华科流体力学教学实验指导书新购入设备样本.doc

静水压强试验 （Experiment of Stastic Hydraulics Pressure）一、试验目标要求、1、掌握用测压管测量流体静压强技能；2、验证不可压缩流体静力学基础方程；3、经过对很多流体静力学现象试验分析研讨，深入提升处理静力学实际问题能力。4、巩固绝对压强、相对压强、真空度概念。二、试验装置、 图1.1 静水压强试验装置图1、测压管；2、带标尺测压管；3、连通管；4、真空测压管；5、U型测压管；6、通气阀；7、加压打气球； 8、截止阀；9、油柱；10、水柱；11、减压放水阀。说明：1、 全部测压管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准；2、 仪器铭牌所注、系测点B、C、D标高；若同时取标尺零点作为静力学基础方程基准点，则、亦为、；3、 本仪器全部阀门旋柄顺管轴线为开。三、试验原理、1、在重力作用下不可压缩流体静力学基础方程为：+ = 或： （1.1）式中： 被测点在基准面以上位置高度； 被测点静水压强，用相对压强表示，以下同； 水箱中液面表面压强； 液体容重； 被测点液体深度。 另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面原理可得油比重有下列关系： = = （1.2） 据此可用仪器直接测得四、试验方法和步骤、1、搞清仪器组构及其使用方法，包含：1）阀门开关；2）加压方法 关闭全部阀门（包含截止阀），然后用打气球充气；3）减压方法 开启筒底阀11放水；4）检验仪器是否密封 加压后检验测管1、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏气，应查明原因并加以处理。2、统计仪器编号及各常数（记入表1.1）。3、量测点静压强（各点压强用厘米水柱高表示）。1）打开通气阀6（此时0=0），统计水箱液面标高和测管2液面标高（此时=）；2）关闭通气阀6及截止阀8，加压使形成00，测记及；3）打开放水阀11，使形成00（要求其中一次0，即），测记及。4、测出4# 测压管插入小水杯中深度(现场)。 5、测定油比重。1）开启通气阀6，测记；2）关闭通气阀6，打气加压（00），微调放气螺母使U型管中水面和油水交界面齐平（图1.2），测记及（此过程反复进行三次）；3）打开通气阀，待液面稳定后，关闭全部阀门；然后开启放水阀11降压（00），使U型管中水面和油面齐平（图1.3），测记及（此过程亦反复进行三次）。五、试验结果及要求、1、统计相关常数 试验台号：No. 各测点标尺读数为：= = = = 9.810-3 2、分别求出各次测量时A、B、C、D点压强，并选择一基准面验证同一静止液体内 任意二点（C、D）（）为常数。3、求出油容重。0 = 0.0080 N/cm3六、试验分析和思索题、1、试验分析：1）若再备一根直尺，怎样采取最简便方法测定0 ？最简单方法是，用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面垂直高度和，由式求得。2）如测压管太细，对测压管液面读数将有何影响 ？设被测液体为水，如测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，会造成测量误差，毛细高度由下式计算： 式中，为表面张力系数；为液体容重；为测压管内径；为毛细升高。常温（=20）水，=7.28，=0.983。水和玻璃浸润角很小，可认为cos=1.0。于是有 （、单位均为）通常来说，当玻璃测压管内径大于10时，毛细影响可忽略不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度也较静水小；当采取有机玻璃管作测压管时，浸润角较大，其较一般玻璃管小。假如用一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时全部有毛细现象，但在计算压差时，相互抵消了。 