1、 1-1流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn) 1-3動量方程實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?1-5局部水頭損失實(shí)驗(yàn) （） 1-6文丘里流量計(jì)、孔板流量計(jì)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn) （） 1-8雷諾實(shí)驗(yàn) （） 2-1圓柱表面壓強(qiáng)分布的測量 （）第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)本章介紹流體力學(xué)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是指用傳統(tǒng)的測試手段測量流體運(yùn)動的壓強(qiáng)、速度、流量等基本參數(shù)。這些實(shí)驗(yàn)都是教學(xué)大綱要求的必做實(shí)驗(yàn)。 1-1流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)1.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀察測點(diǎn)的測壓管水頭（位置水頭與壓強(qiáng)水頭之和），加深對靜壓強(qiáng)公式的理解。2.求未知液體的密度1.1.2實(shí)驗(yàn)裝置圖 1.1.1靜壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)儀圖1.1.1是一種靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)儀。管 1為開口測壓管，管 2和管3,管4和管5,

2、管6和管7各組成一個U形管。管1、2、3 均與水箱接通，構(gòu)成一個連通器。其中，管1與密封水箱中部某點(diǎn)接通。 管2、3與水箱 底部某點(diǎn)接通。管4和管6與水箱上方的氣 體壓強(qiáng)接通。管4、5和管6、7分別盛有兩種液體，其密度為 J和梟。水箱上方有密封閥，水箱液面上的氣體與大氣不相通，其壓強(qiáng)為P。調(diào)壓箱通過軟管與水箱接通。上、下移動調(diào)壓管就可以改變水箱中的水位，也改變水箱中密封氣體的壓強(qiáng)po。如果調(diào)壓筒水面高于水箱的水面，水將從調(diào)壓筒流入水箱，此時，水箱中的密封氣體的體積將減小，壓強(qiáng)增大。密圭寸氣體壓強(qiáng)高于當(dāng)?shù)卮髿鈮海琍opa。反之，則Popa （調(diào)壓筒液面高于水箱液面）和 Po（Z5-Z4），則和哪

3、個較大?1.1.5數(shù)據(jù)整理及誤差分析1.1.2是編者研制的數(shù)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)整理是件復(fù)雜的工作，為此，可編制數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)供實(shí)驗(yàn)課使用。圖 據(jù)處理系統(tǒng)的靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表界面。mm ,小數(shù)點(diǎn)后面的值是目估的，從而引實(shí)驗(yàn)裝置中的未知液體的密度值分別為；-800kg/m3,，2=1000kg/m3。由數(shù)據(jù)表看出，測量誤差小于7%,引起誤差的主要原因是儀器的水柱高度讀數(shù)的精度不夠。水柱高度的刻度為 起誤差。1.3 動量方程實(shí)驗(yàn)1.3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠酶軛U法測量水流對檔板的沖擊力，并用動量方程計(jì)算水流對檔板的作用力，兩者進(jìn)行比較，加深對動量方程的理解。圖 1.3.1動量方程實(shí)驗(yàn)儀水箱1.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置及

4、實(shí)驗(yàn)原理圖1.3.1是本實(shí)驗(yàn)使用的實(shí)驗(yàn) 裝置示圖。水箱為實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)壓水 源，水箱的溢流板上開設(shè)若干泄流 孔。開、閉這些泄流孔可以控制水 位的高低。水流從設(shè)在水箱下部的管嘴射 出，沖擊一個軸對稱曲面檔板，檔 板將射流沖擊力傳遞給杠桿。移動 砝碼到某一位置，可使杠桿保持平 衡。本實(shí)驗(yàn)用杠桿平衡原理測量射流的沖擊力。另外，再用流體力學(xué)的動量方程計(jì)算射流對檔板的作用力，并比較這兩個沖擊力的大小，以便進(jìn)行誤差分析。設(shè)砝碼的重量為 G,作用力臂為L1,射流的作用力為 F,作用力臂為L。當(dāng)杠桿平衡時，有(1.3.1)圖1.3.2動量方程用圖射流的沖擊力也可以由動量方程算出，圖1.3.2是計(jì)算用圖，設(shè)射流的偏

5、轉(zhuǎn)角度為二（即入射速度矢量轉(zhuǎn)到出流速度矢量所旋轉(zhuǎn)的角度），射流的流量為 Q入射速度為V則有F = 3（1 - cost）（1.3.2）本實(shí)驗(yàn)的射流偏角有 90, 135, 180等3種。1.3.3實(shí)驗(yàn)步驟1 實(shí)驗(yàn)前，調(diào)節(jié)平衡錘的位置，使杠桿處于水平狀態(tài)。2. 開啟水泵，向水箱充水。調(diào)節(jié)溢流檔板泄孔的開啟程度，使水箱的水位保持在某一高度位置。3打開出流孔口，使水流沖擊擋板。4 移動砝碼至適宜位置，使杠桿保持水平，記錄數(shù)據(jù)。5改變水位，重復(fù)以上測量。另外，也可以更換另一種偏轉(zhuǎn)角的擋板，并進(jìn)行相應(yīng)的測量。6實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉水泵，取下砝碼，排空水箱。測量內(nèi)容：流量、砝碼力臂。1.3.4 數(shù)據(jù)處理及誤差

