热工基础实验指导书流体力学实验

《热工根底》课程课程编号：438121物理与信息工程系前 言试验总体目标: 把握热工根本学问、热工试验方法和热工试验技能适用专业年级: 热能与动力工程；第三学期、第四学期试验课时安排: 36学时序号试验工程要求类型每组试验1 常用热工仪表的使用必验证人数2学时22 空气定压比热测定试验必验证223 二氮化碳PVT关系争论试验必验证224 喷管特性试验必综合245 雷诺和伯努利方程综合试验必验证226 孔口与管嘴流量系数试验必综合227 文丘里流量计及孔板流量计测定试验必综合228 稳态法导热系数测量试验必争论229 恒热流准稳态平板法测定材料热物性必争论2210 中温法向辐射时物体黑度测定试验必综合2211 空气横掠圆柱体时局部换热系数的测定试验必争论2413 换热器综合试验必综合2414 热电偶校验必争论2415 毕托管测速试验必综合225雷偌和伯努利方程综合试验A雷诺试验1、观看流体在不同流淌状态时流淌质点的运动规律。2、观看流体由层流变为紊流及由紊流变为层流的过渡过程。3、测定液体〔水〕在圆管中流淌的临界雷诺数即下临界雷诺数，学会其测定的方法。二、试验设备及要求本试验主要使用设备为：LBZ-1雷偌和伯努利方程综合试验台。5-1所示。颜色罐恒定水箱恒定水箱测压板调整器放气阀佰努力管调整阀雷诺管供水调整阀水箱及水泵回水管1雷偌和伯努利方程综合试验装置示意图三、试验原理保持水箱的水位恒定，即水头H不变。假设管路中出水阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均流速V一条红色直线，其流体质点没有垂直于主流方向的横向运动，红色直线没有与四周的液体混杂，象，液体的流淌呈临界状态。假设将出水阀门连续开大，消灭流体质点的横向脉动，使红色线完全集中与自来水混合，此时流体的流淌状态为紊流运动。雷诺数就是表征流体流淌特性的一个重要参数。用 Re表示，有：ReVd/ 〔5-1〕式中，Vdd=27mm；为水的运动粘性系数。其中，流速V有： VQ/A 〔5-2〕式中，Q为流量；A为管路的横截面积，有Ad2/4。流量Q用体积法可测出，即在Δt时间内流入量筒中流体的体积V。QV/t 〔5-3〕四、试验内容与步骤1、试验前的预备翻开进水阀门后，启动水泵，向恒水位水箱加水。在水箱的水位到达溢流水平，并保持肯定的溢流。测量流体温度。2、测定临界雷诺数Recr将试验管中的水流调到较小的流速，将一般钢笔水倒进颜色水盒。开启下部小阀门，动，颜色水没有与四周的液体混杂，而是层次清楚的向前流淌。此时的流体即为层流〔假设看不到这种现象，可再认真调整上水阀门和尾部阀门，知道看到有色直线为止〕缓慢地渐渐开大出水阀门，可观看到有色流线开头消灭脉动，但流体质点还没有到达相互交换的程度，即象征为流体流淌状态开头转换的临界状态〔上临界点，此时的流速即为上临界流速。连续开大阀门，会消灭流体质点的横向脉动，色线与水全部混合，此时流态为湍流。度时，可看到试验管中色液出口处开头有有色脉动流线消灭，但还没有到达转变为层流的状态，此时，即象征为湍流装变为层流的临界状态〔下临界点。连续关小阀门，试验管中会再次消灭细直色线，流体流态变为层流。测定此时的流量，用记录水箱测量出水流的流量体积。重复三次，即可算出下临界雷诺数。将测试结果记入试验记录表中。五、记录与计算表5-1测试结果记录表次数次数V〔m3〕tsQ(m3/s)V(m/s)Recr123水温= ℃； 运动粘性系数= m2/s；〔查表见附表1〕六、思考题1、试验时为什么要保持溢流状态？2、比较实测的临界雷诺数和工程上采的临界雷诺数，分析误差缘由。七、留意事项1、操作过程需要认真认真，试验时需要相互协作，分工合作，观看与记录试验过程。2、试验时要保持溢流状态。一、试验目的1、观看流体流经试验管的能量转化状况，对现象进展分析，加深对能量方程的理解。2、验证静压原理。3、把握一种测量流体流速的方法。二、试验设备及要求本试验主要使用设备为：LBZ-1雷偌和伯努利方程综合试验台。5-1所示。三、试验原理与步骤1、验证静压原理的位势能和压力势能之和保持不变，测点的高度和测点的前后位置无关。2、伯努利方程实际流体都是有粘性的，在流淌过程中由于磨擦而造成能量损失，能量方程变为：p 2 p 2Z11 Z 22

〔5-6〕1 r 2g 2 r 2g L其中能量损失hL

是由沿程损失hf

和局部损失hm

两局部组成。3、观看和计算流体流经试验管中能量损失的状况过水断面的能量由位能、压能、动能三局部组成。在试验管道各断面设置测压管和测速管，即可测出三种能量沿程变化的实际状况。测压管中水位显示的是位能和压能之和，即能量方程中之前两项：Zp，即静压；测速rp p 管中水位显示的是位能、压能、动能之和，即能量方程中三项之和：Z ，为全压。r 2g计算。测试的数据填入表中。伯努利试验管工况点试验数据记录体积〔cm3〕时间(s)流量体积〔cm3〕时间(s)流量(cm3/s)序12345号全静全静全静全静全静压压压压压压压压压压1234564、测量管内轴心处流体速度2gh能量方程试验管上的每一组测压管都相当于一个皮托管，可测得管内任意一点的流体点速2gh皮托管求点速度公式：V P

