流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

《工程流體力學(xué)》工程熱物理教研室流體力學(xué)試驗(yàn)室編班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：華北電力大學(xué)--II-BB圖1 流體力學(xué)綜合試驗(yàn)臺(tái)構(gòu)造示意圖1.2.3.4.5.溢流板6.7.8.9.10.試驗(yàn)臺(tái)桌-III--III-目 錄試驗(yàn)一．雷諾試驗(yàn)試驗(yàn)二能量方程試驗(yàn)試驗(yàn)三管路損失綜合試驗(yàn)附注：量側(cè)水箱=20×20.5cm2

……………… 1……………… 3……………… 5--10-一．驗(yàn)?zāi)康膶?shí)通過(guò)層流．紊流的流態(tài)觀測(cè)和臨界雷諾數(shù)的測(cè)量分析，把握?qǐng)A管流態(tài)轉(zhuǎn)化的規(guī)律；進(jìn)一步把握層流．紊流兩種流態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性與動(dòng)力學(xué)特性；學(xué)習(xí)古典流體力學(xué)中應(yīng)用無(wú)量綱參數(shù)進(jìn)展試驗(yàn)爭(zhēng)論的方法，并了解其有用意義。二．試驗(yàn)類型驗(yàn)證型三．試驗(yàn)儀器〔圖1所示努力方程試驗(yàn)管道．顏料水〔藍(lán)墨水〕盒及其把握閥門(mén)．上水閥．出水閥，水泵和計(jì)量水箱等，秒表及溫度計(jì)自備。四．試驗(yàn)原理R de v

4Qdv

QVT其中：V水體積cm3五．試驗(yàn)方法與步驟記錄本試驗(yàn)有關(guān)常數(shù)；將試驗(yàn)臺(tái)的各個(gè)閥門(mén)置于關(guān)閉狀態(tài)。開(kāi)啟水泵，全開(kāi)上水閥門(mén)，把水箱注滿水，再調(diào)整上水閥門(mén)，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不變。用溫度計(jì)測(cè)量水溫。觀看兩種狀態(tài)翻開(kāi)顏料水把握閥，使顏料水從注入針流出，顏料水和雷諾試驗(yàn)管中的水快速混合成均勻的淡顏色水，此時(shí)雷諾試驗(yàn)管中的流淌狀態(tài)為紊流；隨著出水閥門(mén)的不斷的關(guān)小，顏料水與雷諾試驗(yàn)管中的水滲混程度漸漸減弱，直至顏料水與雷諾試驗(yàn)管中形成一條清楚的線流，此時(shí)雷諾試驗(yàn)管中的流淌為層流。測(cè)定下臨界雷諾數(shù)翻開(kāi)出水閥門(mén)，使管中呈完全紊流，再逐步關(guān)小閥門(mén)使流量減小，當(dāng)流量調(diào)整到使顏色水在管中剛剛拉直成一條直線狀態(tài)時(shí)，即為下臨界狀態(tài)。待管中消滅臨界狀態(tài)時(shí)，用體積法測(cè)定流量，依據(jù)所測(cè)流量計(jì)算下臨界雷諾數(shù)，同時(shí)由水箱中的溫度計(jì)測(cè)記水溫，從而查得水的運(yùn)動(dòng)粘度。注：流量不行開(kāi)得過(guò)大，以免引起水箱中的水體紊動(dòng)，假設(shè)因水箱中水體紊動(dòng)而干擾進(jìn)口水流時(shí)，須關(guān)3~5分鐘，再按步驟〔5〕重復(fù)進(jìn)展。測(cè)定上臨界雷諾數(shù)定上臨界雷諾數(shù)。六．試驗(yàn)報(bào)告管徑D管徑Dcm水溫T℃運(yùn)動(dòng)粘度vcm2s記錄表格與計(jì)算表格閥門(mén)開(kāi)度由關(guān)閉至開(kāi)[↑]〔測(cè)定上臨界過(guò)程雷諾數(shù)〕水體積水體積量測(cè)時(shí)間流量雷諾數(shù)測(cè)量次數(shù)顏色水線形態(tài)Vcm3TsQcm3sRe123閥門(mén)開(kāi)度由開(kāi)至關(guān)閉[↓]〔測(cè)定下臨界過(guò)程雷諾數(shù)〕水體積水體積量測(cè)時(shí)間流量雷諾數(shù)測(cè)量次數(shù)顏色水線形態(tài)Vcm3TsQcm3sRe123注：顏色水線形態(tài)指：穩(wěn)定直線，穩(wěn)定略彎曲，旋轉(zhuǎn)，斷續(xù)，直線抖動(dòng)，完全散開(kāi)等。本次試驗(yàn)測(cè)得圓管流淌下臨界雷諾數(shù)為多少？而目前一般教科書(shū)中介紹承受的下臨界雷諾數(shù)是2023，為什么？試驗(yàn)二不行壓縮流體恒定流能量方程試驗(yàn)一．試驗(yàn)?zāi)康陌盐樟魉伲髁浚畨簭?qiáng)等動(dòng)水力學(xué)水力要素的試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)；驗(yàn)證流體恒定總流的能量方程；通過(guò)對(duì)動(dòng)水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的試驗(yàn)分析爭(zhēng)論，進(jìn)一步把握有壓管流中動(dòng)水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性。二．試驗(yàn)類型驗(yàn)證型三．試驗(yàn)儀器流體力學(xué)綜合試驗(yàn)臺(tái)中，能量方程試驗(yàn)局部涉及的有上水箱．能量方程試驗(yàn)管．上水閥門(mén)．出水閥門(mén)．水泵．測(cè)壓管板〔1中未給出〕和計(jì)量水箱等。四．試驗(yàn)原理在試驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n個(gè)過(guò)水?dāng)嗝??？梢粤谐鲞M(jìn)口斷面〔1〕至斷面〔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,選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測(cè)壓管中讀出Z PP