3）过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是否等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，她仅相对管1、2及水箱中而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部含有下列5个条件平面才是等压面：重力液体；静止；连通；连通介质为同一均质液体；同一水平面。上述问题中，管5和水箱之间不符合条件，所以，相对管5和水箱中液体而言，该水平面不是等压面。2、试验思索题：1）同一静止液体内测管水头线是一根什么线？2）当B0时，试依据统计数据，确定真空度大小及所在区域。 文 透 里 流 量 计 实 验 （Determine of flow with Venturi Pipe）一、试验目标和要求、1、掌握文透里流量计原理。2、学习用比压计测压差和用体积法测流量试验技能。3、利用量测到收缩前后两断面1-1和2-2测管水头差，依据理论公式计算管道流量， 并和实测流量进行比较，从而对理论流量进行修正，得到流量计流量系数，即对文透里 流量计作出率定。 二、试验装置、 三、试验原理、1、文透里管是一个常见量测有压管道流量装置，属压差式流量计。它包含“收缩段”、“喉 道”和“扩散段”三部分，安装在需要测定流量管道上。在收缩进口断面1-1和喉道断面 2-2上设测压孔，连接比压计，经过量测两个断面测管水头差，就可计算管道理论 流量，再经修正得到实际流量。2、理论流量：水流从1-1断面抵达2-2断面，因为过水断面收缩，流速增大。依据恒定总流 能量方程，若不考虑水头损失，速度水头增加等于测管水头减小（即比压计液面高差 ），这么我们就能够经过量测到建立两断面平均流速v1和v2之间一个关系： 假如我们假设动能修正系数，则其次，由恒定总流连续方程有： ， 即所以 于是 解得 最终得到理论流量为 ： 式中 3、流量系数：流量计流过实际流体时，因为两断面测管水头差中还包含了因粘性造成水头损失，流量应 修正为： 式中1.0，称为文透里流量计流量系数。流量系数除了反应粘性影响外，还包含了在推导理论流量时将断面动能修正系数 近似取为1.0带来误差。流量系数还表现了渐变流假设是否得到了严格满足这个原因。对于文透里流量计而言，下游断面设置在喉道，能够说渐变流假设得到了严格满足。对于某确定流量计，流量系数取决于流动雷诺数：，但当雷诺数较大（流速较高）时，流量系数基础不变。四、试验方法和步骤、1、 认真阅读试验目标要求、试验原理和注意事项，了解用压差计测压差和用体积法测流量原理和步骤。2、 统计设备编号、水温及相关常数。3、 做好准备工作后，开启水泵给水箱充水并保持溢流状态，使水位恒定。4、 检验下游阀门全开时，比压计测管水面是否持平，如不平，则需排气调平。5、 试验流量调整：从最大流量开始，顺次减小阀门开度。待水流稳定（比压计液面稳定）后，测读比压计读数及测读流量。次序进行8个测点以上。6、 本试验配有计算机自动量测系统，可实现率定过程中压差和流量数据自采及处理。7、 检验数据统计是否缺漏？是否有某组数据显著地不合理？若有此情况，进行补正。8、 课后整理试验结果，得出流量计在多种流量下和值，绘制率定关系曲线及曲线。9、 对试验结果进行分析讨论，阅读思索问题，作简明回复。五、试验结果及要求、1、 相关常数：仪器编号： 相关常数： 水温 = 量水箱断面积= 进口直径= 喉道直径= 统计及计算表格 = 次数测压管读数（cm）体积时间=/ （cm3/ s）=（cm3/ s）=/（cm）（cm） （cm3） （s）12345678910 六、试验分析及思索题、 1、 文透里实际流量和理论流量为何会有差异？这种差异是由哪些原因造成？2、 文透里流量计流量系数为何小于1.0？3、 为何在试验中要反复强调保持水流恒定关键性？4、 影响文透里流量系数原因有哪些？5、 文透里流量计水平或垂直放置对值有没有影响？ 动 量 方 程 实 验 （Momentum Principle）一、试验目标、1、验证不可压缩流体恒定总流动量方程；2、经过对动量和流速、流量、出射角度、动量矩等原因间相关性分析研究，深入掌握流体 动力学动量守恒定理；3、测定动量修正系数。二、试验装置、 图1.1 动量方程试验装置图1、自循环供水器；2、试验台；3、可控硅无级调速器；4、水位调整阀；5、恒压水箱；6、管嘴；7、集水箱；8、带活塞测压管；9、带活塞和翼片抗冲平板；10、上回水管。 