能的區(qū)別。2、打開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，檢查調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后所有測壓管水面是否齊平。如不平則需查明故障原因（例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等）并加以排除，直至調(diào)平。4、打開閥13，調(diào)節(jié)閥13 開度，待流量穩(wěn)定后，測記各測壓管液面讀數(shù)，同時(shí)測記實(shí)驗(yàn)流量（畢托管供演示，不必測記讀數(shù)）。5、改變流量2 次，重復(fù)上述測量。其中一次閥門開度大到使19 號測管液面接近標(biāo)尺零點(diǎn)。

4、五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理與要求1.有關(guān)常數(shù)記錄表縮管段2擴(kuò)管段3均勻段 D1=cmcmcmD =D =水箱液面高程 0=cmzcm上管到軸線高程 =測點(diǎn)1*2456*8*1012*14*16*18*編號37911131517192管徑1.371.371.371.371.001.371.371.371.372.001.37cm兩點(diǎn)間距4466413.561019.51616cm注：（ 1）打“ * ”者為畢托管測點(diǎn)（測點(diǎn)編號見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書或儀器）；（ 2）2、3 為直管均勻流段同一斷面上的二個(gè)測點(diǎn)，10、11 為彎管非均勻流同一斷面上的二個(gè)測點(diǎn)。（ 3）測點(diǎn)6、 7 所在的斷面內(nèi)徑為D2，測點(diǎn) 16、 1

5、7 為 D 3，余下均為 D12.測記 ZP數(shù)值表（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）g測點(diǎn)編23457911131517流量 Q號193cm s次1數(shù)238 個(gè)測點(diǎn)。注：測點(diǎn)編號任意選取3、計(jì)算流速水頭和總水頭。4、繪制上述結(jié)果中最大流量下的總水頭線E-E 和測壓管水頭線P-P（軸向尺寸參見圖 1.2，總水頭線和測壓管水頭先可以繪制在圖1.2 上）。提示：1.P-P 線依表 1.2 數(shù)據(jù)繪制，其中測點(diǎn)10、 11、 13 數(shù)據(jù)不用。2.E-E 線依表 1.3（ 2）數(shù)據(jù)繪制，其中測點(diǎn)10、 11 數(shù)據(jù)不用。3.在等直徑管段 E-E 和 P-P 線平行。圖 1.2六、結(jié)果分析與討論1.測壓管水頭線和總水

6、頭線的變化趨勢有何不同？為什么？32. 增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？3.測點(diǎn) 2、 3 和測點(diǎn) 10、11 的測壓管讀數(shù)分別說明了什么問題？4.試問避免喉管（測點(diǎn) 7）的處形成真空有幾種技術(shù)措施？分析改變作用水頭（如抬高或降低水箱的水位）對喉管壓強(qiáng)的影響情況。5.畢托管所顯示的總水頭線與實(shí)測繪制的總水頭線一般都略有差異，試分析其原因。4附件：計(jì)算數(shù)值表1.31.流速水頭計(jì)算表流量 Q3流量 Q3流量 Q3cm scm scm s管徑vv2 2gAvv2 2gAvv2 2gcm A2cm scm2cm scm2cm scmcmcmcm2.總水頭 ZP22g單位： cm測點(diǎn)編2345791

7、1131517流量 Q號193cm s次12數(shù)31（三）不可壓縮流體恒定流動量定律實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?.驗(yàn)證不可壓縮流體恒定流的動量方程；2.通過對動量與流速、流量、出射角度、動量矩等因素間相關(guān)性的分析研討，進(jìn)一步掌握流體動力學(xué)的動量守恒定理；3.了解活塞式動量定律實(shí)驗(yàn)儀原理、構(gòu)造，并進(jìn)一步啟發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖3.1 所示。圖 3.1動量定律實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器；2.實(shí)驗(yàn)臺； 3.可控硅無級調(diào)速器；4.水位調(diào)節(jié)閥； 5.恒壓水箱；6.管嘴； 7.集水箱； 8.帶活塞的測壓管；9.帶活塞和翼片的抗沖平板；10.上回水管。自循環(huán)供水裝置1 由離心式水