值，測(cè)出通過(guò)管路的流量，即可計(jì)算出斷面的平均流速 及五．試驗(yàn)方法與步驟

a22g

，從而即可得到各斷面測(cè)管水頭和總水頭。開(kāi)啟水泵，全開(kāi)水閥門(mén)使水箱注滿水，再調(diào)整上水閥門(mén)，使水箱水位始終保持不變，并有少量溢出。檢查泄水閥關(guān)閉時(shí)全部測(cè)壓管水面是否齊平，否則進(jìn)展排氣調(diào)平；翻開(kāi)泄水閥，觀測(cè)測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)及位置水頭、壓強(qiáng)水頭之間的相互關(guān)系，觀看當(dāng)流量增加或削減時(shí)測(cè)壓管水頭的變化狀況；調(diào)整泄水閥，待流量穩(wěn)定后，測(cè)記各測(cè)壓管液面讀數(shù)，同時(shí)測(cè)記試驗(yàn)流量；六．試驗(yàn)報(bào)告測(cè)點(diǎn)編號(hào)cm測(cè)點(diǎn)編號(hào)cm123456782.Z液柱高度水體積液柱高度水體積量測(cè)時(shí)間h1h2h3h4h5h6h7h8次數(shù)123Vcm3Ts

Pg記錄表格〔基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上〕 P av 2 總水頭Z 計(jì)算表格 g 2g測(cè)點(diǎn)流量2 4 6 8測(cè)量次數(shù)測(cè)點(diǎn)流量2 4 6 8測(cè)量次數(shù)Qcm3s⒈總水頭⒉3總水頭總水頭一、試驗(yàn)?zāi)康募由盍私鈭A管層流和紊流的沿程損失隨平均流速變化的規(guī)律；比照雷諾試驗(yàn)，觀看層流和紊流兩種流態(tài)及其轉(zhuǎn)換過(guò)程；把握管道沿程阻力系數(shù)測(cè)量技術(shù)；將測(cè)得的Re～λ關(guān)系值與莫迪圖比照，分析其合理性；加深對(duì)局部阻力損失機(jī)理的理解；學(xué)習(xí)并把握用板孔式流量計(jì)測(cè)量流量的技術(shù)；通過(guò)學(xué)生自己設(shè)計(jì)試驗(yàn)內(nèi)容，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的力氣。二、試驗(yàn)類型綜合型三、試驗(yàn)儀器流體力學(xué)綜合試驗(yàn)臺(tái)中，管路綜合試驗(yàn)局部涉及的有上水箱、沿程損失試驗(yàn)管、局部損失試驗(yàn)管、上水閥門(mén)、出水閥門(mén)、水泵、孔板和計(jì)量水箱等。四、試驗(yàn)原理沿程水頭損失與流速關(guān)系對(duì)沿程阻力兩測(cè)點(diǎn)的斷面列能量方程p v2 p v2z 111z 222h1 g 2g

