流體力學(xué)綜合試驗(yàn)儀說明書

1、DB-LLZ 流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書目錄11125677上海頂邦教育設(shè)備有限公司流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書一、概述本實(shí)驗(yàn)裝置是由雷諾實(shí)驗(yàn)、柏努利實(shí)驗(yàn)、沿程阻力實(shí)驗(yàn)和局部阻力實(shí)驗(yàn)于一體的綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，外形美觀，且節(jié)約實(shí)驗(yàn)投資與占地面積。在實(shí)際生產(chǎn)中，許多過程都涉及到流體流動(dòng)的內(nèi)部細(xì)節(jié)，尤其是流體的流動(dòng)現(xiàn)象，故而了解流體的流動(dòng)形態(tài)極其重要。流體在流動(dòng)過程中為克服流動(dòng)阻力必定要消耗能量。流體流動(dòng)阻力產(chǎn)生根本的原因是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在著內(nèi)磨擦，而固定的管壁或其它形狀固體壁面，促使流動(dòng)流體的內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流體流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件，因此液體阻力的大小與流體的物性、流動(dòng)狀況及壁面等

2、因素有關(guān)。流體在流動(dòng)系統(tǒng)中作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，流體在各截面上的流速、密度、壓強(qiáng)等物理參數(shù)僅隨位置而改變而不隨時(shí)間而變。 根據(jù)能量守恒定律， 對(duì)任一段管路內(nèi)流體流動(dòng)做能量衡算，即可得到表示流體的能量關(guān)系和流動(dòng)規(guī)律的柏努利方程。二、設(shè)備性能與主要技術(shù)參數(shù)與配置1、運(yùn)行環(huán)境：溫度0-40 度，相對(duì)濕度： 90%RH，電源： 220V/50Hz。2、雷諾管：長(zhǎng) 1200mm、內(nèi)徑 14mm，兩測(cè)壓點(diǎn)距離750mm,有機(jī)玻璃。3、柏努利管：總長(zhǎng) 1200mm、內(nèi)徑 24mm和 14mm，有機(jī)玻璃管制作，按兩點(diǎn)法求出各有變化點(diǎn)的動(dòng)靜壓頭。4、沿程阻力管：長(zhǎng)1100mm、內(nèi)徑 14mm，有機(jī)玻璃制作，兩測(cè)壓點(diǎn)間的

3、距離：800mm。5、局部阻力管：長(zhǎng)1100mm，內(nèi)徑分別為14mm變 24m，14mm變 24mm以及閥門阻力，兩測(cè)壓點(diǎn)間的距離： 50+50mm，有機(jī)玻璃制作。6、流量校核管為長(zhǎng)1100mm內(nèi)徑 14mm的有機(jī)玻璃管，其上裝有文丘里流量計(jì)喉徑6.5mm?？捎脕韺?duì)文丘里流量計(jì)進(jìn)行流量實(shí)驗(yàn)7、流量測(cè)量： DN20渦輪流量計(jì)：量程（ 0.8 8 m3h),8、 1 號(hào)差壓傳感器量程為0-10Kpa, 可測(cè)量沿程壓差、突擴(kuò)壓差。2 號(hào)差壓傳感器量程為 0-10Kpa, 可測(cè)量突縮壓差。3 號(hào)差壓傳感器量程為 0-100Kpa, 可測(cè)量閥門壓差、文丘里壓差。9、水泵：最高揚(yáng)程： 15m，最大流量：

4、30L/min ，轉(zhuǎn)速 2800r/min ，功率 370W。10、計(jì)量水箱：透明有機(jī)玻璃制作，外壁帶有計(jì)量刻度。11、實(shí)驗(yàn)水箱：有機(jī)玻璃制成，約40L，上裝指示液盒，指示液為紅墨水。12、蓄水箱：容積約100L，不銹鋼制作。18、實(shí)驗(yàn)所用的流體 - 水為全循環(huán)設(shè)計(jì)。19、其他 : 管路、閥門及電路控制系統(tǒng)；整體框架：不銹鋼材質(zhì)。20、外形尺寸： 2000 6001700mm。三、可開實(shí)驗(yàn)11、雷諾實(shí)驗(yàn)。2、柏努利方程實(shí)驗(yàn)。3、沿程阻力實(shí)驗(yàn)。4、局部阻力實(shí)驗(yàn)。5、文丘里測(cè)流量的校核實(shí)驗(yàn)。四、實(shí)驗(yàn)原理1、雷諾實(shí)驗(yàn)：流體流動(dòng)過程中有兩種不同的流動(dòng)型態(tài)：滯流和湍流。流體在管內(nèi)作滯流時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)作直線運(yùn)

