流体力学实验指导书

《工程流体力学》工程热物理教研室流体力学试验室编班级：姓名：学号：华北电力大学--II-BB图1 流体力学综合试验台构造示意图1.2.3.4.5.溢流板6.7.8.9.10.试验台桌-III--III-目 录试验一．雷诺试验试验二能量方程试验试验三管路损失综合试验附注：量侧水箱=20×20.5cm2

……………… 1……………… 3……………… 5--10-一．验目的实通过层流．紊流的流态观测和临界雷诺数的测量分析，把握圆管流态转化的规律；进一步把握层流．紊流两种流态的运动学特性与动力学特性；学习古典流体力学中应用无量纲参数进展试验争论的方法，并了解其有用意义。二．试验类型验证型三．试验仪器〔图1所示努力方程试验管道．颜料水〔蓝墨水〕盒及其把握阀门．上水阀．出水阀，水泵和计量水箱等，秒表及温度计自备。四．试验原理R de v

4Qdv

QVT其中：V水体积cm3五．试验方法与步骤记录本试验有关常数；将试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，再调整上水阀门，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不变。用温度计测量水温。观看两种状态翻开颜料水把握阀，使颜料水从注入针流出，颜料水和雷诺试验管中的水快速混合成均匀的淡颜色水，此时雷诺试验管中的流淌状态为紊流；随着出水阀门的不断的关小，颜料水与雷诺试验管中的水渗混程度渐渐减弱，直至颜料水与雷诺试验管中形成一条清楚的线流，此时雷诺试验管中的流淌为层流。测定下临界雷诺数翻开出水阀门，使管中呈完全紊流，再逐步关小阀门使流量减小，当流量调整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。待管中消灭临界状态时，用体积法测定流量，依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：流量不行开得过大，以免引起水箱中的水体紊动，假设因水箱中水体紊动而干扰进口水流时，须关3~5分钟，再按步骤〔5〕重复进展。测定上临界雷诺数定上临界雷诺数。六．试验报告管径D管径Dcm水温T℃运动粘度vcm2s记录表格与计算表格阀门开度由关闭至开[↑]〔测定上临界过程雷诺数〕水体积水体积量测时间流量雷诺数测量次数颜色水线形态Vcm3TsQcm3sRe123阀门开度由开至关闭[↓]〔测定下临界过程雷诺数〕水体积水体积量测时间流量雷诺数测量次数颜色水线形态Vcm3TsQcm3sRe123注：颜色水线形态指：稳定直线，稳定略弯曲，旋转，断续，直线抖动，完全散开等。本次试验测得圆管流淌下临界雷诺数为多少？而目前一般教科书中介绍承受的下临界雷诺数是2023，为什么？试验二不行压缩流体恒定流能量方程试验一．试验目的把握流速．流量．压强等动水力学水力要素的试验测量技术；验证流体恒定总流的能量方程；通过对动水力学诸多水力现象的试验分析争论，进一步把握有压管流中动水力学的能量转换特性。二．试验类型验证型三．试验仪器流体力学综合试验台中，能量方程试验局部涉及的有上水箱．能量方程试验管．上水阀门．出水阀门．水泵．测压管板〔1中未给出〕和计量水箱等。四．试验原理在试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〕Z P ar2 Z P ar2 h111g

1 1 2g

ii g

i i 2g

w1i取aa1

an

1,选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出Z PP

值，测出通过管路的流量，即可计算出断面的平均流速 及五．试验方法与步骤

a22g

，从而即可得到各断面测管水头和总水头。开启水泵，全开水阀门使水箱注满水，再调整上水阀门，使水箱水位始终保持不变，并有少量溢出。检查泄水阀关闭时全部测压管水面是否齐平，否则进展排气调平；翻开泄水阀，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，观看当流量增加或削减时测压管水头的变化状况；调整泄水阀，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记试验流量；六．试验报告测点编号cm测点编号cm123456782.Z液柱高度水体积液柱高度水体积量测时间h1h2h3h4h5h6h7h8次数123Vcm3Ts

