流体力学实验指导书.doc

试验一 流淌演示试验〔一〕雷诺试验一、 试验目的１、 观看流体在管内流淌的不同流态２、 层流和湍流的判别二、 试验原理流体流淌有两种不同流态，即层流和湍流流体作层流流淌时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，喘流时流体质点在沿管轴流淌的同时还做着杂乱无章的随机运动雷诺 数是推断流淌型态的特征数假设流体在圆管内流淌，雷诺数可用下式表示10Re =d × u × rm式中：d —— 管内径，m;u —— 流速, m∕s，ρ —— 流体密度, kg∕m³，μ —— 流体黏度，Pa•s一般，Re < 2023 时，流淌型态为层流；Re > 4000 时，流淌为喘流在两者之间时， 有时为层流，有时为喘流，流淌型态与环境有关对于确定温度下的流体，在特定的圆管内流淌时，雷诺数仅与流速有关本试验通过转变水在管内的流速，观看流体在管内流淌型态的变化三、 试验装置试验装置见图１-1图中 4 为高位槽，试验时水由此高位槽进入玻璃管 5槽内设有溢流槽 3，用以维持平稳、恒定的液面试验时翻开流量把握阀 7，水即由高位槽进入观看用的玻璃管 5 中，着色水由高位玻璃瓶 1 经阀 9 调整流量，通过针形孔进入玻璃管 5 中心处。

调整阀门7 和阀门 9，转变流体流速，可以在玻璃管 5 内观看到不同的流淌形态流量很小，流体处于层流时，着色水的流淌呈一条直线；随着水流量的渐渐加大，着色水由直线开头抖动，继而着色水被扰动成波状前进；随着水流量的连续加大，着色细线变为螺旋前进，再增大流量则消灭断裂、旋涡、混合，最终完全与水流主体混在一起，整个水都染上了颜色四、 试验内容和主要试验步骤１、 翻开进水阀，向高位槽4 送水，使高位槽内的水成溢流状态，以保持高位槽内液位恒定２、 关闭水流量把握阀 7，翻开着色水流量把握阀 9，观擦着色此时在玻璃管中的状态当着色水流出 5cm 左右后，缓慢翻开水流量把握阀7，使水流量尽可能的小，观看层流时流速分布曲线的性状及层流时着色水的流淌状况３、 待玻璃管内的层流流淌稳定后，缓慢调整流量把握阀7, 渐渐增大水的流量， 观看着色水的流淌有何变化，并测定流量，计算不同流淌型态时的雷诺数图 1-1 雷诺试验装置流程1——高位玻璃瓶；2——进水管；3——溢流槽；4——高位水槽；5——玻璃管；6——转子流量计；7——流量调整阀；8——放水阀门；9——着色水流量把握阀〔二〕流线演示试验一、试验目的及内容观看流体经过的流道：突然扩大、突然缩小、绕过物体流淌时的边界层分别，形成漩涡的现象。

二、试验步骤1、 翻开水泵按钮，使泵工作，调整水箱调整钮，使水流中有小气泡消灭2、观看水在流淌过程中流线的变化形式与漩涡的形成3、连续调整水泵的调整旋钮，观看不同流速下的流线的变化形式与漩涡的大小〔三〕柏努利方程试验一、 试验目的通过试验加深对流体流淌中压强水头、速度水头和位置水头的概念及各种能量之间相互转换关系的理解，在此根底上把握柏努利方程二、 试验原理１、 流淌的流体具有位能、动能、压力能，它们可以相互转换黏度为零的抱负流体，由于不存在摩擦损失，因此在同一管路的任何截面上，尽管三种机械能彼此不愿定相等， 但这三种机械能的总和是相等的２、 实际流体由于存在内摩擦，流淌过程中总有一局部机械能因摩擦和碰橦，使局部能量转化为热能转化为热能的机械能是不能恢复的所以对实际流体来说，两个截面上的机械能的总和是不相等的，两者的差额就是流体在这两个截面之间因摩擦和碰橦损失了的机械能３、 任何两个截面上，压强水头、速度水头和位置水头三者总和的差值即为损失压头，它表示液体流经这两个截面之间时机械能的损失三、 试验装置试验装置见图 2-１试验时水由高位槽 2 进入玻璃管 6，高位槽 2 内设有溢流槽 1，用以维持平稳、恒定的液面，该试验管路分为四段，准确的数值标在设备上。

阀 7 供调整流量用四、 试验步骤1、翻开进水阀，向高位槽 2 送水，使高位槽内的水成溢流状态，以保持高位槽内液位恒定2、流淌稳定后由测压管 4 读取各截面的静压头，由测压管 5 读取各截面的总压头3、调整阀门 7，转变流量，重复上述试验 6-8 次a b c d图 2-1 能量转换流程示意图1——溢流槽；2——高位水槽；3——进水管；4——静压头测量管；5——总压头测量管；6——试验测试 管路；7——流量调整阀；8——转子流量计五、 留意事项1、流量调整阀须缓慢关小，以免造成流量突然下降，使测压管中的水溢出2、必需排出试验导管内的空气泡试验一思考题：1、影响流淌形态的因素有哪些？2、假设管子是不透亮的，不能通过直接观看来推断管中的流淌型态，应如何来推断管中的流淌型态？3、争辩流淌型态有何意义？4、在输送流体时，为何要避开漩涡的形成？5、为何在传热、传质过程中要形成漩涡？6、流体在管道内流淌时涉及那些能量？7、对于不行压缩流体在水平不等径管内流淌，流速与管径的关系为何？试验二 流量计性能测定试验一、试验目的1、了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点2、把握流量计的标定方法3、了解节流式流量计流量系数 C 随雷诺数 Re 的变化规律，流量系数 C 确实定方法。