5、動(dòng)，且互相平行其質(zhì)點(diǎn)之間互不混雜，互不碰撞。湍流時(shí)質(zhì)點(diǎn)紊亂地向各個(gè)方向作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，但流體的主體仍向某一方向流動(dòng)。影響流體流動(dòng)型態(tài)的因素，除代表慣性力的流速和密度及代表粘性力的粘度外，還與管型、管徑等有關(guān)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)歸納得知可由雷諾準(zhǔn)數(shù) Re 來判別：Re式中： d 管子內(nèi)徑（ m）u 流速（ m / s ）流體密度（ /m3）流動(dòng)粘度（ PaS）duRe2000 為滯流； Re4000 為湍流； 2000Re4000 為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。2、沿程阻力與局部阻力實(shí)驗(yàn)：流體阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦。而壁的形狀則促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件，流動(dòng)阻力的

6、大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動(dòng)阻力可分為直管阻力和局部阻力。流體在流動(dòng)過程中要消耗能量以克服流動(dòng)阻力。因此，流動(dòng)阻力的測(cè)定頗為重要。從流程圖可知水從貯槽由泵輸入恒位水槽，再流經(jīng)管道，經(jīng)計(jì)量槽計(jì)量后回到水槽，循環(huán)利用。改變流量并測(cè)定直管與管件的相應(yīng)壓差，即可測(cè)得流體流動(dòng)阻力。直管阻力磨擦系數(shù) 的測(cè)定直管阻力是流體流經(jīng)直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力損失hf 。對(duì)于等直徑水平直管段根據(jù)兩測(cè)壓點(diǎn)間的柏努利方程有：hfP1 P2lu2gd2g2d P1P2lu 2式中： l 直管長(zhǎng)度（ m）d 管內(nèi)徑（m）（P1 - P 2 ） 流體流經(jīng)直管的壓強(qiáng)降（Pa）u 流體

7、截面平均流速（ m/s）23 流體密度（ kg/m ）由式（ 1 - 1 ）可知，欲測(cè)定 ，需知道 I 、d、（ P1 - P 2）、u、 等。1）若測(cè)得流體溫度，則可查得流體的 、值。2）若測(cè)得流量，則由管徑可計(jì)算流速u。3）兩測(cè)壓點(diǎn)間的壓降（ P1 - P 2），可用 U 型壓差計(jì)測(cè)定。此時(shí)：PgR式中：R U 型壓差計(jì)中水銀柱的高度差（m）則：2dgRlu 2局部阻力系數(shù) 的測(cè)定局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部位置時(shí)所引起的阻力損失，在局部阻力件左右兩側(cè)的測(cè)壓點(diǎn)間列柏努利方程有：12u2（1-4 ）hfg2g即：2 p1p2u2式中： 局部阻力系數(shù)

8、P1- P 2 局部阻力壓強(qiáng)降（ Pa）式（ 1 4 ）中 、u、P1 - P 2等的測(cè)定同直管阻力測(cè)定方法。3、柏努利實(shí)驗(yàn)：1、不可壓縮流體在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，由于管路條件（如位置高低、管徑大?。┑淖兓?，會(huì)引起流動(dòng)過程中三種機(jī)械能位能、動(dòng)能、靜壓能的相應(yīng)改變及相互轉(zhuǎn)換。對(duì)理想流體，在系統(tǒng)內(nèi)任一截面處，雖然三種能量不一定相等，但能量之和是守恒的。2、對(duì)于實(shí)際流體，由于存在內(nèi)磨擦，流體在流動(dòng)中總有一部分機(jī)械能隨磨擦和碰撞轉(zhuǎn)化為熱能而損失掉了。故而對(duì)于實(shí)際流體，任意兩截面上機(jī)械能總和并不相等，兩者的差值即為機(jī)械損失。3、以上幾種機(jī)械能均可用U 型壓差計(jì)中的液位差來表示，分別稱為位壓頭、動(dòng)壓頭、靜壓

