西南交大工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、控制用測壓管測定流體靜壓強(qiáng)的技能。2、驗(yàn)證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程。3、通過對流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析，進(jìn)一步加深基本概念。二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備靜水壓強(qiáng)測定儀,裝置如圖所示。1234512345三、實(shí)驗(yàn)原理重力作用下流體靜力學(xué)基本方程為：式中，z為單位分量液體的位能，也稱位置水頭；p/ρg為單位分量液體的壓能，也稱壓強(qiáng)水頭。倘若自由表面壓強(qiáng)p0與當(dāng)?shù)卮髿鈮簆a壓強(qiáng)相等時(shí)，液體內(nèi)任一點(diǎn)相對壓強(qiáng)可表示為：式中h為液體自由表面下任一點(diǎn)液體深度。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、記錄A、B點(diǎn)位置標(biāo)高。2、打開電源開關(guān)，按下減壓按鈕，同時(shí)看見測壓管，使水箱形成一定的負(fù)壓，然后松開按鈕，待測壓管水位穩(wěn)定后，讀取1～5號測壓管讀數(shù)。3、按下常壓按鈕，同時(shí)看見測壓管，使水箱為常壓狀態(tài)，然后松開按鈕。4、按下升壓按鈕，同時(shí)看見測壓管，使水箱形成一定的正壓，然后松開按鈕，待測壓管水位穩(wěn)定后，讀取1～5號測壓管讀數(shù)。5、按下常壓按鈕，使水箱液面恢復(fù)常壓狀態(tài)。五、實(shí)驗(yàn)原始記錄1、記錄有關(guān)常數(shù)A點(diǎn)位置標(biāo)高=0㎝,B點(diǎn)位置標(biāo)高=3㎝2、記錄測量值管號次數(shù)各測壓管液面標(biāo)高讀數(shù)（㎝）123451p0>pa27.332.639.427.422.02p0<pa19.338.034.519.222.0六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算計(jì)算在上述兩次測定（p0>pa和p0<pa）中的A點(diǎn)、B點(diǎn)及水箱液面的絕對壓強(qiáng)和相對壓強(qiáng)。答：(1)當(dāng)p0>pa時(shí)：絕對壓強(qiáng)：相對壓強(qiáng)：(2)當(dāng)p0<pa時(shí)：絕對壓強(qiáng)：相對壓強(qiáng)：2、按照計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證：當(dāng)p0>pa和p0<pa時(shí)：答：當(dāng)p0>pa時(shí)：即當(dāng)p0<pa時(shí)：即3、計(jì)算測壓管2和3在p0>pa和p0<pa時(shí)有色液體的重度γ/。當(dāng)p0>pa時(shí)：當(dāng)p0<pa時(shí)：七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及思量題回答1、如經(jīng)過2號管液面取一水平面，則水平面上各點(diǎn)液體（分離在1、2、3、4、5號管上）哪些是處在同一等壓面上?答：2、3在同一等壓面上，1、4、5在同一等壓面上。2、當(dāng)p0>pa和p0<pa時(shí)，4、5號管水面標(biāo)高差分離表示什么?答：當(dāng)p0>pa時(shí)，4、5號管水面標(biāo)高差表示水箱液面相對壓強(qiáng)。當(dāng)p0<pa時(shí)，4、5號管水面標(biāo)高差表示水箱液面的真空值。文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、通過測定流量系數(shù)，控制文丘里流量計(jì)測量管道流量的技術(shù)。2、控制氣—水多管壓差計(jì)測量壓差的技能。二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備文丘里實(shí)驗(yàn)儀、量筒、秒表三、實(shí)驗(yàn)原理如下圖所示：文丘里管前1-1斷面及喉管處2-2斷面，該兩處截面面積分離為A1、A2，兩處流速分離為v1、v2。d2112d21122d1文丘里管前1-1斷面喉管處2-2斷面（1）及延續(xù)性方程：即： （2）由（1）、（2）兩式聯(lián)立可得：（3）式中，K為文丘里流量計(jì)常數(shù) △h為兩斷面測壓管水頭差由式（3）算得的流量為不考慮阻力的理論流量，即Q＝Q理論，而實(shí)際通過的流量Q實(shí)際恒小于Q理論，引入一無量綱系數(shù)對所測流量Q理論舉行校正。即：（4）式（4）中的為文丘里管的流量系數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)測得實(shí)際流量Q實(shí)際及水頭差△h，便可以測得文丘里管的流量系數(shù)（5）四、實(shí)驗(yàn)步驟1、記錄各有關(guān)實(shí)驗(yàn)常數(shù)。2、打開電源開關(guān)并打開調(diào)節(jié)流量閥，待水流穩(wěn)定后，讀取各測壓管的液面讀數(shù)h1、h2、h3、h4，并用秒表、量筒測定流量。3、逐次改變調(diào)節(jié)流量閥，改變流量，重復(fù)步驟2，注重調(diào)節(jié)閥門要緩慢，要使測壓管內(nèi)有水柱。