Pg记录表格〔基准面选在标尺的零点上〕 P av 2 总水头Z 计算表格 g 2g测点流量2 4 6 8测量次数测点流量2 4 6 8测量次数Qcm3s⒈总水头⒉3总水头总水头一、试验目的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；比照雷诺试验，观看层流和紊流两种流态及其转换过程；把握管道沿程阻力系数测量技术；将测得的Re～λ关系值与莫迪图比照，分析其合理性；加深对局部阻力损失机理的理解；学习并把握用板孔式流量计测量流量的技术；通过学生自己设计试验内容，提高学生分析问题和解决问题的力气。二、试验类型综合型三、试验仪器流体力学综合试验台中，管路综合试验局部涉及的有上水箱、沿程损失试验管、局部损失试验管、上水阀门、出水阀门、水泵、孔板和计量水箱等。四、试验原理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p v2 p v2z 111z 222h1 g 2g

2 g 2g

w12因试验管段水平，且为均匀流淌：zz;d1 2 1

d;u2

u;h h2 w rhr

p/gp1

/gh上式中：h ：测压管水头差即为沿程水头损失。w由此式求得沿程水头损失，同时依据实测流量计算平均流速V，将所得h ．V数据点绘在w对数坐标纸上，就可确定沿程水头损失与流速的关系。沿程阻力系数测定对沿程阻力两点的端面列能量方程得由达西公式：

hpr 1

/gp2

/ghhL/du2/2gr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2gdhr

/Lu2局部阻力损失系数测定

AA3 3 5 5 2 3 3

2 5

p552 2 2g g 2g g 2gAA6 6 7 7 2 6 6

2p 77p

/72 2g g 2g g 2g2 孔板试验原理由于在管道中安置了孔扳，流束在孔扳前方确定距离处便开头收缩，在孔板后某距离处到达最小截面〔缩颈时，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P，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：A A 11 11 12 122 11

p 211 12

p12

2 122g g 2g g 2g考虑管道粗糙度与孔扳圆孔进口边缘不锐利度等因素的影响，流量计算式：2g2ghv q式中：Cq

为孔扳流量系数，由《工程流体力学》其次版第145页表5-4查出〔非表内所列管径或m值的Cq

可按内插法推算；m为几何尺寸系数〔m

d 0.7。12 11五、试验内容和要求试验设计设计试验测定一段管路在某一流量下的总损失，该管路试验前由教师指定，其中包括等直径直管的长度，局部损失的类型等；试验前设计出记录所需的图表；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；孔板流量计测量流量计算管路的总损失选取一个比较适宜的流量，计算在该流量下，所给管道的总损失。六、留意事项等到水开头溢流后，排解测压管中的气体。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，从而推断气体是否排完。试验必需在水流稳定前方可进展。测量沿程水头损失时，压差下降要均匀，便于绘制曲线，提高试验精度。计算局部水头损失系数时，应留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，即主流恢复并布满全管断面上。在某个流量的损失系数可以通过插值的方法获得。七、试验报告〔一〕沿程水头损失试验有关常数试验台号：测点编号测点编号12cm两点间距L 水温℃记录表格水体积水体积时间流量测压管读数cm测量次数Vcm3TsQcm3sh1h2123计算表格流速流速雷诺数运动粘度沿程损失v cmsRecm2 sfcm沿程阻力损失系数R 232064Ree测量次数h123〔二〕局部阻力损失试验管径d管径d3Dcm1管径d4d5d6D cm2管径d7d8D cm3动能修正系数=l20.0cml20.0cm56 7812123测量次数流量体积cm3时间s流量h测压管读数h hcmhh35 678流量Q流量Q前断面cm后断面cmh测量次阻力j”22Ecm数 形式 cm3 s av E av2g 2g1突2扩3段1突2缩3段

”——局部阻力系数理论值E 〔三〕思考题为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？试验管道安装成向下倾斜，是否影响试验成果？产生突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在那里？分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系。怎样减小局部阻力损失。分析局部损失的试验值