〔5-4〕求平均流速公式：V

Q 〔5-5〕A依据以上公式计算某一工况各测点处的轴心速度和平均流速添入表格，可验证出连续性方程。对于不行压缩流体稳定的流淌，当流量肯定时，管径粗的地方流速小，细的地方流速大。工程1234工程1234序号点速度点速度Vp〔m/s〕平均速度V〔m/s〕.管内径〔mm〕1t/℃标准大气下水的物理性质密度/kgm-3 运动粘度×10-6/m2s-10999.81.78551000.01.57910999.71.30615999.11.13920998.21.00325997.00.89330995.70.80040992.20.65850988.00.55360983.20.47470977.80.41380971.80.36490955.30.3266孔口与管嘴流量系数试验一、试验目的1、观看典型孔口和管嘴自由出流的水力现象与圆柱管嘴的局部真空现象。2、测定孔口、管嘴出流的各项系数：出流断面收缩系数，流量系数，流速系数和阻力系数。二、试验设备及要求本试验主要使用设备为：KGZ-1孔口管嘴试验仪。持水头恒定，孔口和管嘴上安装门盖以掌握出流。三、试验原理1、孔口出流原理d/H0.1d/2C—CAc

AAc

A。称为收缩系数。1-1，收缩断面C-Cp v2

p v2

v2H 1 11

c cc

c 〔6-1〕0 g 2g g 2g 2gV2H0由〔6-2〕可得

)c 〔6-2〕c 2g112112gH0cc1c2gH0令 1c2gH0c

〔6-4〕式中：Vc

——孔口出流断面上的流速m/s。 ——孔口流速系数，依据实测，由于

=0.06，所以c1c10.061c10.06

0.97H0——孔口的作用水头〔m〕QAVcc设,则有：

A2gH2gH02gH0Q2gH0

Ac22gH0

A，即有

〔6-4〕〔6-5〕Q——孔口出流的流量。——孔口的流量系数。QA 2gH0将以上各式进展反推，可得孔口出流的各项系数QA 2gH0

cAAA流速系数：阻力系数：112因此，测出Q、H、A、Ac。即可求出各项系数。2、管嘴出流原理如图二所示，当器壁较厚或孔口上加接短管并且器壁厚度或管长相当于孔口直径的3～4倍时，则称作管嘴，也叫做厚壁孔口。这种出流现象称作管嘴出流。管嘴出流的特点是，水股先在管局部阻力损失和水股收缩断面扩大的局部阻力损失，沿程损失无视不计。QA 2gH01。管嘴出流各项系数计算公式如下：QA 2gH01管嘴流速系数：

管嘴阻力系数：112四、试验内容与步骤一、记录试验仪器尺寸参数d孔口

d管嘴

H体积法，由计量水箱计量。秒表自备。二、孔口与管嘴出流的流量测量1、启动水泵，并调整供水阀门使水箱有微量溢流，使液面保持恒定不变，分别翻开各孔口管嘴的前盖进展试验。2、观看各种薄壁孔口出流水股的收缩现象，测量出流收缩断面尺寸，计算收缩断面面积，测量孔口收缩管嘴的作用水头，一般应测3～53、依据泄流槽上的刻度读出孔口与管嘴出流的流量，将试验结果记录入表6-14、依据实测数据，计算各项系数,分析争论试验结果。6-1试验结果记录表仪器常数：孔口直径d孔口

= cm； 水头H = cm；管嘴直径d管嘴

= cm分布类别分布类别孔口圆形孔口矩形管嘴直管嘴管嘴锥管嘴A〔cm3〕收缩直径dc〔cm〕收缩断面c真空度收缩系数流量系数流速系数：流股形态五、思考题流速系数1.0？为什么？六、留意事项1、过程中应保持微小溢流；2、本仪器有实测管嘴真空值的装置，但一般达不到理论值，即作用水头的0.75倍。14毕托管测速试验一、试验目的12二、试验设备试验台由试验桌、自循环供水箱、水位调整阀、稳压水箱、漂浮管嘴、毕托管、滑轨、回水箱、测压管、滑动测尺等组成。三、试验原理1、毕托管测速公式：

2ghu2gh

〔14-1〕式中：u——毕托管测点处的点流速C——毕托管的校正系数，C=1。2gHΔh2gHu

〔14-2〕式中：u——测点处流速，由毕托管测定——测点流速系数ΔH——管嘴的作用水头由以上两式可得测点流速系数计算式：h/h/H

〔14-3〕四、试验内容与步骤1、生疏试验装置各局部的名称，作用性能和毕托管的构造特征，以及试验原理。并测记各有关的常数和试验参数，添入试验表格。2、用软胶管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管相连通，将毕托管对准管嘴，距离3CM，在滑轨上进展固定。3、开启水泵，将流量调整至最大。待上下游溢流后，准时排解毕托管及连通管中的气体，方可进展试验。测点流速测点流速系数测点流速测点流速系数44、分别沿纵向和垂向转变测点位