流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)-2011年

1、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)（二）流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)為多用途實(shí)驗(yàn)裝置，利用這種實(shí)驗(yàn)臺(tái)可進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：一、 雷諾數(shù)實(shí)驗(yàn)（必做）；二、沿程水頭損失與流速的關(guān)系（必做）三、能量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)（必做）；四文丘里流量計(jì)校正實(shí)驗(yàn)其結(jié)構(gòu)示意圖如圖0-1所示。圖0-1 流體力學(xué)綜合試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖1. 儲(chǔ)水箱 2.上水流量調(diào)節(jié)閥 3. 回水管 4.恒壓水箱 5.顏料供給系統(tǒng)6.標(biāo)尺組及滑板7.測(cè)壓管固定板 8. 雷諾實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)9.綜合流量調(diào)節(jié)、切斷閥10. 接水箱該實(shí)驗(yàn)裝置流量計(jì)量采用體積法。每次測(cè)定一定定容積和接水時(shí)間，從而計(jì)算實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的流量或標(biāo)準(zhǔn)流量。實(shí)驗(yàn)一、 雷諾實(shí)驗(yàn)(必做)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）觀(guān)察流體在管道中

2、的流動(dòng)狀態(tài)； （2）測(cè)定幾種狀態(tài)下的雷諾數(shù)； （3）了解流態(tài)與雷諾數(shù)的關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)裝置在流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)中，雷諾實(shí)驗(yàn)涉及的部分有高位水箱、雷諾數(shù)實(shí)驗(yàn)管、調(diào)節(jié)尾部閥門(mén)、顏料水（可由甲基蘭配制或藍(lán)墨水）盒及其控制閥門(mén)、上水閥、出水閥，水泵和計(jì)量水箱等，溫度計(jì)自備。能量方程實(shí)驗(yàn)管道上的閥門(mén)始終處于關(guān)閉狀態(tài)。3、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備 （1）、將實(shí)驗(yàn)臺(tái)的各個(gè)閥門(mén)置于關(guān)閉狀態(tài)。開(kāi)啟水泵，全開(kāi)水箱下的上水閥門(mén)，把水箱注滿(mǎn)水，再調(diào)節(jié)上水閥門(mén)，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不變。 （2）、用溫度計(jì)測(cè)量水溫。 圖1-1 流體力學(xué)綜合試驗(yàn)臺(tái)雷諾實(shí)驗(yàn)示意圖1.儲(chǔ)水箱 2.上水流量調(diào)節(jié)閥 3.恒壓水箱 4.顏料流量調(diào)節(jié)閥

3、5.墨盒 6.實(shí)驗(yàn)管段 7.流量調(diào)節(jié)閥 8.計(jì)量水箱 9.回水管 10.實(shí)驗(yàn)桌 4、實(shí)驗(yàn)方法 （1）、觀(guān)察狀態(tài) 檢查系統(tǒng)正常后，接通電源，打開(kāi)水泵開(kāi)關(guān)上水。關(guān)閉能量方程實(shí)驗(yàn)管道上的閥門(mén)。調(diào)節(jié)上水流量調(diào)節(jié)閥2使恒壓水箱中的溢流板有少量溢流。調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥7，排除實(shí)驗(yàn)管內(nèi)的氣泡，然后把流量調(diào)小，約管內(nèi)水為層流狀態(tài)。打開(kāi)顏料水控制閥，使顏料水從注入針流出，顏料水和雷諾實(shí)驗(yàn)管中的水迅速混合成均勻的淡顏色水，此時(shí)雷諾實(shí)驗(yàn)管中的流動(dòng)狀態(tài)為紊流；隨著出水閥門(mén)的不斷的關(guān)小，顏料水與雷諾實(shí)驗(yàn)管中的水摻混程度逐漸減弱，直至顏料水與雷諾實(shí)驗(yàn)管中形成一條清晰的線(xiàn)流，此時(shí)雷諾實(shí)驗(yàn)管中的流動(dòng)為層流。 （2）測(cè)定幾種狀態(tài)下