8、泵和蓄水箱組合而成。水泵的開啟、流量大小的調(diào)節(jié)均由調(diào)速器3 控制。水流經(jīng)供水管供給恒壓水箱5，溢流水經(jīng)回水管流回蓄水箱。流經(jīng)管嘴6 的水流形成射流，沖擊帶活塞和翼片的抗沖平板9，并以與入射角成 90°的方向離開抗沖平板?？箾_平板在射流沖力和測壓管8 中的水壓力作用下處于平衡狀態(tài)。活塞形心水深hc 可由測壓管 8 測得，由此可求得射流的沖力，即動量力 F 。沖擊后的棄水經(jīng)集水箱7 匯集后，再經(jīng)上回水管10流出，最后經(jīng)漏斗和下1回水管流回蓄水箱。為了自動調(diào)節(jié)測壓管內(nèi)的水位，以使帶活塞的平板受力平衡并減小摩擦阻力對活塞的影響，本實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用了自動控制的反饋原理和動摩擦減阻技術(shù)，其構(gòu)造如下：

9、帶活塞和翼片的抗沖平板9 和帶活塞套的測壓管8 如圖 3.2 所示，該圖是活塞退出活塞套時(shí)的分部件示意圖?；钊行脑O(shè)有一細(xì)導(dǎo)水管a ，進(jìn)口端位于平板中心，出口端伸出活塞頭部，出口方向與軸向垂直。在平板上設(shè)有翼片b ，活塞套上設(shè)有窄槽 c 。vcbayQ vpDvvx圖 3.2圖 3.3工作時(shí)，在射流沖擊力作用下，水流經(jīng)導(dǎo)水管a 向測壓管內(nèi)加水。當(dāng)射流沖擊力大于測壓管內(nèi)水柱對活塞的壓力時(shí)，活塞內(nèi)移，窄槽c 關(guān)小，水流外溢減少，使測壓管內(nèi)水位升高，水壓力增大。反之，活塞外移，窄槽開大，水流外溢增多，測管內(nèi)水位降低，水壓力減小。在恒定射流沖擊下，經(jīng)短時(shí)段的自動調(diào)整，即可以到射流沖擊力和水壓力的平衡狀

10、態(tài)。這時(shí)活塞處在半進(jìn)半出、窄槽部分開啟的位置上，過 a 流進(jìn)測壓管的水量和過 c 外溢的水量相等。 由于平板上設(shè)有翼片 b，在水流沖擊下，平板帶動活塞旋轉(zhuǎn)，因而克服了活塞在沿軸向滑移時(shí)的靜摩擦力。為驗(yàn)證本裝置的靈敏度，只要在實(shí)驗(yàn)中的恒定流受力平衡狀態(tài)下，人為地增減測壓管中的液位高度，可發(fā)現(xiàn)即使改變量不足總液柱高度的±5（約0.51mm），活塞在旋轉(zhuǎn)下亦能有效地克服動摩擦力而作軸向位移，開大或減小窄槽c ，使過高的水位降低或過低的水位提高，恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。這表明該裝置的靈敏度高2達(dá) 0.5%，亦即活塞軸向動摩擦力不足總動量力的5。三、實(shí)驗(yàn)原理恒定總流動量方程為FQ (2 211

11、)取脫離體如圖3.3 所示，因滑動摩擦阻力水平分力f x0.5% FX ，可忽略不計(jì)， 故 x方向的動量方程化為Fxpc AhcD 2Q (01 1x )4即1 Q 1 xhc D 204式中： hc 作用在活塞形心處的水深；D 活塞的直徑；Q 射流流量；1 x 射流的速度；1 動量修正系數(shù)。實(shí)驗(yàn)中，在平衡狀態(tài)下，只要測得流量Q 和活塞形心水深hc ，由給定的管嘴直徑 d 和活塞直徑 D ，代入上式， 便可率定射流的動量修正系數(shù)1 值，并驗(yàn)證動量定律。其中，測壓管的標(biāo)尺零點(diǎn)已固定在活塞的園心處，因此液面標(biāo)尺讀數(shù)，即為作用在活塞圓心處的水深。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、準(zhǔn)備熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱、結(jié)構(gòu)

12、特征、作用性能，記錄有關(guān)常數(shù)。2、開啟水泵打開調(diào)速器開關(guān)，水泵啟動23 分鐘后，關(guān)閉23 秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣。3、調(diào)整測壓管位置 待恒壓水箱滿頂溢流后， 松開測壓管固定螺絲， 調(diào)整方位，要求測壓管垂直、螺絲對準(zhǔn)十字中心，使活塞轉(zhuǎn)動松快。然后旋轉(zhuǎn)螺絲固定好。4、測讀水位標(biāo)尺的零點(diǎn)已固定在活塞園心的高程上。當(dāng)測壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記下測壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即hc 值。5、測量流量用體積法或重量法測流量；若用電測儀測流量時(shí)，則須在儀器量程范圍內(nèi)。每組流量均需重復(fù)測三次再取均值。6、改變水頭重復(fù)實(shí)驗(yàn)逐次打開不同高度上的溢水孔蓋， 改變管嘴的作用水頭。調(diào)節(jié)調(diào)速器，使溢流量適中，待