2 g 2g

w12因試驗(yàn)管段水平，且為均勻流淌：zz;d1 2 1

d;u2

u;h h2 w rhr

p/gp1

/gh上式中：h ：測(cè)壓管水頭差即為沿程水頭損失。w由此式求得沿程水頭損失，同時(shí)依據(jù)實(shí)測(cè)流量計(jì)算平均流速V，將所得h ．V數(shù)據(jù)點(diǎn)繪在w對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，就可確定沿程水頭損失與流速的關(guān)系。沿程阻力系數(shù)測(cè)定對(duì)沿程阻力兩點(diǎn)的端面列能量方程得由達(dá)西公式：

hpr 1

/gp2

/ghhL/du2/2gr用體積法測(cè)得流量，并計(jì)算出斷面平均流速，即可求得沿程阻力系數(shù)2gdhr

/Lu2局部阻力損失系數(shù)測(cè)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 孔板試驗(yàn)原理由于在管道中安置了孔扳，流束在孔扳前方確定距離處便開(kāi)頭收縮，在孔板后某距離處到達(dá)最小截面〔縮頸時(shí)，有能量損失，而且這種損失隨著流束的增大而增大。當(dāng)管道內(nèi)的流量變化時(shí)，孔扳前后便會(huì)產(chǎn)生不同的靜壓降P，借助于測(cè)量孔扳前后的壓降，便可計(jì)算出流量。對(duì)11，12兩斷面列能量方程〔水平放置，位置水頭相等〕得：A A 11 11 12 122 11

p 211 12

p12

2 122g g 2g g 2g考慮管道粗糙度與孔扳圓孔進(jìn)口邊緣不銳利度等因素的影響，流量計(jì)算式：2g2ghv q式中：Cq

為孔扳流量系數(shù)，由《工程流體力學(xué)》其次版第145頁(yè)表5-4查出〔非表內(nèi)所列管徑或m值的Cq

可按內(nèi)插法推算；m為幾何尺寸系數(shù)〔m

d 0.7。12 11五、試驗(yàn)內(nèi)容和要求試驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)試驗(yàn)測(cè)定一段管路在某一流量下的總損失，該管路試驗(yàn)前由教師指定，其中包括等直徑直管的長(zhǎng)度，局部損失的類型等；試驗(yàn)前設(shè)計(jì)出記錄所需的圖表；損失系數(shù)的測(cè)量測(cè)量幾個(gè)流量下，管道沿程損失和局部損失系數(shù)；孔板流量計(jì)測(cè)量流量計(jì)算管路的總損失選取一個(gè)比較適宜的流量，計(jì)算在該流量下，所給管道的總損失。六、留意事項(xiàng)等到水開(kāi)頭溢流后，排解測(cè)壓管中的氣體。在關(guān)閉尾閥的條件下，檢查兩根測(cè)壓管的液位是否在同一平面上，從而推斷氣體是否排完。試驗(yàn)必需在水流穩(wěn)定前方可進(jìn)展。測(cè)量沿程水頭損失時(shí)，壓差下降要均勻，便于繪制曲線，提高試驗(yàn)精度。計(jì)算局部水頭損失系數(shù)時(shí)，應(yīng)留意選擇相應(yīng)的流速水頭：所選量測(cè)斷面應(yīng)選在漸變流斷面上，尤其下游斷面應(yīng)選在旋渦區(qū)的末端，即主流恢復(fù)并布滿全管斷面上。在某個(gè)流量的損失系數(shù)可以通過(guò)插值的方法獲得。七、試驗(yàn)報(bào)告〔一〕沿程水頭損失試驗(yàn)有關(guān)常數(shù)試驗(yàn)臺(tái)號(hào)：測(cè)點(diǎn)編號(hào)測(cè)點(diǎn)編號(hào)12cm兩點(diǎn)間距L 水溫℃記錄表格水體積水體積時(shí)間流量測(cè)壓管讀數(shù)cm測(cè)量次數(shù)Vcm3TsQcm3sh1h2123計(jì)算表格流速流速雷諾數(shù)運(yùn)動(dòng)粘度沿程損失v cmsRecm2 sfcm沿程阻力損失系數(shù)R 232064Ree測(cè)量次數(shù)h123〔二〕局部阻力損失試驗(yàn)管徑d管徑d3Dcm1管徑d4d5d6D cm2管徑d7d8D cm3動(dòng)能修正系數(shù)=l20.0cml20.0cm56 7812123測(cè)量次數(shù)流量體積cm3時(shí)間s流量h測(cè)壓管讀數(shù)h hcmhh35 678流量Q流量Q前斷面cm后斷面cmh測(cè)量次阻力j”22Ecm數(shù) 形式 cm3 s av E av2g 2g1突2擴(kuò)3段1突2縮3段

”——局部阻力系數(shù)理論值E 〔三〕思考題為什么壓差計(jì)的水柱差就是沿程水頭損失？試驗(yàn)管道安裝成向下傾斜，是否影響試驗(yàn)成果？產(chǎn)生突擴(kuò)與突縮局部阻力損失的主要部位在那里？分析比較突擴(kuò)與突縮在相應(yīng)條件下的局部損失大小關(guān)系。怎樣減小局部阻力損失。分析局部損失的試驗(yàn)值