4、的雷諾系數(shù) 全開(kāi)出水閥門(mén)7，然后在逐漸關(guān)閉出水閥門(mén)7，直至能開(kāi)始保持雷諾實(shí)驗(yàn)管內(nèi)的顏料水流動(dòng)狀態(tài)為層流狀態(tài)。按照從小流量到大流量的順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在每一個(gè)狀態(tài)下用電測(cè)法測(cè)量體積流量，用溫度計(jì)測(cè)量水溫，并求出相應(yīng)的雷諾數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，可繪制出雷諾數(shù)與流量的關(guān)系曲線(xiàn)。（3）測(cè)定下臨界雷諾數(shù)調(diào)整出水閥門(mén)，使雷諾實(shí)驗(yàn)管中的流動(dòng)處于紊流狀態(tài)，然后緩緩地逐漸關(guān)小出水閥門(mén)，觀(guān)察管內(nèi)顏料水流的變動(dòng)情況。當(dāng)關(guān)小到某一程度時(shí)，管內(nèi)的顏料水開(kāi)始成為一條直線(xiàn)的線(xiàn)流，即為紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯南屡R界狀態(tài)。記下此時(shí)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，求出下臨界雷諾數(shù)。4)觀(guān)察層流狀態(tài)下的速度分布關(guān)閉出水閥門(mén)，用手?jǐn)D壓顏料水開(kāi)關(guān)的膠管二到三下

5、，使顏料水在一小段管內(nèi)擴(kuò)散到整個(gè)斷面。然后，再微微打開(kāi)出水閥門(mén)，管內(nèi)呈層流流動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)即可觀(guān)察到水的層流流動(dòng)時(shí)呈拋物線(xiàn)狀，演示出管內(nèi)水流流速分布。注：每調(diào)節(jié)閥門(mén)一次，均需等待穩(wěn)定幾分鐘。關(guān)小閥門(mén)過(guò)程中，只許漸小，不許開(kāi)大。隨著出水流量減少，應(yīng)調(diào)小上水閥門(mén)，以減少溢流水量引發(fā)的振動(dòng)。5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：水溫：t= ，查表插值得， d= mm。流速： 雷諾數(shù)： 實(shí)驗(yàn)記錄表 項(xiàng)次 目數(shù)Qcm3/sVcm3Tscm/sRe12345圖1-2實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)臨界雷諾數(shù)：不同溫度下水的粘度()()01.7921.792400.6540.65951.5191.519450.5970.603101.3101.3105

6、00.5490.556151.1451.146600.4690.478201.0091.011700.4060.415250.8950.897800.3570.367300.8000.803900.3170.328350.7210.7251000.2840.296實(shí)驗(yàn)二、 沿程水頭損失與流速的關(guān)系（必做）1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證沿程水頭損失與平均流速的關(guān)系。 2實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作 在綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)上安裝沿程阻力測(cè)試管，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)個(gè)閥門(mén)置于關(guān)閉狀態(tài)，開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)管道閥門(mén)，將泵開(kāi)啟，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否有泄露；排放導(dǎo)壓膠管中的空氣。3實(shí)驗(yàn)原理 圖3-1 沿程水頭損失與平均流速的關(guān)系實(shí)驗(yàn)管段 對(duì)沿程阻力兩測(cè)點(diǎn)的斷面列能量方程 因

