工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

福州大學(xué)土木工程學(xué)院本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)題目：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1：畢托管測速實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2：管路沿程阻力系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3：管路局部阻力系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4：流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)姓名：李威 學(xué)號(hào)：051001509組別：_實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師姓名：_ 同組成員：_2011年月日實(shí)驗(yàn)一 畢托管測速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅?通過對管嘴淹沒出流點(diǎn)流速及點(diǎn)流速系數(shù)的測量，掌握用測壓管測量點(diǎn)流速的技術(shù)和使用方法。2通過對畢托管的構(gòu)造和適用性的了解及其測量精度的檢驗(yàn)，進(jìn)一步明確水力學(xué)量測儀器的現(xiàn)實(shí)作用。二、實(shí)驗(yàn)成果及要求 實(shí)驗(yàn)裝置臺(tái)號(hào)No 表1 記錄計(jì)算表 校正系數(shù)c= ，k= cm0.5/s實(shí)驗(yàn)次序上、下游水位差（cm）畢托管水頭差（cm）測點(diǎn)流速（cm/s）測點(diǎn)流速系數(shù)h1h2Hh3h4h1234 三、實(shí)驗(yàn)分析與討論1利用測壓管測量點(diǎn)壓強(qiáng)時(shí)，為什么要排氣？怎樣檢驗(yàn)排凈與否？答：若測壓管內(nèi)存有氣體，在測量壓強(qiáng)時(shí)，水柱因含氣泡而虛高，使壓強(qiáng)測得不準(zhǔn)確。排氣后的測壓管一端通靜止的小水箱中（此小水箱可用有透明的機(jī)玻璃制作，以便看到箱內(nèi)的水面），裝有玻璃管的另一端抬高到與水箱水面略高些，靜止后看液面是否與水箱中的水面齊平，齊平則表示排氣已干凈。2畢托管的壓頭差h和管嘴上、下游水位差H之間的大小關(guān)系怎樣？為什么？答：這兩個(gè)差值分別和動(dòng)能及勢能有關(guān)。在勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的過程中，由于粘性的存在而有能量損失，所以壓頭差較小。3所測的流速系數(shù)說明了什么？實(shí)驗(yàn)二 管路沿程阻力系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅? 掌握沿程阻力的測定方法；2. 測定流體流過直管時(shí)的摩擦阻力，確定摩擦系數(shù)與的關(guān)系；3測定流體流過直管時(shí)的局部阻力，并求出阻力系數(shù)；4學(xué)會(huì)壓差計(jì)和流量計(jì)的使用。二、實(shí)驗(yàn)成果及要求1有關(guān)常數(shù)。 實(shí)驗(yàn)裝置臺(tái)號(hào) 圓管直徑d= cm， 量測段長度L=85cm。及計(jì)算（見表1）。2繪圖分析* 附錄1 實(shí)驗(yàn)曲線繪法建議1圖紙 繪圖紙可用普通厘米紙或?qū)?shù)紙，面積不小于1212cm；2坐標(biāo)確定 若采用厘米紙，取lghf為縱坐標(biāo)（繪制實(shí)驗(yàn)曲線一般以因變量為縱坐標(biāo)），lgv為橫坐標(biāo)；采用對數(shù)紙，縱坐標(biāo)寫hf，橫坐標(biāo)用v，即不寫成對數(shù)；3標(biāo)注 在坐標(biāo)軸上，分別標(biāo)明變量名稱、符號(hào)、單位以及分度值；4繪點(diǎn) 據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)；5繪曲線 據(jù)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布繪制曲線，應(yīng)使位于曲線兩側(cè)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)大致相等，且各點(diǎn)相對曲線的垂直距離總和也不致相等。 繪制lglghf曲線，并確定指數(shù)關(guān)系值m的大小。在厘米紙上以lg為橫坐標(biāo)，以lghf為縱坐標(biāo)，點(diǎn)繪所測的lglghf關(guān)系曲線，根據(jù)具體情況連成一段或幾段直線。求厘米紙上直線的斜率將從圖上求得的m值與已知各流區(qū)的m值（即層流m=1，光滑管流區(qū)m=1.75，粗糙管紊流區(qū)m=2.0，紊流過渡區(qū)1.75m2.0）進(jìn)行比較，確定流區(qū)。