
工程流体力学实验指导书(完整).docx
25页《工程流体力学》实验指导书开课单位:机械电子工程系开课实验室:机械电子工程系流体力学实验室编写:邓晓刚审核:李良2011年2月目录目录I前言III工程流体力学实验规程IV(一)水静力学综合实验1一、实验目的1二、实验设备1三、实验原理1四、实验步骤2五、实验数据记录及处理3六、讨论3(二)流线演示实验4一、实验目的4二、实验设备和仪器4三、实验步骤4(三)伯努利能量方程实验测定6一、实验目的6二、实验设备6三、实验准备工作7四、实验步骤7五、结束实验8六、思考8(四)雷诺数的测定10一、实验目的10二、实验装置10三、实验原理10四、实验步骤11五、实验数据记录及计算12六、思考12(五)节流式流量计测量实验13一、实验目的13二、实验原理13四、实验步骤14五、注意事项14六、思考题14(六)流动阻力水头损失测量实验16一、实验目的和要求16二、实验仪器和设备16三、实验原理17四、实验步骤17五、思考18(七)孔口与喷嘴出流实验19一、实验目的19二、实验原理19三、实验设备20四、实验步骤20五、注意事项21六、思考题21I刖曰工程流体力学实验,是工程流体力学课程教学的不可分割的一部分。
通过课带实验,除了验证有关基本定理、巩固学生所学理论知识以外,还可以培养学生正确使用水泵、阀门、压力仪表、各种流量计,正确处理实验数据、分析实验结果以及撰写实验报告的能力这对于培养工科学生严谨的科学研究态度,培养应用型本科专门人才具有十分重要的意义经过长时间的建设,流体力学实验室已经拥有了一批基本满足本科工程流体力学课带实验需用的实验仪器设备通过指导书的实验原理和设备的介绍,可以让学生在实验前能进行充分预习,掌握实验的大致目标和操作步骤,以及实验过程中需要注意的一些事项,能促使学生在实验过程中正确进行仪器操作,顺利测定对应的实验数据,且为实验数据的记录提供了规范的记录表格这就为实验后学生完成实验报告奠定了坚实的基础根据各本科专业工程流体力学课程实验大纲的项目要求,在课程组全体老师充分讨论的基础上,为全面提高实验课教学质量,工程流体力学课程组特编写了这本实验指导书本实验指导书的内容包括工程流体力学实验规则、实验基本测量仪器及其操作、实验项目说明及实验数据记录等限于学术水平,书中错误难免敬请各位老师和同学批评指正重庆科技学院机械与动力工程学院机械电子工程系2011.2iii工程流体力学实验规程1、学生必须按时到指定实验室做实验,不得迟到。
2、实验前,学生必须预习实验指导书规定的有关内容实验时,经指导教师检查认可后,才能开始做实验准备3、学生应独立完成实验准备工作在启动设备之前,需经指导教师检查认可4、实验时,要严肃认真,正确操作,仔细观察,真实记录实验数据的结果不许喧闹谈笑,不做与实验无关的事,不动与实验无关的设备,不进入与实验无关的场所5、实验中要注意安全,遵守《实验室安全规则》及有关的操作规程6、仪器设备发生不正常现象时,应及时报告指导教师发生人身安全事故时,应立即切断相应的电源、气源等,并听从指导教师的指导,要沉着冷静,不要惊慌失措7、实验中,如发现仪器设备损坏,应及时报告,查明原因凡届违反操作规程导致设备损坏的,要追究责任,照意赔偿8、实验结束时,实验数据要指导教师审阅、签字,并整理好实验现场后,方可离去9、学生要进入开放实验室做自行设计的实验时,应事先和有关实验室联系,报告自己的实验目的、内容和所需实验仪器,经同意后,在实验室安排的时间内进行10、学生因某项实验不合格需重做者,或未按规定时间做实验而要补做者,必须交纳实验仪器设备折旧费、实验器材和水电消耗费11、本守则学校授权教务处实验室与设备管理科负责解释IV(一)水静力学综合实验一、实验目的加深理解静力学基本方程式及等压面的概念。
验证静止液体中,不同点对丁同一基准面z^=C的测压管水头为常数(即电)1. 理解封闭容器内静止液体表面压力及其液体内部某空间点的压力3.观察压力传递现象建立液体表面压强P>Pa,P<Pa的概念,并观察真空测现象压、,“…、…管4..学习利用U形管测量及液体密度测二、实验设备!水静压强综合实验台:板三、实验原理在重力作用下,水静力学基本方程为::g它表明:当质量力仅为重力时,静止液体内部任意点对同_P_一基准面的z与改两项之El阀门nxn排旬阀门Po压水箱IIIIIIIII油图1.1水静压强实验台示意图和为常数重力作用下,液体中任何一点静止水压强p=pPghP为液体表面压强8PoAPa为正压;Po H为液面下降高度四、实验步骤如果对密闭容器的液体表面加压时,其容器内部的压力向各个方向传递,在右侧的测压管中,可以看到由丁A,B、两点在容器内的淹没深度h不同,在压力向各点传递时,先到A点后到B点在测压管中反应出的是A管的液柱先上升而B管的液柱滞后一点也在上升,当停止加压时,A、B两点在同一水平■面上1.关闭排气阀,用加压器缓慢加压,U形管出现压差△",在加压的同时,观察右侧A、B管的液柱上升情况2. 