13、水頭穩(wěn)定后，按35 步驟重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。7、驗(yàn)證 2 x0 對 Fx 的影響取下平板活塞， 使水流沖擊到活塞套內(nèi)，調(diào)整好位置，使反射水流的回射角度一致，記錄回射角度的目估值、測壓管作用水深hc 和管嘴作用水頭 H 0 。3五、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄1.有關(guān)常數(shù)記錄表管嘴內(nèi)徑 d cm活塞直徑 Dcm2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）測量hc cm3次數(shù)作用在活塞圓心處的水深射流流量Q cm s123六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算表1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算表測量射流流速v cm s動量修正系數(shù)次數(shù)1123七、實(shí)驗(yàn)誤差分析1、實(shí)測 與公認(rèn)值 ( =1.02 1.05) 符合與否？如不符合，試分析原因。2、帶翼片的平板在

14、射流作用下獲得力矩，這對分析射流沖擊無翼片的平板沿x 方向的動量力有無影響？為什么？3、通過細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與相同，試問對以上受力分析有無影響？4、滑動摩擦力為什么可以忽略不記？試用實(shí)驗(yàn)來分析驗(yàn)證的大小，記錄觀察結(jié)果。 ( 提示：平衡時(shí)，向測壓管內(nèi)加入或取出1mm左右深的水，觀察活塞及液位的變化 )5、若不為零， 會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來什么影響？試結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟7 的結(jié)果予以說明。4（四）畢托管測速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.通過對管嘴淹沒出流點(diǎn)流速及點(diǎn)流速系數(shù)的測量，掌握用畢托管測量點(diǎn)流速的技能；2.了解普朗特型畢托管的構(gòu)造和適用性，并檢驗(yàn)其量測精度，進(jìn)一步明確傳統(tǒng)流體力學(xué)量測儀器的現(xiàn)實(shí)作用

15、。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖4.1 所示。圖 4.1 畢托管實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器；2.實(shí)驗(yàn)臺； 3.可控硅無級調(diào)速器；4.水位調(diào)節(jié)閥； 5.恒壓水箱； 6.管嘴7.畢托管； 8.尾水箱與導(dǎo)軌；9.測壓管； 10.測壓計(jì)； 11.滑動測量尺（滑尺） ；12.上回水管。說 明：經(jīng)淹沒管嘴6，將高低水箱水位差的位能轉(zhuǎn)換成動能，并用畢托管測出其點(diǎn)流速值。測壓計(jì)10 的測壓管1、2 用以測量低水箱位置水頭，測壓管3、4 用以測量畢托管的全壓水頭和靜壓水頭，水位調(diào)節(jié)閥4 用以改變測點(diǎn)的流速大小。5圖 4.2畢托管結(jié)構(gòu)示意圖三、實(shí)驗(yàn)原理圖 4.3 畢托管測速原理圖uc 2g hkhk c 2g（4.

16、1）式中： u 畢托管測點(diǎn)處的點(diǎn)流速；c 畢托管的校正系數(shù)；h 畢托管全壓水頭與靜水壓頭差。u2g H（4.2）聯(lián)解上兩式可得c h / H（ 4.3）式中： u 測點(diǎn)處流速，由畢托管測定；測點(diǎn)流速系數(shù)；H 管嘴的作用水頭。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、準(zhǔn)備(a) 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱、作用性能， 搞清構(gòu)造特征、 實(shí)驗(yàn)原理。(b) 用醫(yī)塑管將上、下游水箱的測點(diǎn)分別與測壓計(jì)中的測管1、 2 相連通。 (c) 將畢托管對準(zhǔn)管嘴，距離管嘴出口處約23cm ，上緊固定螺絲。62、開啟水泵順時(shí)針打開調(diào)速器開關(guān)3，將流量調(diào)節(jié)到最大。3、排氣待上、下游溢流后， 用吸氣球 （如醫(yī)用洗耳球）放在測壓管口部抽吸，排除畢