7、實(shí)驗(yàn)管段水平，且為均勻流動(dòng)： 得： 上式中： ：測(cè)壓管水頭差即為沿程水頭損失。 由此式求得沿程水頭損失，同時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)流量計(jì)算平均流速V，將所得，V數(shù)據(jù)點(diǎn)繪在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，就可確定沿程水頭損失與流速的關(guān)系。4實(shí)驗(yàn)步驟 1）開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥門(mén)，測(cè)讀測(cè)壓計(jì)水面差； 2）用電測(cè)法測(cè)量流量，并計(jì)算出平均流速； 3）將實(shí)驗(yàn)的與計(jì)算得出的值標(biāo)入對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙內(nèi)，以橫座標(biāo)為流速，縱座標(biāo)為沿程阻力損失，繪出lghf-lg關(guān)系曲線(xiàn)； 4）調(diào)節(jié)閥門(mén)逐次由大到小，共測(cè)定10次；使流速經(jīng)過(guò)紊流區(qū)、過(guò)渡區(qū)、和層流區(qū)。5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線(xiàn)繪制 儀器常數(shù)：d= 1.4 cm, A= cm2L= 0.5 m, t= 表 3-1Noh1(cm

8、)h2(cm)hf(cm)V(cm3)lghf(cm3)t(s)q(cm3/s)(cm/s)lg12345678三伯努利方程實(shí)驗(yàn)（必做）一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀(guān)察流體流經(jīng)能量方程試驗(yàn)管的能量轉(zhuǎn)化情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，加深對(duì)能量方程的理解；2 掌握一種測(cè)量流體流速的原理：3 驗(yàn)證靜壓原理。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)臺(tái)由壓差板、實(shí)驗(yàn)管道、水泵、實(shí)驗(yàn)桌和計(jì)量水箱等組成。圖一 能量方程實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖實(shí)驗(yàn)臺(tái)由儲(chǔ)水箱及潛水泵，不銹鋼恒壓，位置不同高度、突然擴(kuò)大突然縮小的帶調(diào)節(jié)尾門(mén)的實(shí)驗(yàn)管段，全壓、靜壓測(cè)壓管，標(biāo)尺、測(cè)壓板，不銹鋼會(huì)水箱，實(shí)驗(yàn)桌等組成。三、 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作：1將回水管放于計(jì)量水箱的回水側(cè)

9、2接上各導(dǎo)壓膠管 3檢驗(yàn)測(cè)壓板是否與水平線(xiàn)垂直 4啟動(dòng)電泵使水工作循環(huán)5 檢查各處是否有漏水的現(xiàn)象。6用手堵住出水口突然放水，重復(fù)幾次，直至使實(shí)驗(yàn)管中的氣泡排除 7關(guān)閉尾閥，檢查各個(gè)測(cè)壓管水位高度是否在同一水平線(xiàn)上，如果不在同一水平線(xiàn)上，說(shuō)明有氣泡存在，必須把其排除，直至達(dá)到同一水平線(xiàn)。四、 幾種實(shí)驗(yàn)方法和要求：1 驗(yàn)證靜壓原理：?jiǎn)?dòng)電泵，關(guān)閉給水閥，此時(shí)能量方程試驗(yàn)管上各個(gè)測(cè)壓管的液柱高度相同，因管內(nèi)的水不流動(dòng)沒(méi)有流動(dòng)損失，因此靜水頭的連線(xiàn)為一平行基準(zhǔn)線(xiàn)的水平線(xiàn)，即在靜止不可壓縮均勻重力流體中，任意點(diǎn)單位重量的位勢(shì)能和壓力勢(shì)能之和（總勢(shì)能）保持不變，測(cè)點(diǎn)的高度和測(cè)點(diǎn)位置的前后無(wú)關(guān)，記下四組數(shù)

