同濟(jì)大學(xué)流體力學(xué)實驗報告

1、流體力學(xué)實驗報告專業(yè)：土木工程學(xué)號：姓名：吳一伯努力方程實驗、實驗?zāi)康囊?、驗證流體恒定總流的能量方程；2、通過對動水力學(xué)現(xiàn)象的實驗分析研討，掌握有壓管流中動水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性;3、掌握流速、流量、壓強(qiáng)等動水力學(xué)水力要素的實驗量測技能。二、實驗裝置1.自循環(huán)供水器2.實驗臺3.調(diào)速器4.溢流板5.穩(wěn)水孔板6.恒壓水箱7.測壓計8.滑動測量尺9.測壓管10.實驗管道11.測壓點12.畢托管13.流量調(diào)節(jié)閥秒表另備）、重量時間法（電子稱另備）本儀器測壓管有兩種：1、畢托管測壓管（表2.1中標(biāo)*的測壓管），用以測讀畢托管探頭對準(zhǔn)點的總水頭H-PU2（=Z），須注意一般情況H于斷面總y2gPV2水

2、頭H（=Z+）不同（因一般u豐v），y2g它的水頭線只能定性表示總水頭變化趨勢；2、普通測壓管（表2.1未標(biāo)*者），用以定量量測測壓管水頭。實驗流量用閥13調(diào)節(jié)，流量由體積時間法（量筒、或電測法測量。三、實驗原理在實驗管路中沿管內(nèi)水流方向取n個過水?dāng)嗝??？梢粤谐鲞M(jìn)口斷面（1）至另一斷面（i）的能量方程式（i=2,3,n）Z+耳+竺=Z+匕+竺+h1y2giy2gw1.取a=a12P=a=1,選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出Z+值，測出aV2通過管路的流量，即可計算出斷面平均流速v及，從而即可得到各斷面測管水頭和總水頭。2g四、實驗方法與步驟1、熟悉實驗設(shè)備，分清哪些測管是普通測壓管，

3、哪些是畢托管測壓管，以及兩者功能的區(qū)別。2、打開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，檢查調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后所有測壓管水面是否齊平。如不平則需查明故障原因（例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等）并加以排除，直至調(diào)平。3、打開閥13，觀察思考1）測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢；2）位置水頭、壓強(qiáng)水頭之間的相互關(guān)系；3）測點（2）（3）測管水頭同否？為什么？4）測點（12）（13）測管水頭是否不同？為什么？5）當(dāng)流量增加或減少時測管水頭如何變化？4、調(diào)節(jié)閥13開度，待流量穩(wěn)定后，測記各測壓管液面讀數(shù)，同時測記實驗流量（畢托管供演示用，不必測記讀數(shù)）。5、改變流量2次，重復(fù)上述測量。其中一次閥門開度大到使19號測管

4、液面接近標(biāo)尺零點。五、實驗成果及要求1、記錄有關(guān)常數(shù)均勻段D=1.40cm縮管段D=1.03cm12擴(kuò)管段D二2.00cm3表1管徑記錄表測點編號1234567891011121314151171819管徑cm1.401.401.401.401.031.401.401.401.402.001.402、記錄各點液面高程。p3、測量（Z+）并記入表2.2。Y基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點上表2測記（Z炸）數(shù)值表3、計算流速水頭和總水頭測點編號23457913151719Qcm3/s實驗數(shù)據(jù)單位cm（1）流速水頭管徑d(cm)Q=(cm3/s)Q=(cm3/s)A(cm2)v(cm/s)V2(cm)2gA(c

5、m2)v(cm/s)V2(cm)2g1.381.022.00pav2總水頭（Z片十石）單位：cm測點編號23457913151719Q(cm3/s)實驗數(shù)據(jù)4、繪制上述成果中最大流量下的總水頭線E-E和測壓管水頭線P-P（軸線尺寸參見圖2.2,總水頭線和測壓管水頭線可以繪在圖2.2上）。圖2.2二.動量方程實驗一、實驗?zāi)康囊?. 驗證不可壓縮流體恒定流的動量方程；2. 通過對動量與流速、流量、出射角度、動量矩等因素間相關(guān)性的分析研討，進(jìn)一步掌握流體動力學(xué)的動量守恒定理；3. 了解活塞式動量定律實驗儀原理、構(gòu)造，進(jìn)一步啟發(fā)與培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的能力。1.自循環(huán)供水器2.實驗臺3.可控硅無級調(diào)速器4