6、分析圖1.3.3是數(shù)據(jù)表的界面。沖擊力的實(shí)測值與計(jì)算值存在一定誤差。引起誤差的原因有兩個，一是杠桿支座存 在摩擦力，另一個原因是動量方程沒有考慮重力對水流的影響，認(rèn)為射流的反射速度為軸對稱分布。其實(shí)，在重力作 用下，擋板下部的反射水流速度大于上部的反射水流速度。1.1.5 思考題1. 請自己推導(dǎo)方程（1.3.2 ）2. 實(shí)驗(yàn)中如何確定砝碼的作用力臂？3. 本實(shí)驗(yàn)的流量是用什么方法調(diào)節(jié)的？Formic動蚤定理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來則言述d麗対55沖壬力力p CEELcmIL打印1如1融人1川找絶R注：僉日為栄茂由鬥測撫VEse mi s神度殆力EJ cm沖擊力實(shí)糖值N沖值工1BO1358J.57445739

7、21351358:9.6134.6139.n3135H.4559J93917.0241351358.9.6291,75圖1.3.3動量方程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1.5 局部水頭損失實(shí)驗(yàn)1.5.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y量管流中的5種局部水頭損失，并確定局部損失系數(shù)。1.5.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖1.5.1所示的局部水頭損失實(shí)驗(yàn)儀，由水泵、穩(wěn)壓水箱、實(shí)驗(yàn)管段，局部損失（截面實(shí)擴(kuò)，截面突縮，90彎管，180彎管，90折管）管件、21支測壓管、回水箱組成。此外，本實(shí)驗(yàn)用手工體積法和電子流量計(jì)兩種方法 測量管流的流量。21支測壓管中，有些是用于測量局部水頭損失，有些則用于演示管流中水流靜壓的變化情況。這里著重介紹電子流量計(jì)。這種流量計(jì)

8、由量水筒，水位傳感器，單板機(jī)，顯示表組成。圖1.5.2a表示電子流量計(jì)的工作原理。量筒左側(cè)有玻璃水位指示管，右側(cè)有虹吸管。水位傳感器A、B用于記錄水位信息。當(dāng)水面上升到B時，單板機(jī)開始計(jì)時，當(dāng)水面上升到A時，單板機(jī)結(jié)束計(jì)時，兩個時間之差為充水時間，A、B之間的量筒體積（887cm3）為充水體積。體積與時間之比為流量。當(dāng)水面繼續(xù)上升，淹沒虹吸管之后，水流在虹吸作用下自動出流，直至放空，同時還發(fā)出一種排空聲響。這樣，每隔一段時間，量筒中的水就會自動排空，無需人為操作。測量流量時，將出水通過漏斗引入量筒。水面到達(dá)A、B的時間由單板機(jī)自動紀(jì)錄并顯示在流量計(jì)的面板上。流量儀表的板面上設(shè)有電源開關(guān)，控制電

9、源的接通與斷開。參見圖1.5.3。板面上有“時間”、“體積”、“流量”、“測量”等四個命令按鈕。當(dāng)按下“測量”按鈕時，儀器開始測量。如果按下“時間”、“體積”、“流量”，則儀表上顯示時間、體積、流量的數(shù)值。板面上還有三個指示燈，顯示儀器的工作狀態(tài)。測量的指示燈點(diǎn)亮，表示正在測量。穩(wěn)壓水箱4回水箱圖1.5.1局部損失實(shí)驗(yàn)儀測圧管11 10水位指示管A水位指示管心虹吸管圖1.5.2電子流量計(jì)的量筒0512136 W/s。期仮時間體積硫量測量圖1.5.3 電子流量計(jì)的面板測量之前，先按下板面上的“測量”按鈕，這時候儀表就開始工作，量筒充水時，儀表連續(xù)顯示充水時間（秒）。充水結(jié)束后，儀表立刻顯示出流量