4、把測量值記錄在實(shí)驗(yàn)表格內(nèi)，并舉行有關(guān)計(jì)算。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源開關(guān)。五、實(shí)驗(yàn)原始記錄1、記錄有關(guān)常數(shù)d1=1.40㎝,d2=0.70㎝2、記錄測量值次數(shù)測壓管讀數(shù)水量V（㎝3）測量時(shí)光t（s）h1（㎝）h2（㎝）h3（㎝）h4（㎝）145.67.538.44.46834.7242.411.533.37.27325.8337.316.329.810.37507.0435.718.228.912.47217.3533.720.126.415.27468.8632.122.124.617.76689.5730.124.422.420.567014.1829.525.221.921.769719.4六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算1、計(jì)算原理Q實(shí)際的測量主意是體積法，計(jì)算公式為：，V、t的值見上表。氣—水多管壓差計(jì)測得的測壓管水頭差為： ，其中h1、h2、h3、h4的值見上表。Q理論的值由式（3）算得，文丘里管流量系數(shù)由式（5）算得。2、計(jì)算結(jié)果K＝17.597㎝2.5/s次數(shù)Q實(shí)際（㎝3/s）（㎝）Q理論（㎝3/s）1145.3272.1149.420.972126.2157.0132.910.953107.1440.5111.990.96498.7734.0102.610.96584.7724.887.630.97670.3117.072.550.97747.527.648.510.98835.934.537.330.96取文丘里管流量系數(shù)的平均值得：＝0.965七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及思量題回答1、為什么計(jì)算流量Q理論與實(shí)際流量Q實(shí)際不相等？答：因?yàn)閷?shí)際流體在流動過程中受到阻力作用、有能量損失（或水頭損失），而計(jì)算流量是假設(shè)流體沒有阻力時(shí)計(jì)算得到的，所以計(jì)算流量恒大于實(shí)際流量。2、若文丘里流量計(jì)不是水安全裝、其計(jì)算流量公式是否要改變？為什么？答：計(jì)算流量公式不變。因?yàn)槿粑那鹄锪髁坑?jì)不是水安全裝的，使得式（3）中的z值變化，而測壓管水頭是不變的，所以計(jì)算流量式（3）不變。管路沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、控制管道沿程阻力系數(shù)λ的測量技術(shù)。2、通過測定不同雷諾數(shù)Re時(shí)的沿程阻力系數(shù)λ，從而控制λ與Re等的影響關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀、電子測量儀、天平秤、秒表、溫度計(jì)、水桶三、實(shí)驗(yàn)原理由達(dá)西公式，可得到：（1）式（1）中：d為管道直徑，L為研究管段的長度，hf為管段沿程水頭損失，由電子測量儀測量，v為斷面平均流速，可通過測流量和時(shí)光的主意求得。雷諾數(shù)Re值為 （2）式（2）中，為運(yùn)動粘度，由流體的溫度計(jì)算。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、記錄各有關(guān)實(shí)驗(yàn)常數(shù)。 2、打開有關(guān)閥門，接通電源，啟動水泵。3、把調(diào)節(jié)流量閥門開到最大，待水流穩(wěn)定后，記錄電子測量儀讀數(shù)及管道出口處的水溫，再用水桶接一定量水，同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)，然后用天平秤量水的質(zhì)量，記下有關(guān)數(shù)據(jù)。4、逐次調(diào)節(jié)流量閥門，使流量逐次變小，把測量值記錄在實(shí)驗(yàn)表格內(nèi)，并舉行有關(guān)計(jì)算。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源開關(guān)。五、實(shí)驗(yàn)原始記錄1、記錄有關(guān)常數(shù)管徑d＝0.69㎝，測量段長度L＝85㎝，水溫t＝31℃運(yùn)動粘度7.86×10-3㎝2/s記錄測量值次數(shù)水質(zhì)量m（㎝）測量時(shí)光t（s）沿程損失hf（㎝）13.5412.176023.7013.567233.4613.461142.9412.650152.8013.043162.9414.310672.8915.235182.7816.030092.7416.3283102.8819.4223112.6819.8195122.5321.4156132.3824.2108142.0524.977152.1543.532