6、.水位調(diào)節(jié)閥5.恒壓水箱6.管嘴7.集水箱&帶活塞的測壓管9.帶活塞和翼片的抗沖平板10.上回水管二、實驗裝置自循環(huán)供水裝置1由離心式水泵和蓄水箱組合而成。水泵的開啟、流量大小的調(diào)節(jié)均由調(diào)速器3控制。水流經(jīng)供水管供給恒壓水箱5,溢流水經(jīng)回水管流回蓄水箱。流經(jīng)管嘴6的水流形成射流，沖擊帶活塞和翼片的抗沖平板9,并以與入射角成90的方向離開抗沖平板?？箾_平板在射流沖力和測壓管8中的水壓力作用下處于平衡狀態(tài)?；钊涡乃頷可由測壓管8測得，由此可求得射流的沖力，c即動量力Fo沖擊后的棄水經(jīng)集水箱7匯集后，再經(jīng)上回水管10流出，最后經(jīng)漏斗和下回水管流回蓄水手自。為了自動調(diào)節(jié)測壓管內(nèi)的水位，以使帶活塞的

7、平板受力平衡并減小摩擦阻力對活塞的影響，本實驗裝置應(yīng)用了自動控制的反饋原理和動摩擦減阻技術(shù)，其構(gòu)造如下：帶活塞和翼片的抗沖平板9和帶活塞套的測壓管8如圖所示，該圖是活塞退出活塞套時的分部件示意圖?；钊行脑O(shè)有一細(xì)導(dǎo)水管a,進(jìn)口端位于平板中心，出口端伸出活塞頭部，出口方向與軸向垂直。在平板上設(shè)有翼片b活塞套上設(shè)有窄槽c。工作時，在射流沖擊力作用下，水流經(jīng)導(dǎo)水管a向測壓管加水。當(dāng)射流沖擊力大于測壓管內(nèi)水柱對活塞的壓力時，活塞內(nèi)移，窄槽c關(guān)小，水流外溢減小，使測壓管內(nèi)水位升高，水壓力增大。反之，活塞外移，窄槽開大，水流外溢增多，測壓管內(nèi)水位降低，水壓力減小。在恒定射流沖擊下，經(jīng)短時段的自動調(diào)整，即可

8、達(dá)到射流沖擊力和水壓力的平衡狀態(tài)。這時活塞處在半進(jìn)半出、窄槽部分開啟的位置上，過a流進(jìn)測壓管的水量和過c外溢的水量相等。由于平板上設(shè)有翼片b，在水流沖擊下，平板帶動活塞旋轉(zhuǎn),因而克服了活塞在沿軸向滑移時的靜摩擦力。為驗證本裝置的靈敏度，只要在實驗中的恒定流受力平衡狀態(tài)下，人為地增減測壓管中的液位高度，可發(fā)現(xiàn)即使改變量不足總液柱高度的5%。（約0.51mm）,活塞在旋轉(zhuǎn)下亦能有效地克服動摩擦力而作軸向位移，開大或減小窄槽c,使過高的水位降低或過低的水位提高，恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。這表明該裝置的靈敏度高達(dá)0.5%，亦即活塞軸向動摩擦力不足總動量力的5%。三、實驗原理恒定總流動量方程為F=pQ（p丁

9、卩V）2211因滑動摩擦阻力水平分力fZ0.5%F，可忽略不計，故X方向的動量方程化為xx兀F=一pA=一丫hD2=pQ（O-卩v）xcc411x兀即卩pQvyhD2=011xc4式中：h作用在活塞形心處的水深；cD活塞的直徑；Q射流流量；v射流的速度；1xp動量修正系數(shù)。1實驗中，在平衡狀態(tài)下，只要測得流量Q和活塞形心水深h，由給定的管嘴直徑d活c塞直徑D，代入上式，便可率定射流的動量修正系數(shù)S值，并驗證動量定律。其中，測壓管的標(biāo)尺零點已固定在活塞的圓心處，因此液面標(biāo)尺讀數(shù)，即為作用在活塞圓心處的水深四、實驗方法與步驟1準(zhǔn)備:熟悉實驗裝置各部分名稱、結(jié)構(gòu)特征、作用性能，記錄有關(guān)常數(shù)。2開啟水泵：打開調(diào)速器開關(guān)，水泵啟動23分鐘后，關(guān)閉23秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣。3調(diào)整測壓管位置：待恒壓水箱滿頂溢流后，松開測壓管固定螺絲，調(diào)整方位，要求測壓管垂直、螺絲對準(zhǔn)十字中心，使活塞轉(zhuǎn)動松快。然后旋轉(zhuǎn)螺絲固定好。4測讀水位：標(biāo)尺的零點已固定在活塞圓心的高程上。當(dāng)測壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記下測壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即h值。c5測量流量：用體積法或重量法測流量時，每次時間要求20秒左右。均需重復(fù)測三次再取平均值。6改變水頭重復(fù)實驗：逐次打開不同高度上的溢水孔蓋，改變管嘴