10、值（單位：ml/s ）。如果要顯示充水時間和充水體積，可以分別按下“時間”、“體積”按鈕。電子流量計(jì)有時會發(fā)生故障。最常見的故障是虹吸管能夠排水，但沒有虹吸的抽水作用， 參見圖1.5.2b。這種情況下，量筒以及水位器水位穩(wěn)定在某些方面某一高度，充水不能自動排空。排除故障的方法, 是加大出水量，使虹吸管滿頂，充水就能排空。1.5.3 實(shí)驗(yàn)原理對局部損失管件的上、下游某斷面應(yīng)用伯努利方程，就可以求得局部水頭損失，現(xiàn)分別予以說明。 突擴(kuò)管：使用測壓管 3，9測量突擴(kuò)管上、下游的壓差，相應(yīng)的伯努利方程為h3+2g=h92g22g(1.5.1)。由流體力學(xué)，的速度等于流量除以管道截面積，水柱高度可直接讀

11、取，這樣，由上式很容易求出局部損失系數(shù) 理論值為:(1.5.2)將理論值和實(shí)測值相比較，就可以確定測量誤差。突縮管：使用測壓管11,12測量突縮管上、下游的壓差，相應(yīng)的伯努利方程是(1.5.3)h1111 =h!212122g2g2g管流速度，可由流量算出，液柱高度可直接讀出，因而突縮管的局部損失系數(shù)不難算出。在流體力學(xué)中，實(shí)縮管 的局部損失系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為(1.5.4)比較實(shí)測值和經(jīng)驗(yàn)值，就可以計(jì)算測量誤差。.V15 . V152g 2g(1.5.5)90彎管：計(jì)算90彎管的局部水頭損失所用的伯努利方程為由此得到90彎管的局部損失系數(shù)V2(h14V15(1.5.6)查閱有關(guān)手冊，90。彎管的

12、局部損失系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值為=0.19。180。彎管：與90彎管的情況相似，180彎管的局部損失系數(shù)可由下式計(jì)算：尸2g2（06 -h17）（ 1.5.7）V17很少有文獻(xiàn)提供180。彎管的經(jīng)驗(yàn)公式。編者對本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行數(shù)次量測，得到局部損失系數(shù)的平均值為二=0.27。90折管：列出截面18、19的伯努利方程：V2V2V2181919h18 二 hw一（1.5.8）2g2g2g可見尸 2g 258-9）（ 1.5.9）V19有關(guān)手冊給出的90折管的經(jīng)驗(yàn)值為二-1.1 o1.5.4 實(shí)驗(yàn)步驟1 啟動水泵，向水箱充水，同時稍微打開尾閥，讓水在管流中緩慢流動。2 觀察管道中，測壓管內(nèi)是否出現(xiàn)氣泡，若有氣泡

13、，應(yīng)設(shè)法排除。3調(diào)節(jié)尾閥，待水流穩(wěn)定后，記錄各測壓管的讀數(shù)，管流的流量值。孑總號明協(xié)禹叮卜陽卻:如 賞&A|SNAA|acmJ甘直檯iIMcmp昔道局部瑕頭擔(dān)丈實(shí)輕原始曲據(jù)我錢i貳局部水頭擁生系欽計(jì)算表點(diǎn)y營7頁反胚蘭I;L泗理褲創(chuàng)wn153曲汕1帥S7空1.1盤253IW3031131加35蜩I.I0DS035591133 口3打16砒31)4153.0W9斗1咖.11837S30621341.1025255.-39P831361D.1砂527H41.153L4J8二注：叢中英匸茁宙妄怕武已.數(shù)據(jù)表圖 1.5.4局部損失潔址討島1hll ehlGcrnll THIRJO21 g22016 J

14、g144加臥T22IP.42221 3必41291151163啊&甜j6221223UJl4】“13.1133f 14163 92E e23 D23 IL9D178172IO15 7I5J117:1測22J23.T23 Jf20J191in1EJ11JL?13.?壓差計(jì)注意：對于實(shí)擴(kuò)管，讀取測壓管3、9的水柱高度。對于突縮管，讀取測壓管11、12的水柱高度，管道流量則用手工體積法和使用電子流量計(jì)分別測量，取其平均值作為流量值。4實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，立刻切斷電源，關(guān)閉水泵。測量內(nèi)容：用手工和流量計(jì)分別測量流量，取平均值填入表格，記錄各種局部損失部件的上、下游的水柱高度。1.5.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理利用數(shù)據(jù)處

15、理系統(tǒng)計(jì)算各種數(shù)據(jù)。只要將流量，測壓管水柱高度填入表格，系統(tǒng)自動算出各種局部損失系數(shù)，并 給出誤差，詳見圖1.5.4 。1.5.6 思考題1 數(shù)據(jù)表中為什么沒有計(jì)算雷諾數(shù)？2當(dāng)測壓管、實(shí)驗(yàn)管段出現(xiàn)氣泡時，你如何將其排除？3如果用測壓管3、4計(jì)算實(shí)擴(kuò)管的局部水頭損失，將會出現(xiàn)什么樣的誤差？1.6文丘里流量計(jì)、孔板流量計(jì)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)1.6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y量文丘里流量計(jì)，孔板流量計(jì)的流量系數(shù)1.6.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖1.6.1 文丘里、孔板實(shí)驗(yàn)儀圖1.6.1是文丘里管、孔板流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)儀。 圖中，測壓管1,2用于測量文丘里流量計(jì)的壓差， 孔板流量計(jì)的壓差比較大，因而使用由4支測壓管組成的復(fù)合式測壓計(jì)。圖16

