流体力学实验指导书(2012.9.16).doc

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1、实验一能量转换实验一、实验目的1、熟悉流体在流动过程中各种能量和水头的概念及其转换关系，加深对伯努利方程的理解；2、观察流体流速随管径变化的规律。二、实验原理1、总水头的分析:总水头为测压管水头与流速水头之和，任意两截面间的能量方程为。图一所示实验装置中，从实验可以观测到截面的总水头低于截面的总水头，这符合伯努利方程。2、、截面间压强水头的分析：由于、两截面处于同一水平位置，截面面积比截面面积大。所以截面处的流速比截面处小。设流体从截面流到截面的水头损失为,在、两截面间列伯努利方程。即、两截面处的压强水头之差，决定于和。当大于时，压

2、强水头的增值为正，反之，压强水头的增值为负。3、、截面间压强水头的分析：出口阀全开时，由于、截面积相等,所以、两截面处的流速相等，即流速水头相等；设流体从截面流到截面的水头损失为，在、两截面间列伯努利方程。即、两截面压强水头之差，决定于和。当大于时，压强水头的增值为正，反之，压强水头的增值为负。4、水头损失的计算：以出口阀全开时，从截面到截面的水头损失为例,在、两截面间列伯努利方程得：所以，水头损失的算法之一是用总水头来计算：水头损失的算法之二是用测压管水头来计算：（）三、实验装置与设备参数1、设备参数截面直径以截面中心为基准面第一

3、套14281414.、、第二套14281414.、、2、实验装置图一能量转换实验装置图四、实验方法与注意事项1、实验方法：（1）向低位水槽灌注一定数量的蒸馏水，关闭高位水槽进水调节阀门(离心泵出口调节阀)及实验测试管出口调节阀门，然后启动离心泵。（2）逐步开大高位水槽进水调节阀，当高位水槽溢流管液体有一定溢流量后，调节测试管出口调节阀为全开位置，要保证高位水槽液面不下降。（3）观察截面处测压管水头测量管，在测试管出口调节阀全关位置和全开位置时的水柱高度差。（4）全开实验测试管出口调节阀，待流体稳定后读取、、、截面测压管水头和总水头的

4、读数并记录数据。（5）调节实验测试管出口调节阀，观察截面处测压管水头的高度，使之稳定在处，读取、、、截面测压管水头和总水头的读数并记录数据。（6）调节实验测试管出口调节阀，观察截面处测压管水头的高度，使之稳定在处，读取、、、截面测压管水头和总水头的读数并记录数据。（7）全关实验测试管出口调节阀，读取、、、截面测压管水头和总水头的读数并记录数据。（8）实验结束，停止离心泵，关闭高位水槽进水调节阀门及实验测试管出口调节阀门，切断总电源。2、注意事项：(1)不要将高位水槽进水调节阀开得过大以免使水流冲击到高位水槽外面，同时导致高位水槽液面

5、不稳定。(2)当测试管出口调节阀开大时，应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当开大高位水槽进水调节阀。(3)测试管出口调节阀须缓慢地关小，以免造成流量突然下降测压管中的水溢出管外。(4)注意排除实验测试管内的空气泡。(5)离心泵不要空转和在出口阀门全关的条件下工作。五、实验数据记录1、基本数据：使用的设备编号：2、实验数据列表：阀门操作水柱高度截面截面截面截面全开阀门关小阀门关小阀门全关阀门六、计算举例：由实验所测数据计算各截面处流速及沿流动方向上各截面间的水头损失。七、实验结果分析与思考1、全开阀门时：（1）为什么﹥

6、，，，，物理意义是什么？（2）为什么，物理意义是什么？（3）比较与（；），哪个大，为什么？两者之差的物理意义是什么？（4）与，是否相等，为什么？2、全关阀门时：（1）、、、各点是否同高，为什么，物理意义是什么？（2）比较、两点的测压管水头，哪个大？3、随着流量减少，各点的高度变化如何，为什么？实验二雷诺实验一、实验目的1、观察流体在管内流动的两种不同流动型态。2、测定临界雷诺数Rec。二、实验原理流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流）和紊流（或称湍流），这一现象最早是由雷诺（Reynolds）于1883年首先发现的。流体作层流流

7、动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作紊流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。流体流动型态可用雷诺数（Re）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺数可用下式表示：（1）式中：Re—雷诺数，无因次；d—管子内径，m；—流体在管内的平均流速，m／s；—流体密度，kg／m3；μ—流体的动力粘滞系数；Pa·s。层流转变为紊流时

8、的雷诺数称为临界雷诺数，用表示。工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re<2000时为层流；当Re>4000时，圆管内已形成紊流；当Re在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是紊流，或者是二者交替出现