10、據(jù)于表二的最下方格中。2 測(cè)速：能量方程試驗(yàn)管上的四組測(cè)壓管的任一組都相當(dāng)于一個(gè)畢托管，可測(cè)得管內(nèi)任一點(diǎn)的流測(cè) 點(diǎn)1-12-23-34-45-56-6Q次數(shù)全壓cm靜壓cm全壓cm靜壓cm全壓cm靜壓cm全壓cm靜壓cm全壓cm靜壓cm全壓cm靜壓cm12345表二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表體點(diǎn)速度，本試驗(yàn)已將測(cè)壓管開(kāi)口位置在能量方程試驗(yàn)管的軸心，故所測(cè)得的動(dòng)壓為軸心處的，即最大速度。畢托管求點(diǎn)速度公式： 利用這一公式和求平均流速公式（）計(jì)算某一工況（如表中工況2平均速度欄）各測(cè)點(diǎn)處的軸心速度和平均流速得到表一表一 測(cè)點(diǎn)項(xiàng)目1-12-23-34-45-56-6點(diǎn)速度Vs（m/s）平均速度（m/s）表一還很清

11、楚的說(shuō)明了連續(xù)性方程，對(duì)于不可壓縮流體穩(wěn)定地流動(dòng)，當(dāng)流量一定時(shí)，管徑粗的地方流速小，細(xì)的地方流速大。3 觀(guān)察和計(jì)算流體、管徑，能量方程試驗(yàn)管（伯努利管）對(duì)能量損失的情況：在能量方程試驗(yàn)管上布置八對(duì)測(cè)壓管，測(cè)量1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6、7-7、8-8截面上的總壓和靜壓，全開(kāi)給水閥門(mén)，觀(guān)察總壓沿著水流方向的下降情況，這說(shuō)明流體的總勢(shì)能沿著流體的流動(dòng)方向是減少的，改變給水閥門(mén)的開(kāi)度，同時(shí)用計(jì)量水箱和秒表測(cè)定不同閥門(mén)開(kāi)度下的流量及相應(yīng)的八組測(cè)壓管液柱高度，記到數(shù)據(jù)表中。根據(jù)以上數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，繪出流量下的各種水頭線(xiàn)，并解釋圖中現(xiàn)象。思考題:自行設(shè)計(jì)一個(gè)表格，用所取得的數(shù)據(jù)，計(jì)算突

12、然擴(kuò)大斷面和突然縮小斷面的局部水頭損失及局部阻力系數(shù)。實(shí)驗(yàn)四、 文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)（必做）1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1）通過(guò)測(cè)定流量系數(shù)，掌握文丘里流量計(jì)測(cè)量管道流量的技術(shù)。 2）驗(yàn)證能量方程的正確性。2、實(shí)驗(yàn)原理： 圖8 文丘里測(cè)試簡(jiǎn)圖在文丘里流量計(jì)上取斷面1-1，2-2列能量方程，令 ,不計(jì)水頭損失，可得 （1）由連續(xù)性方程 （2） 得： 代入（1）式，可得流量的計(jì)算公式如下：式中為兩斷面測(cè)壓管水頭差。令：并定義為儀器常數(shù)。于是但在實(shí)際測(cè)量中，由于水頭損失的存在。實(shí)際流量略小于計(jì)算流量Q。令為流量常數(shù)。則實(shí)際流量為。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：，3、 實(shí)驗(yàn)方法與步驟 1 測(cè)量各有關(guān)常數(shù) 2 打開(kāi)水泵，調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén)，全開(kāi)出水閥門(mén)，使壓差達(dá)到測(cè)壓計(jì)可測(cè)量的最大高度。 3測(cè)讀壓差，同時(shí)用體積法測(cè)量流量。 4逐次關(guān)小調(diào)節(jié)閥，改變流量79次，注意調(diào)節(jié)閥門(mén)應(yīng)緩慢。 5 把測(cè)量值記錄在實(shí)驗(yàn)表格內(nèi)，并進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。 6 如測(cè)管內(nèi)液面波動(dòng)時(shí)，應(yīng)取平均值。4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及要求 1 記錄計(jì)算有關(guān)數(shù)據(jù)。 d1= cm, d2= cm, 水溫 t= 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄列表實(shí)驗(yàn)次數(shù)測(cè)壓管讀數(shù) (m3)t(s)(m3/s)h=h1-h2(10-2m)(1