六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算次數(shù)流量Q(㎝3/s)流速v(㎝/s)沿程損失hf(㎝)沿程損失系數(shù)雷諾數(shù)Re(×104)lg(100)Lg(Re)1292.56782.877600.01976.8720.29444.83702274.07733.416720.01996.4380.29884.80873258.21690.956110.02046.0650.30964.78284233.33624.395010.02055.4810.31184.73885215.38576.364310.02075.0600.31604.70416205.59550.164060.02144.8300.33044.68397190.13508.783510.02164.4660.33444.64998173.75464.953000.02214.0820.34444.61089168.10449.822830.02223.9490.34644.596410145.88390.362230.02333.4270.36734.534911135.35362.201950.02373.1800.37474.502412118.22316.361560.02482.7770.39444.44351398.35263.171080.02482.3100.39444.36361482.33220.31770.02531.9340.40314.28641549.42132.26320.02911.1610.46394.0648七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及思量題回答1、繪制～Re曲線圖 lg(100)lg(Re)從上圖可見，各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的連線近似直線，即與Re的關(guān)系為線性關(guān)系。再從～Re所在區(qū)域Re的值來考慮，可知曲線～Re處于光潔管區(qū)。如在同一管道中以不同液體舉行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)流速相同時(shí)，其水頭損失是否相同？答：由沿程水頭損失式 可知，在同一管道中以不同液體舉行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)兩液體流速相同時(shí)的水頭損失只與沿程損失系數(shù)有關(guān)。而影響的因素有兩種，即雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度，兩流體的雷諾數(shù)Re是不同的，相對粗糙度是相同的。當(dāng)流體處于層流區(qū)、層紊過渡區(qū)、或水力光潔區(qū)時(shí)，沿程損失系數(shù)只與雷諾數(shù)Re有關(guān)，所以水頭損失hf不同。當(dāng)流體處于過渡粗糙區(qū)時(shí)，沿程損失系數(shù)與雷諾數(shù)Re及相對粗糙度都有關(guān)，所以水頭損失hf不同。當(dāng)流體處于水力粗糙區(qū)時(shí)，沿程損失系數(shù)只與相對粗糙度有關(guān)，所以水頭損失hf相同。3、若同一流體經(jīng)兩個(gè)管徑相同、管長相同、而粗糙系數(shù)不同的管路，當(dāng)流速相同時(shí)，其水頭損失是否相同？答：由沿程水頭損失式 可知，同一流體經(jīng)兩個(gè)管徑相同、管長相同的管路，當(dāng)流速相同時(shí)的水頭損失只與沿程損失系數(shù)有關(guān)。此時(shí)兩流體的雷諾數(shù)Re是相同的，而相對粗糙度是不同的。當(dāng)流體處于層流區(qū)、層紊過渡區(qū)、或水力光潔區(qū)時(shí)，沿程損失系數(shù)只與雷諾數(shù)Re有關(guān)，所以水頭損失hf相同。當(dāng)流體處于過渡粗糙區(qū)時(shí)，沿程損失系數(shù)與雷諾數(shù)Re及相對粗糙度都有關(guān)，所以水頭損失hf不同。當(dāng)流體處于水力粗糙區(qū)時(shí)，沿程損失系數(shù)只與相對粗糙度有關(guān)，所以水頭損失hf不同。4、有兩根直徑、長度、絕對粗糙度相同的管路，輸送不同的液體，當(dāng)兩管道中液體雷諾數(shù)相同時(shí)，其水頭損失是否相同？答：因?yàn)檠爻趟^損失式 中，影響沿程損失系數(shù)的因素：雷諾數(shù)Re相同，管道相對粗糙度相同，所以沿程損失系數(shù)值相同。又由雷諾數(shù)式可知在Re、d相同，不同時(shí)，兩流體的流速v不相同。而且兩根流體管徑d、長度L相同，所以無論兩流體在哪個(gè)區(qū)，它們的水頭損失都不同。寬頂堰溢流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、看見寬頂堰的水流現(xiàn)象。2、控制測定無側(cè)向收縮寬頂堰流量系數(shù)的技能。。二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備明渠水槽、測針、寬頂堰、三角堰三、實(shí)驗(yàn)原理（1）寬頂堰流量系數(shù)m的計(jì)算公式：（1）式中：Q為寬頂堰流量，由三角堰測量；b為堰寬；H0為堰上作用水頭，計(jì)算式為：，其中H為堰頂水頭，計(jì)算式為：；v0為明槽進(jìn)口處斷面平均流速，其計(jì)算式為：。詳細(xì)各個(gè)量如圖所示。（2）流量Q通過三角堰測量，流量公式為：，A、B為率定常數(shù)，標(biāo)明于設(shè)備上，h為三角堰溢流水位，，如圖所示： 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、記錄各有關(guān)實(shí)驗(yàn)常數(shù)2、打開電源開關(guān)，啟動水泵。3、調(diào)節(jié)流量閥門和下游尾門開度，使之形成堰下自由出流，用測針測量上游堰底高程和堰頂高程，待水流穩(wěn)定后，測量寬頂堰上游水位和三角堰上游水位。4、調(diào)節(jié)閥門開度，改變流量，注重仍要形成自由出流，重復(fù)步驟3。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)束