流体力学实验指导书.docx

《工程流体力学》实验指导书与报告工程热物理教研室流体力学实验室编班级： 姓名： 学号： 华北电力大学能源与动力工程学院图1流体力学综合试验台结构示意图1.储水箱2.循环回水管3.上水管4.溢流管5.溢流板6.水堰7.稳流板8.雷诺颜色水总成9.计量水箱10.实验台桌实验一.雷诺实验 1实验二能量方程实验 3实验三管路损失综合实验 5附注：量侧水箱=20X20.5 cm2实验一雷诺实验一. 验目的实1-通过层流.紊流的流态观测和临界雷诺数的测量分析，掌握圆管流态转化的规律；2. 进一步掌握层流•紊流两种流态的运动学特性与动力学特性；3-学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义二. 实验类型验证型三. 实验仪器在流体力学综合实验台中（图1所示），雷诺实验涉及的部分有高位水箱•雷诺数实验管•阀门.伯 努力方程实验管道•颜料水（蓝墨水）盒及其控制阀门.上水阀•出水阀，水泵和计量水箱等，秒表 及温度计自备四. 实验原理其中：V水体积cm 3五. 实验方法与步骤1•记录本实验有关常数；2•将实验台的各个阀门置于关闭状态开启水泵，全开上水阀门，把水箱注满水，再调节上水阀 门，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不变。

3. 用温度计测量水温4. 观察两种状态打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针流出，颜料水和雷诺实验管中的水迅速混合成均匀的淡颜 色水，此时雷诺实验管中的流动状态为紊流；随着出水阀门的不断的关小，颜料水与雷诺实验管中的 水渗混程度逐渐减弱，直至颜料水与雷诺实验管中形成一条清晰的线流，此时雷诺实验管中的流动为 层流5. 测定下临界雷诺数打开出水阀门，使管中呈完全紊流，再逐步关小阀门使流量减小，当流量调节到使颜色水在管中 刚刚拉直成一条直线状态时，即为下临界状态待管中出现临界状态时，用体积法测定流量，根据所 测流量计算下临界雷诺数，同时由水箱中的温度计测记水温，从而查得水的运动粘度注：流量不可开得过大，以免引起水箱中的水体紊动，若因水箱中水体紊动而干扰进口水流时，须关 闭阀门，静止3~5分钟，再按步骤（5）重复进行6. 测定上临界雷诺数逐渐开启阀门，使管中水流由层流过度到紊流，当颜色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测 定上临界雷诺数六. 实验报告1.有关常数实验台号：管径Dcm水温T°C运动粘度vcm 2/s2. 记录表格与计算表格I.阀门开度由关闭至开［t］（测定上临界过程雷诺数）测量次数颜色水线形态水体积V cm 3量测时间T s流量Q cm 3 / s雷诺数1233 .本次实验测得圆管流动下临界雷诺数为多少？而目前一般教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000,为什么？实验二不可压缩流体恒定流能量方程实验一. 实验目的1-掌握流速.流量.压强等动水力学水力要素的实验测量技术；2・验证流体恒定总流的能量方程；3-通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换 特性。

二. 实验类型验证型三. 实验仪器流体力学综合实验台中，能量方程实验部分涉及的有上水箱•能量方程实验管•上水阀门.出水 阀门.水泵.测压管板（图1中未给出）和计量水箱等四. 实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面可以列出进口断面（1）至断面（i）的能量方程 式 （i=2, 3, ,n）P a r 27 P a r 2 pg + 2 g 1 — i +宙 + 2 g 1 + w 1-i取a = a =...a =1,选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出Z + P值，测出通过管1 2 n Y路的流量，即可计算出断面的平均流速及f，从而即可得到各断面测管水头和总水头2 g五. 实验方法与步骤1. 开启水泵，全开水阀门使水箱注满水，再调节上水阀门，使水箱水位始终保持不变，并有少 量溢出检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，否则进行排气调平；2. 打开泄水阀，观测测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关 系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况；3. 调节泄水阀，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量；六. 实验报告1.有关常数 实验台号：测点编号12345678管径cm( P)2. Z +—— 记录表格(基准面选在标尺的零点上)I P g )、液柱高度次数hlh2h 3h 4h5h 6h 7h 8水体积V cm 3量测时间T s123-P 仲23.总水头Z + —+ 计算表格P g 2 g ,测点测量次数、2468流量Q cm3 is1.总水头2.总水头3总水头4. 绘制任意两个流量下的测压管水头线，试简要分析随着流量的增加，同一测点测压管水头线有何变 化？实验三管路损失综合实验一、 实验目的1） 加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律；2） 对照雷诺实验，观察层流和紊流两种流态及其转换过程；3） 掌握管道沿程阻力系数测量技术；4） 将测得的Re〜久关系值与莫迪图对比，分析其合理性；5） 加深对局部阻力损失机理的理解；6） 学习并掌握用板孔式流量计测量流量的技术；7） 通过学生自己设计实验内容，提高学生分析问题和解决问题的能力。