16、3孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)和孔板流量計(jì)都屬于節(jié)流式流量計(jì)。即在管流中接入文丘里管或安裝一塊孔板，強(qiáng)制地改變局部地方的管流速度和壓強(qiáng)，測量其壓差就可以計(jì)算管道流量。文丘里流量計(jì)由收縮段、喉部、擴(kuò)散段組成（參見圖 162 ）。收縮角為20 25。，折角處應(yīng)圓滑，盡量接近流 線型。喉部是文丘里流量計(jì)的斷面最小的部位，此處的流線曲率半徑相當(dāng)大，流動可視為緩變流，擴(kuò)散角一般為515。孔板流量計(jì)是一塊外徑與管道內(nèi)徑相同的不銹鋼板，參見圖1.6.3。孔板上開設(shè)一個內(nèi)孔，這個內(nèi)孔迫使過流斷面突然變小，流速變大，壓強(qiáng)降低。文丘里管和孔板都是測量流量的儀器，在使用之前，要預(yù)先測量它們的流量系數(shù)，稱為流量計(jì)的標(biāo)定。1

17、.6.3 實(shí)驗(yàn)原理為了計(jì)算管道的流量，在管道中安裝一個文丘里流量計(jì)。對于圖1.6.2所示的斷面1.2應(yīng)用的努利方程，則有P1 V1P2 V2 十=十g2g:?g 2g利用連續(xù)性方程V1A1 =V2A2，上式可化為3 2（仃.1-92心4利用測壓管直接測量壓差，則有p1 P2二刊山-h2），于是V2=心宀）？ 1-（d2/dJ(161)(162)(163)速度與截面積相乘就可以計(jì)算流量，上面的計(jì)算中沒有考慮粘性的影響，因此，流量的表達(dá)式可修正為(164)式中，稱為文丘里管的流量系數(shù)，工藝精良的文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)J達(dá)0.99以上。利用孔板裝置也可以測量管道的流量。如圖1.6.3所示，流體受到孔

18、板的節(jié)制，在孔板的下游形成一股射流，圖中的斷面C是射流喉部，對斷面 3和斷面C應(yīng)用伯努利方程。P3 . V孑 _Pc V:g 2g二 g 2g利用連續(xù)性方程VcAc=V3A3,（A3為管道面積A），則得到射流喉部的流速(165)：2(P3-Pc)/PV-(ac/a3)2用Ao表示孔板的孔口截面積，顯然，射流喉部面積（1.6.6）Ac小于孔口面積Ao。即(1.6.7)；稱為射流喉部的截面收縮系數(shù)。喉部的壓強(qiáng)不能直接測出，一般用管壁上的靜壓P6代替。壓差P3 -P6很大，因而本實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合式測壓計(jì)測定壓差卩3巾6。顯然。(1.6.8)P3 - P6 二：?g(h3 -h4 h5 -hs)射流喉部的

19、速度為(169 )V _ 2g(h3 -h hs -h6) 1-(A/A)2流量Q = AM二A0Vc，式中Ao是孔的面積Q 二2 Ao .2g(h3-h4 d-b)(個10 ).1-(A/A)2引入流量系數(shù)，則Q =叭 2g(hb hu hs-館)(1.6.11 )顯示，流量系數(shù) 的取值除了受到粘性的影響之外，也還取決于孔口面積與管道面積的比值A(chǔ)o/A。標(biāo)定文丘里流量計(jì)或孔板流量計(jì)的流量系數(shù)的方法是：用體積法測出流量Q,讀取測壓管的液柱高度。利用式(1.6.4)或式(1.6.11)確定的值。1.6.4 實(shí)驗(yàn)步驟1 排除測壓管的氣體啟動水泵，向水箱充水，關(guān)閉尾閥。此時，管1, 2的液面應(yīng)該平齊