9、頭。當(dāng)測(cè)壓直管中的小孔（即測(cè)壓孔）與水流方向垂直時(shí)，測(cè)壓管內(nèi)液柱高度則為靜壓頭與動(dòng)壓頭之和。測(cè)壓孔處流體的位壓頭由測(cè)壓孔的幾何高度確定。任意兩截面間位壓頭、靜壓頭、動(dòng)壓頭總和的差值，則為損失壓頭。4、柏努利方程式u12p1We gz2u22p2hfgz1223式中：Z1、 Z2 兩截面間各自距基準(zhǔn)面的距離（m）u1、 u2 可通過流量與其截面積求得(m/s)1、 2由U型壓差計(jì)的液位差可知（Pa）Pp對(duì)于沒有能量損失且無(wú)外加功的理想流體，上式可簡(jiǎn)化為gz1u12p1u22p22gz224、文丘里流量計(jì)校核文丘里流量計(jì)是應(yīng)用最廣泛的節(jié)流式流量計(jì)。當(dāng)流體通過文丘里時(shí)由于流道的縮小，使流速增加，即增

10、加了液體的動(dòng)能，從而降低了流體的勢(shì)能，利用壓降的變化，可以測(cè)量流體的流速，根據(jù)柏努利原理，可以得到如下計(jì)算公式：2R 1gu0 c0式中： u0 孔口處流速， m/s；c0 文丘里流量系數(shù)，無(wú)因次；R - -壓差計(jì)讀數(shù)， m；31 壓差計(jì)內(nèi)指示液密度，kg/m ； 流體密度， kg/m3；其中 c0 不僅與 A0 A1 （孔口與管道截面積比）有關(guān)，而且還與孔板的結(jié)構(gòu)形狀、加工進(jìn)度、流體在管內(nèi)雷諾數(shù)、取壓方式以及管壁面的粗糙度等諸因素有關(guān)，所以只能通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定求得，才能利用公式得出流速、流量。流量計(jì)的校正實(shí)際上就是對(duì)給出的c0 的校正，即要得到某一待定條件下流量計(jì)的流量系數(shù) c 與校正曲線。校正

11、的總思路是在不同的流量下，測(cè)得壓差計(jì)讀數(shù)R，通過其它方法得到對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)流量，再根據(jù)公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的流量系數(shù)，這樣根據(jù)連續(xù)性可得到流量系數(shù)與雷諾數(shù) Re間的關(guān)系曲線，以及流量與指示液讀數(shù)R之間的關(guān)系曲線以修正原有的c0 和關(guān)系曲線，達(dá)到流量計(jì)的校正目的。標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的測(cè)量方法對(duì)液體一般采用體積測(cè)量法、質(zhì)量測(cè)量法和基準(zhǔn)測(cè)量法。本實(shí)驗(yàn)采用體積測(cè)量法。五、實(shí)驗(yàn)流程圖4指示液盒四分銅球閥PVC活接有機(jī)玻璃實(shí)驗(yàn)管PVC活接銅閘閥沿程阻力管六分變四分三通局部阻力管文丘里流量計(jì)柏努力管雷諾管蓄水箱計(jì)量水箱六分管道370W離心泵DN20渦輪流量計(jì)六、實(shí)驗(yàn)操作步驟與注意事項(xiàng)1. 實(shí)驗(yàn)操作前依次檢查實(shí)驗(yàn)裝置的各個(gè)部件

12、，了解其名稱與作用，并檢查是否正常有無(wú)漏水現(xiàn)象。2. 測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)的水溫。3. 打開泵開關(guān)至實(shí)驗(yàn)水箱內(nèi)有水溢流后，再開始做各個(gè)分實(shí)驗(yàn)。雷諾實(shí)驗(yàn)：1、先用泵將水灌滿恒壓水箱，開始做雷諾實(shí)驗(yàn)。2、往指示液盒內(nèi)加入指示液，此時(shí)指示液流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)關(guān)閉，通過雷諾實(shí)驗(yàn)管流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水流量的大小。打開指示液閥，改變水流量觀察滯流狀態(tài)及湍流狀態(tài)下指示液的流動(dòng)形狀并對(duì)過渡區(qū)作好仔細(xì)觀察。3、調(diào)節(jié)水量由較大值緩慢減小，同時(shí)觀察紅色（或其它有顏色的液體）指示液流動(dòng)形狀，并記下指示液成一條穩(wěn)定直線、指示液開始波動(dòng)、指示液與流體（水）全部混合時(shí)的流速，通過秒表和計(jì)量水箱來確定流速，測(cè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)的水溫得出液體密度，計(jì)

