流体力学实验环境工程模板.doc

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实验一 伯努利方程实验
一、 目的和要求
1． 验证不可压缩流体的定常流动的总流Bernoulli方程( 能量方程) , 加深对流动过程中能量损失的了解;
2． 掌握流速、 流量、 压强等流动参量的实验测量技能
3．用实例流量计算流速水头去核对测压板上两线的正确性;
。
二、 实验原理
在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。运用不可压缩流体的定常流动的总流Bernoulli方程, 能够列出进口附近断面( 1) 至另一缓变流断面( i) 的Bernoulli方程:

其中i=2, 3, 4, ……, n; 取。
选好基准面, 从断面处已设置的静压测管中读出测管水头的值; 经过测量管路的流量, 计算出各断面的平均流速和的值, 最后即可得到各断面的总水头的值。验装置装置图实验装置如图一所示。
三、 实验步骤
1． 熟悉实验设备, 了解测压管的布置情况;
2．打开泵供水, 待水箱溢流后, 关闭伯努利管阀门, 检查所有测压管的液面是否平齐。如不平, 则查明故障原因( 如连通管阻塞、 漏气或夹气泡等) , 并加以排除, 直至调平;
3．打开伯努利管阀门, 待测压管的液面完全静止后, 观察测量测压管的液面高度, 并记录在表2;
4．调节伯努利管阀的开度, 待流量稳定后, 测量并记录各测压管和液面的高度, 同时测记此时的管道流量;
5．改变流量2次, 重复上述测量。

四、 实验结果记录与分析
1． 有关常数记入表1。

表1 常数记录表格
测点编号
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
管径 (cm)

两点间距 (cm)

2． 测量流量和并记入表2。

表2 实验记录表格 (基准面选在标尺的零点上)
水头
z+p/γ (cm)
z+p/γ+u2/2g (cm)
Q
编号
1
2
3
4
1
2
3
4
cm3/s
实验次数
1

2

3

3． 计算速度水头和总水头, 填入表3和表4。
表3 速度水头计算表格
管径d
(mm)
Q= (cm3/s)
Q= (cm3/s)
Q= (cm3/s)
A
(cm3)
v
(cm/s)
v2/2g
(cm)
A
(cm3)
v
(cm/s)
v2/2g
(cm)
A
(cm3)
v
(cm/s)
v2/2g
(cm)

表4 总水头计算表格
z+ p/g+v2/2g (cm)
Q
测点
编号
1
2
3
4
(cm3/s)
实验次数
1

2

3

4．将上述结果中最大流量下的总水头线( 动压水头线和计算水头线) 和测压管水头线绘在图上。

六、 结果分析及讨论
1．沿管长方向, 总水头线的变化趋势如何? 静水头线的变化趋势与总水头线的有何不同? 简要说明原因。
2．水箱水位恒定, 流量增加, 静水头线发生哪些变化? 简要说明原因。

实验二 雷诺实验
一、 实验目的
1、 观察液体流动时的层流和紊流现象。区分两种不同流态的特征, 搞清两种流态产生的条件。
2、 测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线, 验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的。
二、 实验原理
液体在运动时, 存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时, 惯性力较小, 粘滞力对质点起控制作用, 使各流层的液体质点互不混杂, 液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大, 质点惯性力也逐渐增大, 粘滞力对质点的控制逐渐减弱, 当流速达到一定程度时, 各流层的液体形成涡体并能脱离原流层, 液流质点即互相混杂, 液流呈紊流运动。经过雷诺数来判定两种流态:
Re=Vd/ν
流量由小到大变化时, 由层流转变为紊流的雷诺数称为上临界雷诺数; 流量由大到小变化时, 由紊流转变为层流的雷诺数称为下临界雷诺数。

三、 实验步骤
1、 开启水泵开关向水箱充水, 使水箱保持溢流。
2、 微微开启泄水阀及有色液体盒出水阀, 使有色液体流入管中。调节泄水阀, 使管中的有色液体呈一条直线, 此时水流即为层流。此时用体积法测定管中过流量。
3、 慢慢加大泄水阀开度, 观察有色液体的变化, 在某一开度时, 有色液体由直线变成波状形。再用体积法测定管中过流量。
4、 继续逐渐开大泄水阀开度, 使有色液体由波状形变成微小涡体扩散到整个管内, 此时管中即为紊流。并用体积法测定管中过流量。
5、 以相反程序, 即泄水阀开度从大逐渐关小, 再观察管中流态的变化现象。并用体积法测定管中过流量。
6、 重复平行实验, 上临界和下临界雷诺数经多次测量取平均值。
四、 实验数据计算和处理

1、 实验记录表
次数
V
t
Vs
临界流速
临界雷诺数
附注

×10-3m3)
( s)
(m3/s)
uk(m/s)
Rek
实验管内径:
d= mm
水温: ℃
1

2

3

4

5

6

2、 实验数据计算
Rek=
uk= m/s
Vs= m3/s
式中:
——水的运动粘度 ( 根据实验的水温, 从水的粘温曲线上查得)
A——实验管内横截面积, m2
uk——临界流速, m/s
Vs——体积流量, m3/s

五、 结果分析及讨论
1、 液体流态与哪些因素有关?为什么外界干扰会影响液体流态的变化?
2、 雷诺数的物理意义是什么? 为什么雷诺数能够用来判别流态?
3．临界雷诺数与哪些因素有关? 为什么上临界雷诺数和下临雷诺数不一样?

实验三 阻力实验
一、 实验目的
1、 学习直管摩擦阻力Δpf( hf) , 直管摩擦系数λ的测定方法。
2、 掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。
3、 掌握局部阻力的测量方法。
二、 实验原理
1、 直管摩擦系数λ与雷诺数Re的测定
流体在管道内流动时, 由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力, 流体在直管内流动阻力的大小与管长、 管径、 流体流速和管道摩擦系数有关, 它们之间存在如下关系:

式中: d ——管径, m;
——直管阻力引起的压强降, Pa;
l ——管长, m;
v ——流速, m/s;
——流体的密度, kg/m3;
——流体的重度, N/m3;
——流体的运动粘度系数, m2/s。
直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系, 这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中, 直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定, 则水的密度和粘度也是定值。因此本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降与流速v( 流量V) 之间的关系。
根据实验数据和可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ, 以及对应的Re, 从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系, 绘出λ与Re的关系曲线。

式中: ——局部阻力系数, 无因次;
——局部阻力引起的压强降, Pa;
——局部阻力, m。

三、 实验步骤
( 1) 熟悉实验装置及流程。关闭泵的出口阀, 启动离心泵。
( 2) 打开管道上的出口阀门; 再慢慢打开进口阀门, 让水流经管道, 以排出管道中的气体。
( 3) 在进口阀全开的条件下, 调节出口阀, 流量由小到大或反之, 记录8~10组不同流量下的数据, 并记录各流量下的测压管水头。注意流量的变更, 应使实验点在λ~Re图上分布比较均匀。
( 4) 数据取完后, 关闭进、 出口阀, 停止沿程阻力实验。
( 5) 按以上步骤测定局部阻力系数。
( 五) 数据处理
根据实验数据, 计算Re及λ, 在双对数座标纸上标绘二者的关系, 并与教材上的图线比较之。
数据记录及整理表
管内径 mm; 管长EF= m
水 温 ℃ 水粘度 m2/s
序号
V
×10-3m3
t
s
Vs
m3/s
v
m/s
R e
测压管水头( m)
△p
N/m2
λ
备注
5
6
差

1

2

3

4

五、 结果分析和讨论
影响流体阻力大小因素有哪些?