1、流體力學綜合實驗流體力學綜合實驗臺為多用途實驗裝置，其結構示意圖如圖1所示圖1流體力學綜合試驗臺結構示意圖1.儲水箱2. 上、回水管3.電源插座4.恒壓水箱5.墨盒6.實驗管段組7.支架8.計量水箱9.回水管10.實驗桌 利用這種實驗臺可進行以下實驗：一、雷諾實驗；二、能量方程實驗；三、管路阻力實驗；1.沿層阻力實驗2 .局部阻力實驗；四、孔板流量計流量系數和文丘里流量系數的測定方法；五、皮托管測流速和流量的方法。一、雷諾實驗1 .實驗目的(1 )觀察流體在管道中的流動狀態；(2)測定幾種狀態下的雷諾數；(3) 了解流態與雷諾數的關系。2. 實驗裝置在流體力學綜合實驗臺中，雷諾實驗涉及的局部有

2、高位水箱、雷諾數實驗管、閥門、彳白努力方程實驗管道、顏料水(藍墨水)盒及其控制閥門、上水閥、出水閥水泵和計量水箱等，秒表及溫度計自備。3. 實驗前準備(1 )、將實驗臺的各個閥門置于關閉狀態。開啟水泵，全開上水閥門，把水箱注滿水，再調節上水閥門，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不變。(2)、用溫度計測量水溫。4. 實驗方法(1)、觀察狀態翻開顏料水控制閥，使顏料水從注入針流出，顏料水和雷諾實驗管中的水迅速混合成均勻的淡顏色水，此時雷諾實驗管中的流動狀態為紊流；隨著出水閥門的不斷的關小，顏料水與雷諾實驗管中的水滲混程度逐漸減弱，直至顏料水與雷諾實驗管中形成一條清晰的線流，此時雷諾實驗管中的流動為

3、層流。(2)測定幾種狀態下的雷諾系數全開出水閥門，然后在逐漸關閉出水閥門，直至能開始保持雷諾實驗管內的顏料水流動狀態為層流狀態。按照從小流量到大流量的順序進行實驗，在每一個狀態下測量體積流量和水溫，并求出相應的雷諾數。實驗數據處理舉例：53設某一工況下具體積流量 Q=3.467 X 10 m /s，雷諾實驗管內徑d=0.014m，實驗水溫T=5 C , 查水的運動粘度與水溫曲線，可知微 v=1.519 X 10-6m2/s。Q 3.467 10*流速 V0.255m/ sF兀20.0144Re 雷諾數Re=V ? d/v=0.014x 0.225/1.519"0 上=2 0 7 5心

4、二./ 5Q(10 ) I i _ i iWI uF *a*圖 2 雷諾數與流量的關系曲線根據 實驗數 據和 計算結果，可 繪制出雷諾數 與流量的關系曲線圖 2。不同 溫度下， 對應 的曲線斜率不同。3測定下臨界雷諾數調整出水閥門，使雷諾實驗管 中的流動處于紊流狀態，然后緩慢地逐漸 關小出 水閥門，觀 察 管內顏色水流的變動情況。當關小某一程 度時，管內的顏料水 開始成 為一條線流，即為紊流轉變 為層流的下臨界狀態。記 錄下此時的相應的數據，求出 下臨界雷諾數 。 4觀察層流狀態下的速度分布關閉出水閥門，用手擠壓顏料 水開關的膠管二到三下，使顏料水在一小 段管內 擴散到整的斷 面。然后，在微微

5、翻開出水閥門，使管 內呈層流流動狀態，這 是即可 觀察到水在層流流動時呈拋 物狀， 演示出管內水流流速分布。注：每調節閥門一次，均需等待穩定幾分鐘。關小閥門過程中，只許漸小，不許 開打。隨著出水流 量減小，應當調 小上水閥門，以減少溢流流量引發的振動。二、 能量方程實驗1、實驗目的1、觀察流體 流經 能量方程實驗管時 的 能量轉化情況 ，并 對實驗中出現 的 現象進行 分析，從而加深對能量方 程的理解。2、掌握一種測量流體流速的原 理。2、實驗裝置流體力學 綜合實驗臺中，能量方程實驗局部涉及的 有上水箱、能量方程實驗管、 上水閥門、 出水閥門、水泵、測壓 管板圖中未給出和計量水箱等。3、實驗前

6、準備工作開啟水泵， 全開水閥門使水箱注滿水， 再調節上水閥門， 使水箱水位始 終保持 不變， 并有少 量 溢出。4、實驗方法1 、 能 量 方 程 實 驗 調節出水閥門至一定開度，測定能量方程實驗管的四個斷面四組測壓管 的液柱 高度，并利用 計量水箱和秒表測定流量。改變閥門的開度，重復上面方法進 行測試根據 測試數 據的計算結果，繪 出某一流量下各種 水頭線如圖 3，并運用能量方程進行分析，解釋各測點各種能頭500400300200100的變化規律。I_LX_1_1X""""流動方向圖3各種水頭線可以看出，能量損失沿著流體流 動方向增大的；I與川 比擬，