20、。管 3, 4以及管5, 6分別用膠管將其上部連接，拔開這些連接膠管，管3, 6和管4, 5的液面應(yīng)該平齊。如果不能平齊，則在測壓管內(nèi)存在氣泡，應(yīng)設(shè)法將其排除。2調(diào)節(jié)尾閥，依次增大流量，記錄各測壓管的液柱高度。用體積法以及用電子流量計(jì)分別測量管流的流量，取 其平均值作為計(jì)算用。流量要求改變8次。改變流量時，要等待35分鐘，水流穩(wěn)定后方可讀數(shù)。 FurmK丈在里謙覺計(jì)沒孔板澆寥計(jì)就瑩糸救測定賓咼數(shù)娼表BXAinli*an戈氏星小菅氏客aClu孑彥丈叭輕DIl9an(033餌冃錄注表劇嗣洽煩由藝翹出報TfccmM cmid Ltnh2 cmhl ctn戈互圭總房蹙玉丈卩1心27032 026.31

21、1 22ZW50QJ521詰、315M26.8MB有2耳卩30 223.C旳1ej(n蛾T28.331J23.13J.(528 8河6.P3D8.C21S541226.731 fi26731 g27.-119337討13633 i如30 32343b i29030 2OT51759 725 733 025433 )26G2393S378 022 t35#21935 52%29 8潮圖1.6.4文丘里、孔板實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表測量內(nèi)容：流量(分別用手工和流量計(jì)測量，取平均值)，各測壓管讀數(shù)。1.6.5 數(shù)據(jù)處理圖1.6.4是數(shù)據(jù)表的界面。由表中看出，文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)，J =0.9446 0.995，

22、實(shí)驗(yàn)值變化較大。另外,孔板的流量系數(shù)可以進(jìn)行估算。在式(1.6.10 )中，:取0.62，而Ao/A=(d/D)2，因而式(1.6.11)中的=0.6603。此外，還應(yīng)考慮粘性的影響，用 P6取代Pc也影響J的值。因此，再乘一個系數(shù) 0.95，則J =0.6273。可以看出，孔 板的流量系數(shù)與實(shí)測值也有較大誤差。產(chǎn)生誤差的原因，主要是測壓管讀數(shù)不夠精確。一方面，高度讀數(shù)刻度只精確到mm,而且用人工判讀也產(chǎn)生誤差。此外，水柱液面常發(fā)生波動，其高度不易確定。166 思考題1 .的值可能大于1嗎？2 影響取值的因素有哪些？3 請推導(dǎo)式（168）4 .請仔細(xì)觀察孔板流量計(jì)。 在射流喉部處是否裝有測壓管

23、？測壓管裝在喉部的上游還是下游？這樣做會對測量 精度產(chǎn)生哪些影響？1.8 雷諾實(shí)驗(yàn)1.8.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y量管流的沿程水頭損失，繪制沿程水頭損失與管流速度的對數(shù)曲線，并確定管流臨界雷諾數(shù)。1.8.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖1.8.1 雷諾儀圖1.8.1的實(shí)驗(yàn)裝置由穩(wěn)壓水箱，試驗(yàn)管段，傾斜式比壓計(jì)組成。水箱向管道提供穩(wěn)壓水流。管段的壓強(qiáng)差用比 壓計(jì)測量。本實(shí)驗(yàn)用手工體積法測流量。1.8.3 實(shí)驗(yàn)原理對于圖1.8.1的管段的首、尾兩個斷面應(yīng)用伯努利方程，則有P12g二 Z2P2V222ghf(1.8.1 )管段水平放置，流速處相同，因而hfp1 p2?g用比壓計(jì)測量壓差 P1-P2。設(shè)比壓計(jì)兩支測壓管的液柱長度之

24、差為P1 _ P2 = pl sin 二(1.8.2 )l，則有(1.8.3 )hf = I sin r式中，二是比壓計(jì)的水平傾角。只要測出比壓計(jì)兩支液柱長度的差值，由式（頭損失hf。（1.8.4 ）1.8.4 ）便可以計(jì)算管段水流的沿程水管流速度等于流量除以截面積。流量用量筒、秒表測量。小流量的測量比較費(fèi)時。充水時間往往超過1分鐘。計(jì)算管流雷諾數(shù)時，需用到水的運(yùn)動粘度。運(yùn)動粘度與水溫有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)用溫度計(jì)測量水溫，水的運(yùn)動粘度 與溫度的經(jīng)驗(yàn)公式可表示為(1.8.5 )1.775x10 衛(wèi)21 +0.0337t+0.000221t式中，大量水溫單位是C,、的單位是m2/s。程水頭損失hf與速度V

