贵州大学能源动力工程《流体力学》专业基础实验.docx

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1、专业基础实验（1）指导书电气工程学院能动专业12级6人小组2014年6月实验1雷诺实验1一、实验目的1二、实验装置1三、实验原理1四实验步骤2五、实验数据记录及计算2实验2测速实验4一、实验目的4二、实验装置4四实验步骤6五、实验数据记录及计算7实验3沿程阻力与局部阻力测定实验9一、实验目的9二、实验内容9三、实验原理、方法和手段9四、实验组织运行要求10五、实验条件10六、实验步骤11七、思考题11八、实验报告11九、其它说明11实验4喷管特性实验12一、实验目的12二、实验内容12三、实验原理、方法和手段13四实验组织运行要求17五、实验条件17六、操作步骤17七、思考题17八、实验报告1

2、8九、其它说明19实验5伯努利方程验证20一、实验目的20二、实验装置20三、实验原理20四实验操作21实验1雷诺实验一、实验目的1 .观察流体在不同流动状态时流体质点的运动规律。2 .观察流体由层流变紊流及由紊流变层流的过渡过程。3 .测定液体在圆管中流动时的下临界雷诺数Re,.二、实验装置图1.I雷诺实验装置1.水箱及潜水泵2.上水管3.溢流管4.电源5.整流栅6.溢流板7.墨盒8.墨针9.实验管10.调节阀I1.接水箱12.量杯13.回水管14.实验桌三、实验原理流体在管道中流动，有两种不同的流动状态，其阻力性质也不同。在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H不变。如果管路中出口阀门

3、开启较小，在管路中就有稳定的平均速度V,微启红色水阀门，这时红色水与自来水同步在管路中沿轴线向前流动，红颜色水呈一条红色直线，其流体质点没有垂直于主流方向的横向运动，红色直线没有与周围的液体混杂，层次分明地在管路中流动。此时，在流速较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动,为层流运动。如果将出口阀门逐渐开大，管路中的红色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的流动呈临界状态。如果将出口阀门继续开大，出现流体质点的横向脉动，使红色线完全扩散与自来水混合，此时流体的流动状态为紊流运动。流体的雷诺数Re=曳V,根据连续方程：Q=Au,y=2流量。用体积法测出,A即在加时间内流入计量水箱中

4、流体的体积AV。Q=Jt式中A管路的横截面积;d管路直径；V一一流体繁荣流速；V一一水的运动粘度。四、实验步骤1 .准备工作。将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，以保持水位高度H不变。2 .缓慢开启阀门7,使玻璃管中水稳定流动，并开启红色阀门9,使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。3 .开大出口阀门7,使红色水在玻璃管内的流动呈紊流状态，再逐渐关小出口阀门7,观察玻璃管中出口处的红色水刚刚出现脉动状态但还没有变为层流时，测定此时的流量，计算出下临界流速匕。重复做三次，即可算出下临界雷诺数。五、实验数据记录及计算d=mm水温=C实验次数V(ma)Z(三)Q(m3

5、s)Vc(ms)V(m7s)Re,123E临界雷诺数的计算公式为:实验2测速实验一、实验目的一、掌握用毕托管测量某一点流速的技能。了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其测量精度，进一步明确传统流体力学测量仪器的现实作用。二、通过测定流量系数，掌握文丘里流量计测量管道流量的技术。验证能量（伯努利）方程的正确性。三、了解孔板流量计的原理及其实验装置。确定孔板流量计的流量系数值。二、实验装置图2.1阻力综合实验装置1.水泵电机2.水泵3.循环储水箱4.计量水箱5.孔板及比托管实验管段进水阀6.阀门阻力实验管段进水阀7.D=Mrnm沿程阻力实验管段进水阀8.D=Mmm沿程阻力实验管段9.阀门阻力实

6、验管段10.孔板流量计11.比托管12.测阻阀门13.测压管及测压管固定板14.D=Mmm沿程阻力实验管段出水阀15阀门阻力实验管段出水阀16.孔板及比托管实验管段出水阀17.文丘里实验管段出水阀18.D=IOrnm沿程阻力实验管段出水阀19.管支架20.D=K）mm沿程阻力实验管段21.文丘里流量计22排水阀门三、实验原理用毕托管测量流速时，u=c,2gz=式中u一一毕托管测点处的流速；c一一毕托管的流速校正系数；M毕托管的全压水头与静水压水头差；k仪器常数，女=C疡。根据伯努利方程和连续性方程，可得不计阻力作用的文丘里管过水能力关系式为:Q=I?I(zi+-)-(z2+=k4hM、41v/

7、式中k=为仪器常数;J(-)4-1A=(z1+-)-(z2+-),为两断面测压管水头差。/孔板流量计原理与文丘里流量计相同，根据能量方程以及等压面原理可得出不计阻力作用时的文丘里流量计(孔板流量计)的流量计算公式：=Kh其中:11P2d24D4-4=(z1+p17)-(z2+p2)对于文丘里流量计：力=hi-h2对于孔板流量计：=3-A4+/?5-6根据实验室设备条件，管道的实测流量Q实由体积法测出。在实际液体中，由于阻力的存在，水流通过文丘里流量计(或孔板流量计)时有能量损失，故实际通过的流量Q攵一般比Q理稍小，因此在实际应用时，上式应予以修正，实测流量与理想液体情况下的流量之比称为流量系数