7、兩點管徑 相同，所以動 能頭根本相同，但川點的 壓力能頭比I增大了，這是由于位置 能轉化而得來的；I與U比擬，其位置 能頭相同，但U點比I點的壓力能頭大， 這是由于管徑變粗；速度減慢，動能頭 轉化為壓力能頭；川與W比擬，位置能 頭相同，但壓力能頭小了，可明顯看出， 是壓力能頭轉化為速度能頭了實驗結果還清楚的說明了連續方程，對于不可壓縮的流體穩定流動，當流量定時，管徑粗的地方流速小，細的地方流速大。2測速能量方程實驗管上的四組測壓管的任一組都相當與一個皮托管，可測得管內的流體速度。由于本實驗臺將總測壓管置與能量方程實驗管的軸線，所以測得的動壓水頭代表了軸心處的最大速度。皮托管求點速度的公式為：u

8、 =c. 2g h = k h k =c. 2g 式中u-畢托管測點處的點速度；c-畢托管的教正系數；h-畢托管全壓水頭與靜水壓水頭差u =.2g : H聯立上兩式可得''=cA hr H式中u-測點處流速，有畢托管測定；-'-測點流速系數； H -管嘴的作用水頭；在進行能量方程實驗的同時，就可以測定出各點的軸心速度和平均速度。測試結果記入表二中， 如果用皮托管求出所在截面的理論平均速度，可根據該截面中心處的最大流速。雷諾數與平均流速的關系，參考有關流體力學求出。表2-1測點編號工或差In出IV流量左右左右左右左右m3/s1.總水頭壓力水頭速度水頭冃匕量水頭2.總水頭壓

9、力水頭速度水頭冃匕量水頭冃匕量方程官斷面的中心線距幾廠基準線咼(mm)冃匕量方程官內徑d(mm)靜水頭mm H 2O表2-2、測片流、點號目-速八Idimmnd2 mm出d3 mmVd4mm軸心速度VB(m/s)平均速度V(m/s)三沿程水頭損失與流速的關系1 .實驗目的1)驗證沿程水頭損失與平均流速的關系。2)對照雷諾實驗，觀察層流和紊流兩種流態及其轉換過程2. 實驗前準備工作將實驗臺個閥門置于關閉狀態，開啟實驗管道閥門，將泵開啟，檢驗系統是否有泄露；排放導壓膠管中的空氣。3. 實驗原理對沿程阻力兩測點的斷面列能量方程2 2Zi 十 R / pg +印 5 /2g = Z 2 + P2 /

10、pg + a?"/2g 十山因實驗管段水平，切為均勻流動：Z1 =Z2 ； di =d2 ； Ui =U2 ； hw =hr得：hr =R / pg - P ?/ pg 二 h上式中：hw :測壓管水頭差即為沿程水頭損失。由此式求得沿程水頭損失，同時根據實測流量計算平均流速V，將所得hw，V數據點繪在對數坐標紙上，就可確定沿程水頭損失與流速的關系。4. 實驗步驟1開啟調節閥門，測讀測壓計水面差；2用體積法測量流量，并計算出平均流速；3 將實驗的hw與計算得出的u值標入對數坐標紙內，繪出lgh r-lgu關系曲線；4調節閥門逐次由大到小，共測定10次；5. 實驗數據及曲線繪制儀器常數：

11、d=cm, A=cmL= m, t= C表3-1Noh 1( cm)h 2( cm)hf(cm)3V(cm )lgh f(cm 3)t(s)q(cm 3/s)V (cm/s)lg v12345678910p0.010.010.010.01A0*0 01 11對數坐標四沿程阻力系數的測定單1實驗原理對沿程阻力兩點的端面列能量方程得hr = R / pg - P 2 / pg =鮎由達西公式:hr = L /d u2/2go10010J)l I I I I I IaoioiIgRe-lglOO對數坐標圖繪圖:2-2gdh r /L u2實驗步驟及要求1本實驗共進行粗細不同管徑的兩組實驗，每組各作出

12、6個實驗;2開啟進水閥門，使壓差到達最大高度，作為第一個實驗點;3測讀水柱高度，并計算高度差;4用體積法測量流量，并測量水溫;5用不同符號將粗細管首的實驗點繪制成Ig$e-Ig100，對數曲線用體積法測得流量，并計算出斷面平均流速，即可求得沿程阻力系數實驗數據記錄:d粗=cm,L=mvd細=cm,t=cKg/cm 2表4-1類別Nohl(cm)h2(cm)h汞(cm)h水(cm)t(s)qv(cm 3/s)v(cm/s)RcigR dlg(100 人)1粗23管456表4-2類別Noh1(cm)h2(cm)h汞(cm)h水(cm)t(s)qv(cm 3/s)v(cm/s)RclgR d扎lg(