25、的函數(shù)關(guān)系與流態(tài)有關(guān)，層流時，hf與V的一次方成正比，紊 流時，hf與V的1.75 2.0次方成正比，將實(shí)測值標(biāo)在對數(shù)坐標(biāo) gghflogV圖上。如果實(shí)驗(yàn)曲線斜率為 45,則說明流態(tài)為層流，否則為紊流。 值得注意的是，流量從小變大的曲線與流量從大變小的曲線是不重合的。1.8.4 實(shí)驗(yàn)步驟1 啟動水泵，向水箱注水，待水位穩(wěn)定后才全開尾閥，以便沖洗管道，排除管內(nèi)氣體。2關(guān)閉尾閥，松開傾斜比壓計(jì)上端的止水夾，以使測壓管內(nèi)的殘留氣泡排出，氣泡全部排出后，用氣囊球向比 壓計(jì)的測壓管打氣，壓迫測壓管水面下降至中部，再夾緊止水夾，防止液面上升。試驗(yàn)管段的水不流動時，比壓計(jì)的 兩支測壓管的液面應(yīng)該平齊。若不平

26、，說明測壓管內(nèi)殘留有氣泡，應(yīng)該設(shè)法排除。3微微打開尾閥，讓水流速度從小變大，流態(tài)從層流變?yōu)槲闪鳌．?dāng)流量達(dá)到最大值之后，慢慢關(guān)小尾閥，使流 速從大變小，流態(tài)從紊流變?yōu)閷恿鳌８淖兞髁繒r，待水流穩(wěn)定后，測量流量，記錄比壓計(jì)液柱讀數(shù)。層流時，水流達(dá) 穩(wěn)定狀態(tài)所用的時間往往比較長，要耐心等待。對于本實(shí)驗(yàn)裝置，可根據(jù)比壓計(jì)讀數(shù)大概地判斷流態(tài)。當(dāng)流態(tài)為層流時，管段的沿程水頭損失 hf 5S28.129032.080Qmi.95582d .753P.7COS791722 L1泅52J.7135J5217013.052556402-.845922 9025 5701514646P813222.71152】別珈.

27、0039933M9542.544331.6114.68752922.006042667.781721.1U.S4122355.003952130965.3721.2L157S1627M.002491437397919727 3 020.2318.12 0 09 9 55.工2. - - -6 6 0I FJ- 6:31ao.lp.lg.2 2Q.- 6曲41M.22.19.蠱532565720797亦妙妙紉厳剛駆咖543528503圖1.8.2雷諾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表夠理想，層流區(qū)的曲線斜率近似等于1，但并非直線，有略微彎曲。上臨界雷諾數(shù)不足4000。下臨界雷諾數(shù) 2000左右。與權(quán)威實(shí)驗(yàn)比較，本實(shí)驗(yàn)結(jié)

28、果存在一定的誤差。主要原因是實(shí)驗(yàn)裝置不夠精細(xì)，尤其是實(shí)驗(yàn)管段長段不滿足要求。例如，為了避開管流入口、出口的影響，實(shí)驗(yàn)段的兩端應(yīng)遠(yuǎn)離入口或出口的距離為管徑的120倍。本實(shí)驗(yàn)的管徑d=8mm，與進(jìn)口段、出口段落的長度應(yīng)超過1m。而本裝置的進(jìn)口段，出口段長度不足0.5 m。此外，小流量時，比壓計(jì)液柱長度差很少，讀數(shù)誤差很大，要想提高實(shí)驗(yàn)精度，就要提高流量測量、壓差測量的精度。1.8.6 思考題1 層流時，本實(shí)驗(yàn)的沿程水頭損失hf的值的變化范圍是多少?2.比壓計(jì)的刻度 2:1表示什么含義？3如何判斷比壓計(jì)的刻度（例如 2:1 ）與實(shí)際情況是否相符？4.實(shí)驗(yàn)要求流量首先從小變大，再從大變小，如果使流量時

29、而變大，時而變小，實(shí)驗(yàn)圖 1.8.3 log hf logV 曲線點(diǎn)能連成一條光滑曲線嗎？5小流量時，水流達(dá)到穩(wěn)定所需的時間為什么很長？6 大流量時，比壓計(jì)液面波動比較明顯，這種情況下應(yīng)如何讀取液面讀數(shù)?2.2圓柱表面壓強(qiáng)分布的測量2.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠脡毫鞲衅鳌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量繞流圓柱表面的壓強(qiáng)分布，繪制壓強(qiáng)分布圖，并計(jì)算圖柱體的阻力系數(shù)。2.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)原理圖2.2.1圓柱表面壓強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)使用種實(shí)驗(yàn)裝置。圖2.2.1a是空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)臺的實(shí)驗(yàn)段。氣流經(jīng)過穩(wěn)壓箱，收縮段，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段。圓柱體安裝在實(shí) 驗(yàn)段的中部。穩(wěn)壓箱的氣流速度近似為零，其壓強(qiáng)可認(rèn)為是駐點(diǎn) 壓強(qiáng)P。當(dāng)氣流