17、托管及各連通管中的氣體，用靜水匣罩住畢托管，可檢查測壓計(jì)液面是否齊平，液面不齊平可能是空氣沒有排盡，必須重新排氣。4、測記各有關(guān)常數(shù)和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，填入實(shí)驗(yàn)表格。5、改變流速操作調(diào)節(jié)閥4 并相應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)速器3，使溢流量適中，共可獲得三個(gè)不同恒定水位與相應(yīng)的不同流速。改變流速后，按上述方法重復(fù)測量。6、完成下述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：（ 1）分別沿垂向和沿流向改變測點(diǎn)的位置，觀察管嘴淹沒射流的流速分布；（ 2）在有壓管道測量中，管道直徑相對畢托管的直徑在610 倍以內(nèi)時(shí)，誤差在 25%以上，不宜使用。試將畢托管頭部伸入到管嘴中，予以驗(yàn)證。7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，按上述 3 的方法檢查畢托管比壓計(jì)是否齊平。六、實(shí)驗(yàn)分析與討論

18、1. 利用測壓管測量點(diǎn)壓強(qiáng)時(shí)，為什么要排氣？怎樣檢驗(yàn)排凈與否？2. 畢托管的壓頭差hH之間的大小關(guān)系怎樣？為什么？和管嘴上下游水位差3. 所測的流速系數(shù) ? 說明了什么？4. 據(jù)激光測速儀檢測，距孔口 2-3cm? 為 0.996 ，試問本軸心處，其點(diǎn)流速系數(shù)實(shí)驗(yàn)的畢托管精度如何？如何率定畢托管的矯正系數(shù)c ？5. 普朗特畢托管的測速范圍為 0.2-2 m/ s，流速過小過大都不宜采用，為什么？另測速時(shí)要求探頭對正水流方向 ( 軸向安裝偏差不大于 10 度 ) ，試說明其原因 （低流速7可用傾斜壓差計(jì)）。6. 為什么在光、聲、電技術(shù)高度發(fā)展的今天，仍然常用畢托管這一傳統(tǒng)的流體測速儀器？8（五）

19、雷諾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、觀察層流、紊流的流態(tài)及其轉(zhuǎn)換特征；2、測定臨界雷諾數(shù)，掌握園管流態(tài)判別準(zhǔn)則；3、學(xué)習(xí)古典流體力學(xué)中應(yīng)用無量綱參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法，并了解其實(shí)用意義。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖5.1 所示：圖 5.1 自循環(huán)雷諾實(shí)驗(yàn)裝置圖1、自循環(huán)供水器；2實(shí)驗(yàn)臺；3可控硅無級調(diào)速器；4恒壓水箱；5有色水水管；6穩(wěn)水孔板7溢流板；8實(shí)驗(yàn)管道；9實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥。供水流量由無級調(diào)速器調(diào)控使恒壓水箱4 始終保持微溢流的程度，以提高進(jìn)口前水體穩(wěn)定度。本恒壓水箱還設(shè)有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水時(shí)間縮短到3 5 分鐘。有色水經(jīng)有色水水管5 注入實(shí)驗(yàn)管道8，可據(jù)有色水散開與否判別流態(tài)。為防止自循環(huán)

20、水污染，有色指示水采用自行消色的專用色水。三、實(shí)驗(yàn)原理vd4 Q4R eKQKdd四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、測記本實(shí)驗(yàn)的有關(guān)常數(shù)。92、觀察兩種流態(tài)。打開開關(guān)3 使水箱充水至溢流水位，經(jīng)穩(wěn)定后，微微開啟調(diào)節(jié)閥9，并注入顏色水于實(shí)驗(yàn)管內(nèi)，使顏色水流成一直線。通過顏色水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動觀察管內(nèi)水流的層流流態(tài)，然后逐步開大調(diào)節(jié)閥，通過顏色水直線的變化觀察層流轉(zhuǎn)變到紊流的水力特征，待管中出現(xiàn)完全紊流后，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥，觀察由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯乃μ卣鳌?、測定下臨界雷諾數(shù)。（ 1）將調(diào)節(jié)閥打開，使管中呈完全紊流，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥使流量減小。當(dāng)流量調(diào)節(jié)到使顏色水在全管剛呈現(xiàn)出一穩(wěn)定直線時(shí)，即為下臨界狀態(tài)；（ 2）