13、100 幾)1粗23管456細1234管56五局部阻力損失實驗1) 掌握三點法，四點法測量局部阻力系數的技能；實驗驗證與分析，2) 通過對圓管突擴局部阻力系數的包達公式和突縮局部阻力系數的經驗公式的 熟悉用理論分析法和經驗法建立函數式的途徑。3) 加深對局部阻力損失機理的解釋；2 實驗原理寫出局部阻力前后兩斷面的能量方程根據曲線推導條件，扣除沿程水頭損失可得：1) 突然擴大 采用三點法計算，下式中 hfi_2 由 hf2J3 按流長比例換算得出：2 2he =(Zi?/y) as /2g -(Z 2 P2 / y) au 2 /2g hA冀2e =1% /aui /2g理論e = (1 -/

14、A2)2his = e = au 5 / 2g算得出2) 突然縮小采用四點法計算，下式中B點為突縮點，hf4-B由hf3-4換算得出，hfB-5由hf5-6換實測2 2hfs 二(Z4 P4/Y) au 4 /2g) -h f4_B)-(Z5 P5 /Y) au 5 /2g) h尹2s =his /au 5 /2ge =0.5(1- 乓/A3) 2尹2his 二 e =au5 /2g3 實驗方法與步驟1) 測記實驗有關的常數。量流量2) 翻開水泵，排除實驗管道中的滯留氣體及測壓管氣體3) 翻開出水閥至最大開度，等流量穩定后，測記測壓管讀數，同時用體積法計4翻開出水閥開度3-4次，分別測記壓管讀

15、數及流量 4實驗分析與討論1分析比擬突擴與突縮在相應條件下的局部損失大小關系2 結合流動演示的水力現象，分析局部阻力損失機理何在？產生突擴與突縮局部阻力損失的主 要部位在那里？怎樣減小局部阻力損失。表5-1次序流量(cm 3/s)測壓管讀數cm體積時間流量表4-2阻力形式次序流量cm 3/s前剖面后剖面hj cmhj cm2 av2gcmE cm2 av2gcmE cm突然擴大突然縮小六閥門局部阻力系數的測定1測定閥門不同開度時：全開， <30°, <45 0三種的阻力系數2 掌握局部阻力系數的測定方法。2 實驗原理對 I ,W 兩斷面列能量方程式，可求得閥門的局部水頭損

16、失與21 i+l 2長度上沿程 水頭損失之和，用 hwi 表示，那么有下式：hwi =Pi - P4/ pg 二 hi同理對U，川兩斷面列能量方程式，可求得閥門局部水頭損失與L+L2長度上的沿程水頭損失之和， 用 hw2 表示：hw2 =P2 - R/ pg F； h2所以閥們的局部水頭損失 h 應為h - 2a- h2 - hi亦 J2 /2g =2 h 2 - hi所以閥門的局部阻力系數應為：F =2 譏 一 hi 2g/ J式中： 為管道斷面的平均流速。3 實驗步驟及要求1 本實驗共進行三組實驗，閥門全開，<30°， <45 °每組做三個實驗點。2開啟進水

17、閥門，是壓差到達測壓計可測量的最大高度。3測讀壓差，同時用體積法測量流量。4每組各個實驗點的壓差值不要太接近。5變換閥門開啟角度重復上述步驟。6繪制a二f 曲線。閥門局部阻力系數實驗記錄表 6-1 :七文丘里流量計實驗實驗目的1通過測定流量系數，掌握文丘里流量計測量管道流量的技術2驗證能量方程的正確性。實驗原理其中：d 4防T根據能量方程式和連續性方程式，可得不計阻力作用的文氏管過水能力關系式h “乙？旦-匕2 ?巴 式中：h為兩斷面測壓管水頭差(2g( Z!+?一(Z2+P2)Q由于阻力的存在，實際通過流量JI 2Q 4d1Q恒小于Q'引入無量綱系數4= Q 卩稱為文丘里流量修正系數

18、四實驗方法與步驟1測計各有關常數2翻開水泵，調節進水閥門，全開出水閥門，使壓差到達測壓計可測量的最大高度。3測讀壓差，同時用體積法測量流量。4逐次關小調節閥，改變流量79次，注意調節閥門應緩慢。5把測量值記錄在實驗表格內，并進行有關計算。6如測管內液面波動時，應取平均值。五實驗結果及要求1記錄計算有關數據。實驗裝置臺No2d1= cm, d2= cm, 水溫 t=°C v=cm /s水箱液面,管軸線高程表尺值V=cm。2整理記錄計算表表7.1記錄表次序測壓管度數水量(cm3)測量時間(s)hih2h3h4123456789表7.2計算表次序Q(cm 3/s)也h=(h i -h2+h 3-h 4)(cm)Re1Q'=(k 阿)(cm3 /s)卩=QQ'八孔板流量計實驗實驗目的1學習并掌握用板孔式流量計測量流量實驗原理1孔板流量計的原理定的關系，因流體流過板孔時，板孔前后產生壓力差，起差值隨流量而變，而兩者之間有確此可通過測量來測定流量。對I,U兩面列能量方程(水平放置，勢能頭相等)得：2 2F2 ViP2 V22 -2:g 2g-g 2g20為出流局部