30、經(jīng)收縮段進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段后，氣流速度分布比較均勻，速度為Vr壓強(qiáng)為p皿氣流繞圓柱體流動時，流動變得復(fù)雜起來。 本實(shí)驗(yàn)測量圓柱體表面各點(diǎn)的壓強(qiáng)分布。為了測量壓強(qiáng)，在圓柱III氣動臺實(shí)驗(yàn)段風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段體表面開設(shè)一個測壓孔，然后用導(dǎo)管將此壓強(qiáng)引出。導(dǎo)管的出口在圓柱體的軸線上，再用軟管將測點(diǎn)壓強(qiáng)引至壓力傳感器。圓柱體可以繞其軸線轉(zhuǎn)動，借此就能夠測出圓柱體表面各點(diǎn)的壓強(qiáng)分布。圖2.2.1b是風(fēng)洞試驗(yàn)段，為了使氣流速度分布盡量均勻，也為了降低氣流的湍流度，氣流首先流經(jīng)的網(wǎng)格柵，然后才經(jīng)收縮段進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段。實(shí)驗(yàn)段的氣流速度V可認(rèn)為均勻分布，其壓強(qiáng)為p“在實(shí)驗(yàn)段安裝一個 L型的總壓管，用以測量氣流的總壓 po圓柱體安裝

31、在實(shí)驗(yàn)段的中部，它可繞其軸線轉(zhuǎn)動。圓柱體表面開設(shè)一個測壓孔，用導(dǎo)管 將測孔的壓強(qiáng)引出。導(dǎo)管的出口位于圓柱體的轉(zhuǎn)動軸線上。在流體力學(xué)中，一般將壓強(qiáng)用無量綱的參數(shù)一一壓強(qiáng)系數(shù)Cp來表示。p-p： _ pp：（2.2.1 ）p -1：V2 p0-p:2。式（2.2.1）使用了伯努利方程式中，p,p：；po分別是測點(diǎn)壓強(qiáng)，來流壓強(qiáng)，駐點(diǎn)壓強(qiáng)（總壓） 本實(shí)驗(yàn)將測量圓柱表面壓強(qiáng)系數(shù)的分布。在圖柱表面上圓周角0 180的范圍內(nèi)布置若干測點(diǎn)，分別測p_p.和p_p_,按式（2.2.1）計(jì)算壓強(qiáng)系數(shù)。Fd和阻力系數(shù)Cd可以表示為利用壓強(qiáng)系數(shù)，可以求出圓柱體的阻力系數(shù)Cd.(2.2.2 )物體的阻力包括粘性阻力和

32、壓差阻力，粘性阻力很小，可以忽略不計(jì)，因此阻力Fd = ；pJcosRd vCd0(P p：)RCOS7dr=0 Cp cosp r(2.2.3 )式中，二是測點(diǎn)位置的圓周角度，從前駐點(diǎn)起算。本實(shí)驗(yàn)在V -0：180：的范圍內(nèi)布置 N個測點(diǎn)，于是1 NCd （CpCOSfi 1 （Cp cosv）i（r 1.寸）2 i纟(2.2.4 )通常，N=37, 3 - q 1十=5；，但也可以不受此限制，實(shí)驗(yàn)者可以自己選定N和厶0 本實(shí)驗(yàn)用壓力傳感器測量壓差。圖 力傳感器的外形圖。此壓力傳感器屬于壓阻 膜片。膜片上臺階有4個應(yīng)變電阻絲（是用成的）。膜片受壓面發(fā)生變形時，電阻絲也也變。電阻的變化用電橋測

33、量，電橋的輸出電 壓強(qiáng)差.p成線性關(guān)系。2.1已經(jīng)測出這種線 易求得壓差.p 圖2.2.2 cy2000 壓壓力傳感器的輸出電壓 E由數(shù)據(jù)采集系 PCI7422型12位32路 A/D轉(zhuǎn)換板卡。A/D(b)2.2.2a 是本實(shí)驗(yàn)使用的壓 型。承壓元件是一塊單晶硅 集成電路工藝的擴(kuò)散法制 隨之變形，電阻值發(fā)生改 壓E與膜片上、下表面的 性關(guān)系，已知電壓E就容力傳感器統(tǒng)自動讀取。本實(shí)驗(yàn)使用 轉(zhuǎn)換器采用高性能轉(zhuǎn)換芯片AD1674,地址譯碼電路采用 GAL芯片，板卡工作時，能按PCI協(xié)議自動分配基地址。A/D轉(zhuǎn)換時間為10卩s。100kHz）。壓力傳感器有兩個接口，一個接高壓（H）,另一個接低壓（L）在