21、待管中出現(xiàn)下臨界狀態(tài)時(shí)，用體積法或電測法測定流量；（ 3）根據(jù)所測流量計(jì)算下臨界雷諾數(shù)，并與公認(rèn)值（ 2320）比較，偏離過大，需重測；（ 4）重新打開調(diào)節(jié)閥， 使其形成完全紊流， 按照上述步驟重復(fù)測量不少于三次；（ 5）同時(shí)用水箱中的溫度計(jì)測記水溫，從而求得水的運(yùn)動粘度。注意：a、每調(diào)節(jié)閥門一次，均需等待穩(wěn)定幾分鐘；b、關(guān)小閥門過程中，只許漸小，不許開大；c、隨出水流量減小，應(yīng)適當(dāng)調(diào)小開關(guān)（右旋），以減小溢流量引發(fā)的擾動。4、測定上臨界雷諾數(shù)逐漸開啟調(diào)節(jié)閥，使管中的水流由層流過渡到紊流，當(dāng)顏料有色水線剛開始散開時(shí)候，即為上臨界雷諾數(shù)，測定上臨界雷諾數(shù)12 次。五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與要求1.記錄、計(jì)算

22、有關(guān)常數(shù)管徑： d=cm；水溫： t=；計(jì)算常數(shù)： K=s/cm3。運(yùn)動粘度： v=0.01775/ （1+0.0377t+0.000221t2） =cm2/s2.整理、記錄計(jì)算表實(shí)驗(yàn)次數(shù)顏色水線水體積 V時(shí)間流量雷諾數(shù)閥門開度備注形態(tài)（cm3）T（s）Q（cm3/s）Re增減11023456實(shí)測下臨界雷諾數(shù)（平均值）Rec=注：顏色水形態(tài)：穩(wěn)定直線、穩(wěn)定略彎曲、直線擺動、直線抖動、斷續(xù)、完全散開等六 實(shí)驗(yàn)分析與討論1.流態(tài)判斷依據(jù)為何采用無量綱參數(shù)，而不采用臨界流速？2.為何認(rèn)為上臨界雷諾數(shù)無實(shí)際意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與紊流的判斷依據(jù)？實(shí)測下臨界雷諾數(shù)是多少？3.雷諾實(shí)驗(yàn)得出的圓管

23、流動下臨界雷諾數(shù)為2320 ，而目前有些教科書中介紹采用的下臨界雷諾數(shù)是2000，原因何在？4.試結(jié)合紊流機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察，分析有層流過渡到紊流的機(jī)理何在？5.分析層流和紊流在運(yùn)動特性和動力學(xué)特性方面各有何差異？11（七）沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊? 、加深了解圓管層流和紊流的沿程水頭損失隨平均流速變化的規(guī)律，繪制lg hf lg v 曲線；2、掌握管道沿程阻力系數(shù)的量測技術(shù)和應(yīng)用氣水壓差計(jì)及電測儀測量壓差的方法；3、將測得的Re 關(guān)系值與莫迪圖對比，分析其合理性，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)成果分析能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖7.1 所示圖 7.1 自循環(huán)沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)裝置圖1自循環(huán)高壓恒定全

24、自動供水器；2實(shí)驗(yàn)臺；3回水管；4水壓差計(jì)；6實(shí)驗(yàn)管道；7水銀壓差計(jì)； 8滑支測量尺；9測壓點(diǎn)；10實(shí)驗(yàn)流旱調(diào)節(jié)閥；11供水管與供水閥；12旁通管與旁通閥；13穩(wěn)壓筒。根據(jù)壓差測法不同，有兩種方式測壓差：1、低壓差時(shí)用水壓差計(jì)量測；2、高壓差時(shí)用電子量測儀（簡稱電測儀）量測。本實(shí)驗(yàn)裝置配備有：1、自動水泵與穩(wěn)壓器12自循環(huán)高壓恒定全自動供水器由離心泵、自動壓力開關(guān)、氣水壓力罐式穩(wěn)壓器等組成。壓力超高時(shí)能自動停機(jī)，過低時(shí)能自動開機(jī)。為避免因水泵直接向?qū)嶒?yàn)管道供水而造成的壓力波動等影響，離心泵的輸水是先進(jìn)入穩(wěn)壓器的壓力罐，經(jīng)穩(wěn)壓后再送向?qū)嶒?yàn)管道。241F1F2接測點(diǎn)33接測點(diǎn)4圖 7.21.壓力傳