打开排气阀,使液面恢复到同一水平■面上,关闭排气阀,打开密闭容器底部的水门,放出一部分水,造成容器内压力下降实验过程中,需要注意以下几点:1、加压或卸压时速度不宜过快,仔细观察U型测压管中的液体高度变化,防止气泡进入水箱2、在测记测压管液面标高时,一定要待液面稳定后再测读数若Po未变而测压管水面持续变化时,则表明阀门漏气,应采取修复措施3、由丁毛细管现象的影响,液面呈凹面形状,读数时一定要在平■稳状态下按凹面底部位置读取4、实验完成后,必须活洁实验装置并放空水箱中的水,以免有机玻璃变色五、实验数据记录及处理实验条件组数A管水柱高差B管水柱高差po值(按绝对压力计算)P0=pa1P0>pa123po 3、用该设备是否可以测出其他液体的重度?为什么?(二)流线演示实验一、实验目的1、应用流动演示仪演示各种不同边界条件下的水流形态,以观察在不同边界条件下的流线、旋涡等,增强对流体运动特性的认识2、应用流动演示仪演示水流绕过不同形状物体的驻点、尾流、涡街现象及非自由射流等,增强对这些现象的感性认识二、实验设备和仪器流线可以形象地显示各种水流形态及其水流内部质点运动的特性而通过各种演示设备就可以演示出流线常用的有烟风洞、氢气泡显示设备,及流动演示仪等现以流动演示仪为例加以说明图2-1为流动演示仪的示意图,该仪器用有机玻璃制成,通过在水流中掺气的方法,演示不同边界条件下的多种水流现象,并显示相应的流线整个仪器有不同的单元组成每个单元都是一套独立的装置,可以单独使用,亦可同时使用图2.1流线演示仪三、实验步骤(一)、操作程序1、接通电源,打开开关2、用调节进气量旋钮,调节气泡大小二)演示内容I型:显示圆柱绕流等的流线,该单元装置能十分活楚地显示出流体在驻点处的停滞现象、边界层分离状态分离状况及卡门涡街现象1、驻点:观察流经圆柱前端驻点处的小气泡运动特性,可了解流速与压强沿圆柱周边的变化情况2、边界层分离:流线显示了圆柱绕流边界层分离现象,可观察边界层分离点的位置及分离后的回流形态。 3、卡门涡街:即圆珠柱的轴与水流方向垂直,在圆柱的两个对称点上产生边界层分离,然后不断交替在圆柱下游两侧产生旋转方向相反的旋涡,并流向下游II型:显示桥墩、机翼绕流的流线该桥墩为圆珠笔头方尾的绕流体水流在桥墩后的尾流区内也产生卡门涡街,并可观察水流绕过机翼时的运动状态用型:显示逐渐收缩、逐渐扩散及通过孔板(或丁坝)纵剖面上的流线图像1、在逐渐收缩段,流线均匀收缩,无旋涡产生;在逐渐扩散段可看到边界层层分离而产生明显的漩涡2、在孔板前,流线逐渐收缩,汇集于孔板的过流孔口处,只在拐角处有一小旋涡出现;孔板后水流逐渐扩散,并在主流区周围形成较大的旋涡回流区IV型:显示管道突然扩大和突然收缩时的管道纵剖面上的流线图像1、在突然扩大段出现强烈的旋涡区2、在突然收缩段仅在拐角处出现旋涡3、在直角转变处,流线弯曲,越靠近弯道内侧流速越小,由于水流通道很不畅顺,回流区范围较广四、注意事项此处注意调节进气阀的进气量,使气泡大小适中,流动演示更活晰五、思考题1、旋涡区与水流能量损失有什么关系?2、指出演示设备中的急变流区3、空化现象为什么常常发生在旋涡区中?4、卡门涡街具有什么特征?对绕流物体有什么影响?(三)伯努利能量方程实验测定一、实验目的1、观察流体流经能量方程试验管的能量转化情况,对实验中出现的现象进行分析,加深对能量方程的理解;2、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能:3、验证静压原理。 4、进一步掌握有压管流中,动能、压能和位置能三者之间的转换关系5、测定管道的测压管水头和总水头值,并绘制管道的测压管水头线及总水头线实验设备本实验台由压差板、实验管道、水泵、实验桌和计量水箱等组成图3.1能量方程实验台示意图每一组测压管都有两种不同的测点位置:,测量对应截面一种是测点处丁管道中心位置,称为毕托管测压管(后续课堂内容会讲到)的总水头H=Z+P+U(全压)注意这里的速度u为管道中心处的点流速,与截面平■均速42g度v有所差异但在紊流状态下两者之间差异有限另一种是测点处丁管道壁面,称为普通测压管,测量对应截面的静压头,即只包含Z和£2两项全压与静压之差,称为动压,即—02g三、实验准备工作1、熟悉实验设备,分活毕托管测压管和普通测压管的区别以及各自表征的物理量2、接上各导压胶管;3、检验测压板是否与水平■线垂直;4、启动电泵使水工作循环,检查各处是否有漏水的现象5、用手堵住出水口突然放水,重复几次,直至使实验管中的气泡排除关闭尾阀,检查各个测压管水位高度是否在同一水平■线上,如果不在同一水平■线上,说明有气泡存在,必须全部排除否则测量数据无效四、实验步骤1、验证静压原理:启动电泵,关闭给水阀,此时能量方程试验管上各个测压管的液柱高度相同,因管内的水不流动没有流动损失,因此静水头的连线为一平行基准线的水平线,即在静止不可压缩均匀重力流体中,任意点单位重量的位势能和压力势能之和(总势能)保持不变,测点的高度和测点位置的前后无关,记下四组数据丁表二的最下方格中。 2、测速:能量方程试验管。