34、本實(shí)驗(yàn)中，總壓p0最高，因此將其引至高壓接口，壓力傳感器的低壓接口上連接一個三通（見圖2.2.2b ）,開關(guān)，可以輪流切換至g或P的接口。圖2.2.2c表示切換的方法，當(dāng)閥門把手與氣管軸線同向時，閥門開啟。當(dāng)閥門把手與氣管軸成垂直時，閥門關(guān)閉。壓力傳感器在穩(wěn)壓直線電源下工作。本裝置使用一種袖珍型穩(wěn)壓電源。測量壓差p0 -p:時，需關(guān)閉P管即可。測量時，可先測量p0-p （開通p管，關(guān)閉p：管），再測P0-P：（開通p：管，關(guān)閉p管）。系統(tǒng)根據(jù)算式p - p （P0P：）（P0P），就可得到式（2.2.1）的值。2.2.3實(shí)驗(yàn)步驟1 啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將界面轉(zhuǎn)到“圓柱表面壓強(qiáng)系數(shù)測量”。2填寫實(shí)

35、驗(yàn)常數(shù)，其中，氣壓的默認(rèn)值是760mmHg，如果有氣壓表，請將實(shí)測氣壓值填入。通道號的默認(rèn)值是1。請檢查壓力的傳感器的電壓是否輸入A/D板的1通道，如有改變，請?zhí)顚憣?shí)際使用的通道號。3檢查壓力傳感器是否通電。如已通電，穩(wěn)壓電源的工作指示燈發(fā)亮。4將測點(diǎn)的圓角度調(diào)至 0，點(diǎn)擊“測量”按鈕，按照提示操作，完成第 1個測點(diǎn)的測量。5改變測點(diǎn)的角度，進(jìn)行新測點(diǎn)的測量。本實(shí)驗(yàn)要測量圓柱表面的壓強(qiáng)分布，并計(jì)算阻力系數(shù)，這要求第1個測點(diǎn)的角度為0,最后一個測點(diǎn)的角度為180,在0 -180。之間布設(shè)若干個測點(diǎn)，通常，每隔5。布置一個測點(diǎn)，但也可不受此限制，任意布置測點(diǎn)角度。不過，0 -90。之間的壓強(qiáng)變化比

36、較大，宜多布置測點(diǎn)。總測點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于30。另外，角度應(yīng)從小變大，不能忽大忽小。6測量結(jié)束后，將界面轉(zhuǎn)到下頁。點(diǎn)擊“畫實(shí)驗(yàn)點(diǎn)”、“繪理論曲線”，則系統(tǒng)自動將實(shí)驗(yàn)值標(biāo)在 G- B關(guān)系圖中,同時給出無粘繞流時圓柱表面的壓強(qiáng)系數(shù)C=1-4sin 0的理論曲線，點(diǎn)擊“計(jì)算阻力系數(shù)”，系統(tǒng)將算出氣流速度，雷諾數(shù)，圓柱的阻力系數(shù)。2.2.4 注意事項(xiàng)1 本實(shí)驗(yàn)使用多種電氣元件，實(shí)驗(yàn)時應(yīng)小心操作，防止觸電，不要隨意撥動電子設(shè)備的開關(guān)，不要隨意更改電 子元件的接線。2.實(shí)驗(yàn)段的氣流速度一般地V： _10m/s _20m/s，因此 p _p：一 _60Pa_250Pa。請檢查數(shù)據(jù)表第3列% _p：:的實(shí)測值是否在

37、此范圍中。另外，-0的測點(diǎn)的G應(yīng)讀接近1。根據(jù)這兩項(xiàng)判斷系統(tǒng)是否正常工作。2.2.5 數(shù)據(jù)表、實(shí)驗(yàn)曲線、誤差分析圖2.2.3是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖2.2.4是實(shí)驗(yàn)曲線的界面。從理論上說，-0的測點(diǎn)的壓強(qiáng)系數(shù) O應(yīng)為1。但實(shí)測值僅為0.914。一般來說，在大雷諾流動時，二.90：的測點(diǎn)的G值小于-1.2，而圖中顯示的 Gl J - 1,實(shí)驗(yàn)值偏大，引起誤差的原因，可能是測點(diǎn)壓強(qiáng) P的接口不好，導(dǎo)致漏氣，這時，應(yīng)試檢查軟（膠）管接口是否漏氣。圓柱表面壓強(qiáng)系數(shù)測量通適號剛王直徑a-Uh歩監(jiān)日朋打印asmffiwl52OS和s-la%ffl巧旳閃7075ECIDm.nsi24. 744B15.3TQ6.E6(K.0WE&173 106330.3816142. TS52.6244S2I3101ST 騎&234. 5329122 9832reorr.7915I55.92S451.4067104. 5167.BIDS20159. 3SH7B. 5T69az. ainff.5195.43S225160. T胡01.10159.62.370S.33623D1ST 如