25、感器；2.排氣旋鈕；3.連接管；4.主機(jī)2、旁通管與旁通閥由于本實(shí)驗(yàn)裝置所采用水泵的特性，在供小流量時(shí)有可能時(shí)開時(shí)停，從而造成供水壓力的較大波動，為了避免這種情況出現(xiàn)，供水器設(shè)有與蓄水箱直通的旁通管（圖中未標(biāo)出） 。通過分流可使水泵持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。旁通管中設(shè)有調(diào)節(jié)分流量至蓄水箱的閥門，即旁通閥，實(shí)驗(yàn)流量隨旁通閥開度減?。ǚ至髁繙p?。┒龃?。實(shí)際上旁通閥又是本裝置用以調(diào)節(jié)流量的重要閥門之一。3、穩(wěn)壓筒為了簡化排氣，并防止實(shí)驗(yàn)中再進(jìn)氣，在傳感器前連接由2 只充水（不滿頂）之密封立筒構(gòu)成。4、電測儀由壓力傳感器和主機(jī)兩部分組成，經(jīng)由連通管將其接入測點(diǎn)（圖7.2），壓差讀數(shù)（以厘米水柱為單位）通過主機(jī)顯

26、示。三、實(shí)驗(yàn)原理由達(dá)西公式hfL v2d 2g2gdhf12gdhf( d2/ Q)2hf得v2LK2（ 7.1）L4Q13K2 gd 5 / 8L另由能量方程對水平等直徑園管可得hf ( p1 p2 ) /（ 7.2）壓差可用壓差計(jì)或電測。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟準(zhǔn)備 I 對照裝置圖和說明， 搞清各組成部件的名稱、 作用及其工作原理； 檢查蓄水箱水位是否夠高及旁通閥 12 是否已關(guān)閉。 否則予以補(bǔ)水并關(guān)閉閥門； 記錄有關(guān)實(shí)驗(yàn)常數(shù)：工作管內(nèi)徑 d 和實(shí)驗(yàn)管長 L （標(biāo)志于蓄水箱） 。準(zhǔn)備 II啟動水泵。本供水裝置采用的是自動水泵，接通電源，全開閥12，打開供水閥 II，水泵自動開啟供水。準(zhǔn)備 III

27、調(diào)通量測系統(tǒng)。1、夾緊水壓計(jì)止水夾，打開出水閥10 和進(jìn)水閥11（逆時(shí)針），關(guān)閉旁通閥12（順時(shí)針），啟動水泵排除管道中的氣體。2、全開閥12、關(guān)閉閥10，松開水壓計(jì)止水夾，并旋松水壓計(jì)之旋塞F1 ，排除水壓計(jì)中的氣體。隨后，關(guān)閥11，開閥 10，使水壓計(jì)的液面降至標(biāo)尺零指示附近，即旋緊 F1 。再次開啟閥11 并立即關(guān)閉閥10。稍侯片刻檢查水壓計(jì)是否齊平，如不平則需重調(diào)。3、水壓計(jì)齊平時(shí)， 則右旋開電測儀排氣旋扭，對電測儀的連接水管通水、排氣，并將電測儀調(diào)至“000”顯示。4、實(shí)驗(yàn)裝置通水排氣后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量。在閥12、閥 11 全開的前提下，逐次開大出水閥 10，每次調(diào)節(jié)流量時(shí)，均需穩(wěn)

28、定23 分鐘，流量愈小，穩(wěn)定時(shí)間愈長；測流時(shí)間不小于810 秒；測流量的同時(shí)，需測記水壓計(jì)（或電測儀）、溫度計(jì)（溫度表應(yīng)掛在水箱中）等讀數(shù)：層流段：應(yīng)在水壓計(jì)h 20mmH2O （夏季） h 30mmH 2O （冬季） 量程范圍內(nèi)，測記 35 組數(shù)據(jù)。紊流段：夾緊水壓計(jì)止水夾、開大流量，用電測儀記錄h f 值，每次增量可按h 100cmH 2O 遞加，直至測出最大的h f 值。閥的操作次序是當(dāng)閥11、閥 10 開至最大后，逐漸關(guān)閥12，直至 hf 顯示最大值。5、結(jié)束實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)全開閥12，關(guān)閉閥 10，檢查水壓計(jì)與電測儀是否指示為零，14若均為零，則關(guān)閉閥11，切斷電源。否則，表明壓力計(jì)已進(jìn)氣