13、算 Re，將測(cè)得的 Re 臨界值與理論值比較。4、重復(fù)步驟三五次，用來計(jì)算Re臨界平均值。5、確保指示液不再輸出后關(guān)閉雷諾實(shí)驗(yàn)管流量調(diào)節(jié)閥，打開計(jì)量水箱排水閥， 將存水排掉，開始另一新實(shí)驗(yàn)。注意事項(xiàng)1、 在實(shí)驗(yàn)前，加入指示液后，必須確保指示液輸入管內(nèi)無(wú)氣泡，（頻繁擠壓指示液輸入5管，將氣泡趕盡即可），否則指示液將無(wú)法輸出。2、 注意在做層流實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)周圍不得有外加的干擾，（如輕微振動(dòng)）。實(shí)驗(yàn)者調(diào)節(jié)出近似一條直線時(shí)，手離開實(shí)驗(yàn)臺(tái)不接觸設(shè)備等待片刻。柏努利實(shí)驗(yàn)：1、流量調(diào)節(jié)閥開到一定大小，觀察并記錄各測(cè)壓點(diǎn)正對(duì)和垂直于流體流動(dòng)方向的液柱高度 h1 、 h2 。要注意其變化情況。2、繼續(xù)開大流量調(diào)

14、節(jié)閥，測(cè)壓孔正對(duì)水流方向，觀察并記錄各測(cè)壓管中液位差h3 。3、若為演示實(shí)驗(yàn)則不用記錄秒表和計(jì)量水箱的數(shù)值，計(jì)量水箱與蓄水箱之間的聯(lián)通閥一直打開。需進(jìn)行計(jì)算時(shí)則要用秒表和計(jì)量水箱所記錄下的數(shù)值進(jìn)行流量的計(jì)算，當(dāng)計(jì)量水箱內(nèi)的水位過高時(shí)則打開計(jì)量水箱與蓄水箱間的聯(lián)通閥，以保證蓄水箱內(nèi)的水量。沿程阻力與局部阻力實(shí)驗(yàn)：（ 1）沿程阻力實(shí)驗(yàn)1、 打開總電源開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)離心泵。稍開沿程阻力實(shí)驗(yàn)管道的流量調(diào)節(jié)閥，將實(shí)驗(yàn)管路和測(cè)壓管中的空氣排盡。再進(jìn)行阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)。2、 流量調(diào)節(jié)： 開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從0.3 到 1.5m3/h 范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化0.3m3/h 左右。每次改

15、變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記下對(duì)應(yīng)的壓差值。逐漸加大流量調(diào)節(jié)閥的開度，記錄水溫、流量、壓差等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3、 如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合正常實(shí)驗(yàn)規(guī)律， 即可終止實(shí)驗(yàn)。關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，開始另一新實(shí)驗(yàn) ( 注意：不停泵 ) 。（ 2） 局部阻力實(shí)驗(yàn)局部阻力系數(shù)的測(cè)定方法與直管阻力的測(cè)定一致。流量計(jì)校核（文丘里流量計(jì)）1、檢查測(cè)壓管兩臂是否處于平衡的狀態(tài)，開始實(shí)驗(yàn)。2、緩慢開動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥門，排走實(shí)驗(yàn)管路里的氣泡，待流量穩(wěn)定以后，測(cè)試各參數(shù)數(shù)據(jù)。3、流量調(diào)節(jié)： 開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從0.3 到 1.5m3/h 范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化 0.3m3/h 左右。每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記下對(duì)應(yīng)

16、的壓差值。逐漸加大流量調(diào)節(jié)閥的開度，記錄水溫、流量、壓差等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4、為減小實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，數(shù)據(jù)測(cè)量應(yīng)由大到小或相反依次進(jìn)行且每次被測(cè)流體的體積流量應(yīng)盡可能保持一致。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)束： 關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，將裝置中的水排放干凈七、設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)1. 注意實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后須清洗水箱，更換水質(zhì)，避免污垢過多影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。2. 做完雷諾實(shí)驗(yàn)后的水應(yīng)排入地溝，避免因指示液的存在而破壞水質(zhì)。3. 定期檢查各測(cè)壓點(diǎn)有無(wú)漏氣現(xiàn)象，更換乳膠管或者用尼絨扎帶捆緊乳膠管與測(cè)壓點(diǎn)和測(cè)壓管的接口。6八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、雷諾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（一）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄3；水的黏度： Pas ；水的密度：kg/m水的溫度：0 C；實(shí)驗(yàn)管內(nèi)徑：mm。序時(shí)間 T流 量 Q流 速 u雷諾準(zhǔn)數(shù)流動(dòng)狀態(tài)號(hào)s3m/sRem/s由 Re判斷實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象123452、伯努利實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄0C均勻段內(nèi)徑mm；擴(kuò)管段內(nèi)徑mm ；水的溫度：水箱液面高程 0cm；上管道軸線高程