8、，即=。理沿程水头损失与流速的关系对沿程阻力两测点的断面列伯努利方程因实验管段水平，且为均匀流动，所以Zi=z2,=2,vl=v2,l=2yhl=hf由此得ZZ=旦马=M即管路两点的沿程水头损失hf等于测压管水头差?o由此式求得沿程水头损失，同时根据实测流量计算平均流速外将所得当和y数据绘在对数坐标纸上，就可确定沿程水头损失与平均流速的关系。2.沿程阻力系数的测定由上面的分析可以得到：。乙一1=My/由达西公式：用体积法测得流量。，并计算出断面平均流速即可求得沿程阻力系数4：4=空丝四、实验步骤皮托管测速实验：1 .打开水泵和出水阀，读取管嘴的上下游水位和毕托管水头。2 .调节出水阀，再重复步

9、骤1）三次。计入表6.1。文丘里流量计实验：1 .测计各有关常数。2 .打开水泵，调节进水阀门，全开出水阀门，使压差达到测压计可测量的最大高度。3 .测读压差，同时用体积法测量流量。4 .逐次关小调节阀，改变流量79次，注意调节阀门应缓慢。5 .把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。6 .如测管内液面波动时，应取平均值。五、实验数据记录及计算1 .计算常数。毕托管的校正系数C=,常数&=cm5s.2 .实验数据记录及计算见下表。表2.1数据表实验次序毕托管水头差(Cm)测点流速U=kyii(Cm/s)H3H4h1234文丘里流量计数据处理：1.记录计算有关数据。实验装置台No4=cm,d2

10、=cm,水温t-,水箱液面标尺值So=,管轴线高程标尺值5=cm。常数A=cm025So2.整理记录计算表如表2.1、表2.2。表2.1记录表次序测压管度数水量(Cm3)测量时间(三)hih2h3h4hshe123456789表2.2计算表次序Q(cm3s)z=(h1-h2+h3-h4)(Cm)Q,=kh(cm3s)123456789实验3沿程阻力与局部阻力测定实验一、实验目的1 .用实验的方法测定：沿程阻力损失与流速V的关系，沿程阻力系数人与雷诺数RN的关系2 .用实验的方法测定：局部阻力损失APj与流速V的关系，局部阻力系数1与雷诺数RCd的关系二、实验内容用lnPfcolnV,InPj曲

11、线表示。用In111R”Inln曲线表示。四根曲线都用方格纸画出。预习问题：为了求得入=fl(Red),=f2(Red)需要测量哪些量？我们设备条件下如何测量？怎样拟定我们的实验步骤组织进行实验？三、实验原理、方法和手段1.沿程阻力：粘性流体在管道中流动时，流体与管壁面以及流体之间存在摩擦力，所以沿着流动路程流体流动时总是受到摩擦力的阻滞，这种沿流程的摩擦阻力，称为沿程阻力。流体流动克服沿程阻力而损失的能量,就称为沿程损失,沿程损失是发生在缓变流整个流程中的能量损失,它的大小与流过的管道长度成正比造成沿程损失的原因是流体的粘性。因而这种损失的大小与流体的流动状态(层流或紊流)有密切关系。管道流

12、动中的沿程损失满足Darcy-Weisbach公式：Pf=W=Pf=*(ld)*(PV222)1p224Pf一一单位体积流体的沿程损失N-mm3由实验测定。沿程阻力系数，由实验确定入=fRwd11a-管长(m)d管径(m)V1管中有效截面上的平均流速VFQ(11d124)Q由实验确定改变流量Q即改变了平均流速V,从而改变了人和APf根据实验结果可绘出aPfsV关系曲线与入=f(RQ关系曲线(/心不变)3.局部阻力在管道系统中通常装有阀门，弯管，变截面等局部装置。流体流经这些局部装置时流速将重新分布，流体质点与质点及与局部装置之间发生碰撞，产生旋涡，使流体的流动受到阻碍，由于这钟阻碍发生在局部的

13、急变流动区段，所以称为局部阻力。流体为克服局部阻力所损失的能量，称为局部损失。管道中局部损失可用下式求得Pj=pV222=Pj(pV/2)Pj单位体积流体的局部损失(Nmm3)局部阻力系数，V2管中有效截面上的平均流速(ms)在某个固定阀门位置，由流体的流量Q可计算出V2=Q(d224)因雷诺数&d2=V2d2,于是由实验结果可绘制APfV的关系曲线和Rw2的关系曲线。四、实验组织运行要求采用集中授课形式五、实验条件流量测定试验台1套沿程阻力：管径：Dl=8mm管长：1.l=100Omm局部阻力：管径：D2=15mm管长：1.2=50mm六、实验步骤1 .确定实验管路，把阀门打开。将其他管路阀门关上。2 .根据管径大小确定总阀门的开度。3 .合上电源，分多个工况点对流量和压差进行测量。七、思考题1. 测压管孔的位置对&有什么影响？2. ZXPf随V的多少次方成正比？3. ZXpj随V的多少次方成正比？八、实验报告记录表3-1序号