三、试验内容和原理、1、计算机CAI试验教学模拟。2、测量活塞中心点静水压强来计算水流冲力： 利用自动反馈原理，使试验过程中达成需要测量静水作用力和射流冲击力自动平衡。射 流冲击在平板上冲力全部作用在活塞体中，当活塞处于稳定位置时，只需测得活塞所受到 静水作用力，便可足够正确地得悉射流冲击力。3、恒定总流动量方程为 Q () 图 1.2 图 1.3取隔离体图1.3所表示，因滑动摩擦阻力水平分力 0.5%，可忽略不计，故x方向动量方程化为 Q（）即 Q 式中： 作用在活塞形心处水深； 活塞直径； Q 射流流量； 射流速度； 动量修正系数。试验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深，由给定管嘴直径和活塞直径代入上式，便可率定射流动量修正系数值，并验证动量定律。其中，测压管标尺零点已固定在活塞圆心处，所以液面标尺读数即为作用在活塞圆心处水深。4、测定本试验装置灵敏度：为验证本装置灵敏度，只要在试验中恒定流受力平衡状态下，人为地增、减测压管中液位高度，可发觉即使改变量不足总液柱高度5(约0.5l mm)，活塞在旋转下亦能有效地克服动摩擦力而作轴向位移，开大或减小窄槽c，使过高水位降低或过低水位提升，恢复到原来平衡状态。这表明该装置灵敏度高达0.5，亦即活塞轴向动摩擦力不足总动量力5。 四、试验方法和步骤、1、准备熟悉试验装置各部分名称、结构特征、作用性能，统计相关常数。2、开启水泵打开调速器开关，水泵开启23分钟后，关闭23秒钟，以利用回水排除 离心泵内滞留空气。3、调整测压管位置待恒定水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管 垂直、螺丝对准十字中心，使活塞转动松快，然后旋转螺丝固定好。4、测读水位标尺零点已固定在活塞圆心高程上。当测压管内液面稳定后，记下测压管 内液面标尺读数，即值。5、测量流量用体积法或重量法测流量时，每次时间要求大于20秒，若用电测仪器测量时， 则需在仪器量程范围内。反复测三次再取均值。6、改变水头反复试验逐次打开不一样高度上溢水孔盖，改变管嘴作用水头。调整调速器， 使溢流量适中，待水头稳定后，按35步骤反复进行试验。五、试验结果及要求、1、统计相关常数： 试验台号No. 管嘴内径= 1.198 ， 活塞直径D = 1.990 2、编制试验参数统计、计算表格并填入试验参数（见表3.1）。3、取某一流量，绘出隔离体图，说明分析计算过程（参见图3.2，3.3及表3.1）。 表1.1 测量统计表及计算表 测 次体积 V 时间 T管嘴作用水头 H 0活塞作用水头 流量 Q 流速 v动量力 F动量修正系数 123456六、试验分析和讨论、1、实测和公认值（=1.021.05）符合是否？试分析原因。 实测=1.0342，和公认值符合良好。（如不符合，其最大可能原因之一是翼轮不转所致。为排除此故障，可用4B铅笔芯涂抹活塞及活塞套表面）。2、带翼片平板在射流作用下取得力矩，这对分析射流冲击无翼片平板沿x方向动量方程有没有影响？为 什么？无影响。因带翼片平板（图1.4）垂直于x轴，作用在轴心上力矩T是由射流冲击平板时，沿 y平面经过翼片造成动量矩差所致，即Q Q Q 式中 Q 射流流量； 入流速度在平面上分速； 出流速度在平面上分速； 入流速度和圆周切线方向夹角，靠近900； 出流速度和圆周切线方向夹角； 分别为内、外圆直径。 图 1.4该式表明力矩T 恒和x方向垂直,动量矩仅和y z平面上流速分量相关。也即是说平板上附加翼片后，尽管在射流作用下可取得力矩，但并不会产生x方向附加力，也不会影响x方向流速分量。所以x方向动量方程和平板上设不设翼片无关。3、经过细导水管分流，其出流角度和相同，试问对以上受力分析有没有影响？无影响。当计及该分流影响时（图1.3），动量方程为 即 该式表明只要出流角度和垂直，则x方向动量方程和设置导水管是否无关。 七、试验汇报要求、1、用16开纸书写，卷面整齐，计算表格、曲线、图形等正规化。2、说明结果计算和整理过程、关键计算公式及常数取值。3、依据所学理论对试验中现象、问题进行分析。八、思索题、1、经过细导水管分流，其出流角度和v 2相同，试问对以上受力分析有没有影响? 2、对管咀出流动量修正系数理论值进行试分析。