二、 实验类型综合型三、 实验仪器流体力学综合实验台中，管路综合实验部分涉及的有上水箱、沿程损失实验管、局部损失实验 管、上水阀门、出水阀门、水泵、孔板和计量水箱等四、 实验原理1. 沿程水头损失与流速关系对沿程阻力两测点的断面列能量方程Z +% + 结=z +% + 竺! + h1 Pg 2g 2 pg 2g 川2因实验管段水平，且为均匀流动：:.z = z ; d = d ; u = u ; h = h1 2 1 2 1 2 w r得：h = p / p g 一 p / p g = Ah上式中：hw :测压管水头差即为沿程水头损失由此式求得沿程水头损失，同时根据实测流量计算平均流速V，将所得hw. V数据点绘在 对数坐标纸上，就可确定沿程水头损失与流速的关系2, 沿程阻力系数测定对沿程阻力两点的端面列能量方程得h = p1 / p g - p / p g = Ah由达西公式：h =X -L/d-U2/2g用体积法测得流量，并计算出断面平均流速，即可求得沿程阻力系数人人=2gdh / L - U23. 局部阻力损失系数测定U 2 * p U 2 * p +° U 22g P g 2 g p g 2 gA u =A u6 6 7 7U 2 p U 2 p °U 22 g P g 2 g P g 2 g4. 孔板实验原理由于在管道中安置了孔扳，流束在孔扳前方一定距离处便开始收缩，在孔板后某距离处达到最小 截面（缩颈），接着逐渐扩大到整个管道截面。

随着流束的收缩，流束增大，静压下降流体通过孔扳 时，有能量损失，而且这种损失随着流束的增大而增大当管道内的流量变化时，孔扳前后便会产生 不同的静压降AP，借助于测量孔扳前后的压降，便可计算出流量对11，12两断面列能量方程（水平放置，位置水头相等）得：气1 U 11 = A 12 U 12U 2 p U 2 p U 2—11 + —11 =―12 +―12 +C —122 g P g 2 g p g 2 g考虑管道粗糙度与孔扳圆孔进口边缘不尖锐度等因素的影响，流量计算式：q = C AjIgZh式中：Cq为孔扳流量系数，由《工程流体力学》第二版第145页表5-4查出（非表内所列管径或以值的C q可按内插法推算）；m为几何尺寸系数（m = d 史11 = 0.7）五、 实验内容和要求1. 实验设计设计实验测定一段管路在某一流量下的总损失，该管路实验前由老师指定，其中包括等直径 直管的长度，局部损失的类型等；实验前设计出记录所需的图表；2. 损失系数的测量测量几个流量下，管道沿程损失和局部损失系数；3. 孔板流量计测量流量4. 计算管路的总损失选取一个比较合适的流量，计算在该流量下，所给管道的总损失。

六、 注意事项1. 等到水开始溢流后，排除测压管中的气体在关闭尾阀的条件下，检查两根测压管的液位 是否在同一平面上，从而判断气体是否排完2. 实验必须在水流稳定后方可进行3. 测量沿程水头损失时，压差下降要均匀，便于绘制曲线，提高实验精度4. 计算局部水头损失系数时，应注意选择相应的流速水头：所选量测断面应选在渐变流断面 上，尤其下游断面应选在旋涡区的末端，即主流恢复并充满全管断面上5. 在某个流量的损失系数可以通过插值的办法获得七、实验报告（一）沿程水头损失实验1. 有关常数实验台号：测点编号1 2管径cm两点间距L cm水温°C2.记录表格测量次数水体积V cm 3时间T s流量Q cm 3 / s测压管读数cmh,h21233 .计算表格测量次数流速v cm s雷诺数运动粘度 u cm 2 s沿程损失h于 cm沿程阻力损失系数力R < 2320人=R~123（二）局部阻力损失实验1.有关常数实验台号:管径 d3 = D1 Cm管径d广d广d§气Cm管径 d7= d8= D3 cm动能修正系数a =l5-620.0cml7-820.0cm2.记录表格测量次数流量 cm3 s测压管读数 cm体积时间流量hhhhh1233 .计算表格测量次数阻力形式流量Qcm3 /s前断面cm后断面cmh cm 'av22gEav22 gE1突扩段231突缩段23其中：厂——局部阻力系数理论值E 总水头（三）思考题1.为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？实验管道安装成向下倾斜，是否影响实验成果?2. 产生突扩与突缩局部。