29、，需重做實(shí)驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及要求1.有關(guān)常數(shù)實(shí)驗(yàn)臺編號：圓管直徑d=cm，測量段長度L=85cm 。2 記錄及計(jì)算（見表7.1 表）3.繪圖分析，繪制lgv lgh f 曲線，并確定指數(shù)關(guān)系值m 的大小。在厘米紙上以lgv 為橫坐標(biāo)， 以 lghf 為縱坐標(biāo)， 點(diǎn)繪制所測量的lgv lgh f 關(guān)系曲線， 根據(jù)具體情況連成一段或幾段直線。求厘米紙上直線的斜率lg hf 2lg h f 1mlg v2lg v1將從圖上求得的m 值與已知個(gè)流區(qū)的m 值（即層流 m=1 ，光滑管流區(qū) m=1.75 ，粗糙管紊流區(qū)m=2.0，紊流過渡區(qū)1.75<m<2.0 ）進(jìn)行比較，確定流區(qū)。六、實(shí)驗(yàn)分

30、析與討論1. 為什么壓差計(jì)的水柱差就是沿程水力損失？如實(shí)驗(yàn)管道安裝成傾斜，是否影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？2. 根據(jù)實(shí)際測量 m 值判斷本實(shí)驗(yàn)的流區(qū)？3. 實(shí)際工程中鋼管中的流動大多數(shù)為光滑紊流或者紊流過渡區(qū)，而水電站泄洪洞流動大多數(shù)為紊流阻力平方區(qū)，其原因是什么？4. 管道的當(dāng)量粗糙度如何測得？5. 本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與莫迪圖吻合與否？試分析其原因？151（八）局部阻力損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、掌握三點(diǎn)法、四點(diǎn)法量測局部阻力系數(shù)的技能；2 、通過對園管突擴(kuò)局部阻力系數(shù)的表達(dá)公式和突縮局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析，熟悉用理論分析法和經(jīng)驗(yàn)法建立函數(shù)式的途徑：3、加深對局部阻力損失機(jī)理的理解。二、實(shí)驗(yàn)裝置本

31、實(shí)驗(yàn)裝置如圖8.1 所示485961071112123456321圖 8.1局部阻力系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置圖1. 自循環(huán)供水器 ; 2. 實(shí)驗(yàn)臺 ; 3. 可控硅無級調(diào)速器 ; 4. 恒壓水箱 ; 5. 溢流板 ; 6. 穩(wěn)水孔板 ; 7. 突然擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)管段 ; 8. 測壓計(jì); 9. 滑動測量尺 ; 10. 測壓管 ; 11. 突然收縮實(shí)驗(yàn)管段 ; 12. 實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥 .實(shí)驗(yàn)管道由小大小三種已知管徑的管道組成，共設(shè)有六個(gè)測壓孔，測孔13 和 3 6 分別測量突擴(kuò)和突縮的局部阻力系數(shù)。其中測孔1 位于突擴(kuò)界面處，用以測量小管出口端壓強(qiáng)值。三、實(shí)驗(yàn)原理寫出局部阻力前后兩斷面能量方程，根據(jù)推導(dǎo)條件，扣除沿

32、程水頭損失可得：1、突然擴(kuò)大采用三點(diǎn)法計(jì)算，下式中實(shí)測hje( z1p1 )2ehje /12g理論e(1A1) 2A2hjeea122ghf 1 2 由 h f 2 3 按流長比例換算得出。2p2 )21 ( z22h f 1 2 2g2g2、突然縮小1采用四點(diǎn)法計(jì)算，下式中B 點(diǎn)為突縮點(diǎn)， h f 4 B 由 h f 3 4換算得出， hfB 5 由 h f 5 6 換算得出。p4 )2p5 )2實(shí)測h js(Z44h f 4 B ( Z55h fB 5 2g2g2sh js /52g經(jīng)驗(yàn)s0.5(1A5 )A32hjss52 g四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、測記實(shí)驗(yàn)有關(guān)常數(shù)。2、打開電子調(diào)速器開