4、学习合理选择坐标系的方法二、试验内容1、了解孔板、转子、涡轮番量计的构造及工作原理2、测定节流式流量计〔孔板或文丘利〕的流量标定曲线3、测定节流式流量计的雷诺数Re 和流量系C 数的关系三、试验原理流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：2(P - P )上 下rV = CAs 0S式中：V — 被测流体(水)的体积流量，m3/s；C — 流量系数，无因次；A — 流量计节流孔截面积，m2；0P - P上 下— 流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ；r — 被测流体(水)的密度，kg／m3 用涡轮番量计或转子流量计作为标准流量计来测量流量V 每一个流量在压差计上都S有一对应的读数，将压差计读数△P 和流量 V 绘制成一条曲线，即流量标定曲线同时用s上式整理数据可进一步得到C—Re 关系曲线四、试验装置试验装置见图 4-1图 4-1 流量计标定试验流程图1-水箱；2-真空表；3-离心泵；4-压力表；5、6-阀；7-孔板流量 8-文丘里流量计；9-涡轮番量计；10-转子流量计五、试验步骤1、检查流量调整阀 5、压力表的开关及真空表的开关是否关闭(应关闭)。

2. 启动离心泵，缓慢翻开调整阀 5 至全开待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，翻开压力表和真空表的开关，方可测取数据3. 测取数据的顺行可从最大流量至0，或反之一般测 8-10 组数据4. 每次测量同时记录：流量、压力表、真空表的读数及流体温度六、 思考题1、为什么要进展流量计的标定？2、进展流量计标定时要留意哪些事项？试验三 流体阻力测定试验一、试验目的P⒈学习长管沿程损失△ 、沿程阻力损失系数l的测定方法f⒉把握直管摩擦系数l与雷诺数 Re 之间的关系及其变化规律⒊学习压强差的几种测量方法和技巧⒌把握坐标系的选用二、 试验装置试验装置见图 3-1图 3-11-通风机；2-试验管道；3-整流金属网； 4、5、6-压差计本次试验的流量用进口集流器测流量的方法得到各测压点压强分别由U 型管、补偿式微压计或倾斜压力计测量三、、试验原理直管摩擦系数l与雷诺数 Re 的测定：流体在管道内流淌时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力流体在直管内流淌阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系：h = DPff rl u 2= l d 2〔3-1〕λ =Re =式中： d - 管径，m ；DP2d× fr × l u2d × u × rm〔3-2〕〔3-3〕DP - 直管阻力引起的压强降，Pa；fl - 管长，m；u - 流速，m / s；r - 流体的密度，kg / m3；m - 流体的粘度，N·s / m2。

直管摩擦系数λ 与雷诺数Re 之间有确定的关系，这个关系一般用曲线来表示在试验装置中，直管段管长l 和管径 d 都已固定假设温度、压力确定，则空气的密度ρ 和粘度μ 也是定值所以本试验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△P 与流速 u〔流量 V〕之f间的关系依据试验数据和式〔3-2〕可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ ，用式〔3-3〕计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ 与 Re 的关系曲线流体的流量用下式计算：DpraQ » 63.4d 2( m ³/min〕 (3-4)式中：△p—进口处压强，Pa；ρ—气体密度，kg / m3；Pr = aRTa(3-5 )Ｒ＝２８８．５J/(Kg K)四、试验方法１、将补偿式微压计调零２、启动通风机３、将管道进口处的测压管接到补偿式微压计的相应测压口 ４、用贴片法转变流体流量，每转变一次，侧一次压强，三个压差计要同时读测６－８ 个点流量可由大到小也可由小到大测量５、关闭通风机五、 思考题本试验用空气为工作介质做出的λ与 Re`关系曲线，对其他流体能否使用？为什么？参考书：１、 陈可城. 流体力学试验技术.北京：机械工业出版社，1983。

２、 高学平.高等流体力学.天津：天津大学出版社，2023３、 郭荣良，郭清南，祝世兴.流体力学及应用.北京：机械工业出版社，1996４、 白扩社.流体力学.北京：机械工业出版社，2023试验四 水击现象演示一、演示目的1、观看有压管道上水击的发生及水击发生时的现象，加深对水击的理解2、了解水击压强的测量、水击现象的利用和水击危害的消退方法二、演示设备自循环水击综合试验仪如以以下图所示：1、恒压供水箱；2、水击扬水机出水管；3、气压表；4、扬水机截止阀；5、压力室；6、调压筒；7、水泵；8、水泵吸水管；9、供水管；10、调压筒截止阀；11、水击发生阀；12、逆止阀；13、水击室；14、集水箱；15、底座三、演示工作原理水泵 7 能把集水箱 14 中的水送入恒压供水箱 1 中，水箱 1 设有溢流板和回水管，能使水箱中的水位保持恒定工作水流自水箱 1 经供水管 9 和水击室 13，再通过水击发生阀 11 的阀孔流出，回到集水箱 14试验时，先全关阀 10 和 4，触发起动阀 11当水流通过阀 11 时，水的冲击力使阀 11 向上运动而瞬时关闭截止水流，因而在供水管9 的末端首先产生最大的水击升压，并使水击室13 同时到达这一水击压强。

水击升压以水击波的形式快速沿着压力管道向上游传。