流体力学实验指导书1

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1、流体力学(水力学)实验指导书黎强张永东编西南大学工程技术学院建筑系二零零八年九月19流体力学综合实验台简介流体力学综合实验台为多用途实验装置,其结构示意图如图1所示。图1流体力学综合试验台结构示意图1.储水箱2.上、回水管3.电源插座4.恒压水箱5.墨盒6.实验管段组7.支架8.计量水箱9.回水管10.实验桌利用这种实验台可进行下列实验:一、雷诺实验;二、能量方程实验;三、管路阻力实验;1.沿层阻力实验2.局部阻力实验;四、孔板流量计流量系数和文丘里流量系数的测定方法;五、皮托管测流速和流量的方法。19一、雷诺实验1.实验目的(1)观察流体在管道中的流动状态;(2)测定几种状态下的雷诺

2、数;(3)了解流态与雷诺数的关系。2.实验装置本实验的实验装置为:(1)流体力学综合实验台;(2)雷诺实验台。在流体力学综合实验台中,雷诺实验涉及的部分有高位水箱、雷诺数实验管、阀门、伯努力方程实验管道、颜料水(蓝墨水)盒及其控制阀门、上水阀、出水阀,水泵和计量水箱等,秒表及温度计自备。雷诺实验台部件种类同综合实验台雷诺实验部分。3.实验前准备(1)、将实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,再调节上水阀门,使水箱的水有少量溢流,并保持水位不变。(2)、用温度计测量水温。4.实验方法(1)、观察状态打开颜料水控制阀,使颜料水从注入针流出,颜料水和雷诺实验管中

3、的水迅速混合成均匀的淡颜色水,此时雷诺实验管中的流动状态为紊流;随着出水阀门的不断的关小,颜料水与雷诺实验管中的水渗混程度逐渐减弱,直至颜料水与雷诺实验管中形成一条清晰的线流,此时雷诺实验管中的流动为层流。(2)测定几种状态下的雷诺系数全开出水阀门,然后在逐渐关闭出水阀门,直至能开始保持雷诺实验管内的颜料水流动状态为层流状态。按照从小流量到大流量的顺序进行实验,在每一个状态下测量体积流量和水温,并求出相应的雷诺数。实验数据处理举例:设某一工况下具体积流量Q=3.467×10-5m3/s,雷诺实验管内径d=0.014m,实验水温T=5℃,查水的运动粘度与水温曲线,可知微v=1.519×1

4、0-6m2/s。19流速Re雷诺数m3图2雷诺数与流量的关系曲线根据实验数据和计算结果,可绘制出雷诺数与流量的关系曲线(图2)。不同温度下,对应的曲线斜率不同。3)测定下临界雷诺数调整出水阀门,使雷诺实验管中的流动处于紊流状态,然后缓慢地逐渐关小出水阀门,观察管内颜色水流的变动情况。当关小某一程度时,管内的颜料水开始成为一条线流,即为紊流转变为层流的下临界状态。记录下此时的相应的数据,求出下临界雷诺数。4)观察层流状态下的速度分布关闭出水阀门,用手挤压颜料水开关的胶管二到三下,使颜料水在一小段管内扩散到整的断面。然后,在微微打开出水阀门,使管内呈层流流动状态,这是即可观察到水在层流流动

5、时呈抛物状,演示出管内水流流速分布。注:每调节阀门一次,均需等待稳定几分钟。关小阀门过程中,只许渐小,不许开打。随着出水流量减小,应当调小上水阀门,以减少溢流流量引发的振动。19二、能量方程实验1、实验目的(1)、观察流体流经能量方程实验管时的能量转化情况,并对实验中出现的现象进行分析,从而加深对能量方程的理解。(2)、掌握一种测量流体流速的原理。2、实验装置流体力学综合实验台中,能量方程实验部分涉及的有上水箱、能量方程实验管、上水阀门、出水阀门、水泵、测压管板(图中未给出)和计量水箱等。3、实验前准备工作开启水泵,全开水阀门使水箱注满水,再调节上水阀门,使水箱水位始终保持不变,并有少

6、量溢出。4、实验方法(1)、能量方程实验调节出水阀门至一定开度,测定能量方程实验管的四个断面四组测压管的液柱高度,并利用计量水箱和秒表测定流量。改变阀门的开度,重复上面方法进行测试。根据测试数据的计算结果,绘出某一流量下各种水头线(如图3),并运用能量方程进行分析,解释各测点各种能头的变化规律。可以看出,能量损失沿着流体流动方向增大的;Ⅰ与Ⅲ比较,两点管径相同,所以动能头基本相同,但Ⅲ点的压力能头比Ⅰ增大了,这是由于位置能转化而得来的;Ⅰ与Ⅱ比较,其位置能头相同,但Ⅱ点比Ⅰ点的压力能头大,这是图3各种水头线由于管径变粗;速度减慢,动能头转化为压力能头;Ⅲ与Ⅳ比较,位置能头相同,但压力能

7、头小了,可明显看出,是压力能头转化为速度能头了。实验结果还清楚的说明了连续方程,对于不可压缩的流体稳定流动,当流量一定时,管径粗的地方流速小,细的地方流速大。192)测速能量方程实验管上的四组测压管的任一组都相当与一个皮托管,可测得管内的流体速度。由于本实验台将总测压管置与能量方程实验管的轴线,所以测得的动压水头代表了轴心处的最大速度。皮托管求点速度的公式为:式中u---毕托管测点处的点速度;c---毕托管的教正系数;h---毕托管全压水头与静

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