33、關(guān)，使恒壓水箱充水，排除實(shí)驗(yàn)管道中的滯留氣體。待水箱溢流后，檢查泄水閥全關(guān)時(shí)，各測壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。3、打開泄水閥至最大開度，待流量穩(wěn)定后，測記測壓管讀數(shù)，同時(shí)用體積法或用電測法測記流量。4、改變泄水閥開度34 次，分別測記測壓管讀數(shù)及流量。5、實(shí)驗(yàn)完成后關(guān)閉泄水閥，檢查測壓管液面是否齊平？否則，需重做。表 1局部阻力損失實(shí)驗(yàn)記錄表2表 2局部阻力損失實(shí)驗(yàn)記錄表3(二)泵特性曲線實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?. 掌握水泵的基本測試技術(shù)，了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器儀表的性能和操作方法；2. 測定 P-100 自吸泵的工作特性，畫出特性曲線；二、實(shí)驗(yàn)裝置儀器裝置簡圖如下圖所示。1. 功率表；

34、2. 電機(jī)電源插座；3. 光電轉(zhuǎn)速儀；4. 電動機(jī)；5. 穩(wěn)水壓力灌；6. 功率表開關(guān)；7. 輸水管道；8. P-100 自吸泵；9. 流量調(diào)節(jié)閥；10. 壓力表；11. 壓力傳感器；12. 文丘里流量計(jì)；13. 儲水箱；14. 進(jìn)水閥；15. 壓力真空表；16. 壓差電測儀；17. 電測儀穩(wěn)壓筒；18. 壓力表 ;19. 穩(wěn)壓筒；4三、實(shí)驗(yàn)原理對應(yīng)某一額定轉(zhuǎn)速 n，泵的實(shí)際揚(yáng)程 H ，軸功率 N，總效率與泵的出水流量 Q 之間的系以曲線表示，稱為泵的特征曲線。它反映出泵的工作性能，可以作為選擇泵的依據(jù)。泵的特征曲線可用下列三個(gè)函數(shù)關(guān)系表示H=f 1（ Q）N=f 2（ Q）=f 3（Q）這些

35、函數(shù)關(guān)系均可由實(shí)驗(yàn)測定，其測定方法如下：1、流量 Q（10-6 m3/s）用文丘里流量計(jì)12，壓差電測儀16 測量，并根據(jù)下式確定Q 值Q=A （ h）B（ 1）式中： A 、 B預(yù)先經(jīng)過標(biāo)定得出的系數(shù)，隨儀器提供； h文丘里流量計(jì)的測壓管水頭差，由壓差電測儀 16 讀出（單位 cm 水柱）；Q流量（ 10-6 m3/s）；2、實(shí)際揚(yáng)程H（ m 水柱）泵的實(shí)際揚(yáng)程是指水泵出口斷面與進(jìn)口斷面之間總能頭差，是在測定泵進(jìn)、出口壓強(qiáng)，流速和測壓表表位差后， 經(jīng)計(jì)算求得。 由于本實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)各點(diǎn)流速較小， 流速水頭可以忽略不計(jì)，故有：H=102 （ hd hs）（2）式中： H 揚(yáng)程（ m 水柱）；hd

36、水泵出口壓強(qiáng)（ Mpa ）；hs水泵進(jìn)口壓強(qiáng)（ Mpa ），真空值用“ -”表示；3、軸功率（泵的輸入功率）N（W）N=P0× 電（3）P0=K × P（4）3P0P0P02c（） d /100（ 5）電ab（）100100100式中： K 功率表表頭值轉(zhuǎn)換成實(shí)際功率瓦特?cái)?shù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)；P功率表讀數(shù)值（W ）；電 電動機(jī)效率；a、 b、 c、 d電機(jī)效率擬合公式系數(shù)，預(yù)先標(biāo)定提供。4、總效率gHQN100%（ 6）式中：水的容重1000kg/m 3；g重量加速度（g=9.8m/s2）；5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果按額定轉(zhuǎn)速的換算如果泵實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速 n 與額定轉(zhuǎn)速 nsp 不同，且轉(zhuǎn)速滿足 |（ n-nsp）/nsp× 100%|<20% ，則應(yīng)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果按下面各式進(jìn)行換算：Q0 Qnsp（7）n52H 0Hnsp（8）n3N 0Nnsp（ 9）n0（ 10）式中：帶下標(biāo)“0”的各參數(shù)都指額定轉(zhuǎn)速下的值。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1. 準(zhǔn)備：對照實(shí)驗(yàn)圖，熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱與作用，檢查水系統(tǒng)和電系統(tǒng)的連接是否正確，蓄水箱的水量是否達(dá)到規(guī)定要求，記錄有關(guān)常數(shù)。2.排氣：全開閥門 9 和 14，接通電源開啟水泵（泵啟動前，功率表開關(guān)6 一定要置于“關(guān)”的位