表1 記錄及計(jì)算表常數(shù)K=2gd5/8 L= cm5/s2次序體積cm3時(shí)間s流量Qcm3/s流速vcm3/s水溫C粘度vcm2/s雷諾數(shù)Re比壓計(jì)數(shù)cm沿程損失hfcm流程損失系數(shù)Re2320h1h21234567891011121314三、實(shí)驗(yàn)分析與討論1.為什么壓差計(jì)的水柱差就是沿程水頭損失？如實(shí)驗(yàn)管道安裝成傾斜，是否影響實(shí)驗(yàn)成果？答：在管道中的，水頭損失直接反應(yīng)于水頭壓力。測力水頭兩端壓差就等于水頭損失。如果管道傾斜安裝，不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但壓差計(jì)應(yīng)垂直，如果在特殊情況下無法垂直，可乘以傾斜角度轉(zhuǎn)化值。2據(jù)實(shí)測m值判別本實(shí)驗(yàn)的流動(dòng)型態(tài)和流區(qū)。答：曲線的斜率m=1.01.8，即與成正比，表明流動(dòng)為層流（m=1.0）、紊流光滑區(qū)和紊流過渡區(qū)（未達(dá)阻力平方區(qū)）。3本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與莫迪圖吻合與否？試分析其原因。答：鋼管的當(dāng)量粗糙度一般為0.2mm，常溫下，經(jīng)濟(jì)流速，若實(shí)用管徑D=（20100）cm，其，相應(yīng)的=0.00020.001，由莫迪圖可知，流動(dòng)均處在過渡區(qū)。若需達(dá)到阻力平方區(qū)，那么相應(yīng)的，流速應(yīng)達(dá)到(59)m/s。這樣高速的有壓管流在實(shí)際工程中非常少見。而泄洪洞的當(dāng)量粗糙度可達(dá)(19)mm，洞徑一般為（23）m，過流速往往在(510)m/s以上，其大于，故一般均處于阻力平方區(qū)。實(shí)驗(yàn)三 管路局部阻力系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅憾?、?shí)驗(yàn)成果及要求1記錄計(jì)算有關(guān)常數(shù)。 實(shí)驗(yàn)裝置臺(tái)號(hào)No d1=D1= cm， d2=d3= d4= D2= cm，d5=d6=D3= cm， l12=12cm， l23=24cm，l34=12cm， l4B=6cm， lB5=6cm， l56=6cm，= ，= 。2整理記錄、計(jì)算表。3將實(shí)測值與理論值（突擴(kuò)）或公認(rèn)值（突縮）比較。表1 記錄表序號(hào)流量cm3/s測壓管讀數(shù)cm體積時(shí)間流量12345678表2計(jì)算表阻力形式次序流量cm3/s前斷面后斷面hjcmhjcmcmEcmcmEcm突然擴(kuò)大1234突然縮小1234三、實(shí)驗(yàn)分析與討論1結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果，分析比較突擴(kuò)與突縮在相應(yīng)條件下的局部損失大小關(guān)系：1）不同Re的突擴(kuò)e是否相同？2）在管徑比變化相同的條件下，其突擴(kuò)e是否一定大于突縮s？答：由式及表明影響局部阻力損失的因素是和。由于有突擴(kuò)：突縮：則有當(dāng) 或 時(shí)，突然擴(kuò)大的水頭損失比相應(yīng)的突然收縮的要大。在本實(shí)驗(yàn)最大流量Q下，突然擴(kuò)大損失較突然縮小損失約大一倍，即。 接近于1時(shí)，突然擴(kuò)大的水流形態(tài)接近于逐漸擴(kuò)大管的流動(dòng)，因而阻力損失顯著減小。2結(jié)合流動(dòng)儀演示的水力現(xiàn)象，分析局部阻力損失機(jī)理何在？產(chǎn)生突擴(kuò)與突縮局部阻力損失的主要部位在哪里？怎樣減小局部阻力損失？答：流動(dòng)演示儀1-7型可顯示突擴(kuò)、突縮、漸擴(kuò)、漸縮、分流、合流、閥道、繞流等三十多種內(nèi)、外流的流動(dòng)圖譜。據(jù)此對于局部阻力損失的機(jī)理分析如下：從顯示的圖譜可見，凡流道邊界突變處，形成大小不一的漩渦區(qū)。漩渦是產(chǎn)生損失的主要根源。由于水質(zhì)點(diǎn)的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)和激烈的紊動(dòng)，相互磨擦，便消耗了部分水體的自儲(chǔ)能量。另外，當(dāng)這部分低能流體被主流的高能流體帶走時(shí)，還須克服剪切流的速度梯度，經(jīng)質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)能交換，達(dá)到流速的重新組合，這也損耗了部分能量。這樣就造成了局部阻力損失。從流動(dòng)儀可見，突擴(kuò)段的漩渦主要發(fā)生在突擴(kuò)斷面以后，而且與擴(kuò)大系數(shù)有關(guān)，擴(kuò)大系數(shù)越大，漩渦區(qū)也越大，損失也越大，所以產(chǎn)生突擴(kuò)局部阻力損失的主要部位在突擴(kuò)斷面的后部。而突縮段的漩渦在收縮斷面均有。突縮前僅在死角區(qū)有小漩渦，且強(qiáng)度較小，而突縮的后部產(chǎn)生了紊動(dòng)度較大的漩渦環(huán)區(qū)?？梢姰a(chǎn)生突縮水頭損失的主要部位是在突縮斷面后。從以上分析可知，為了減小局部阻力損失，在設(shè)計(jì)變斷面管道幾何邊界形狀時(shí)應(yīng)流線型化或晝接近流線形，以避免漩渦的形成，或使漩渦區(qū)盡可能小。如欲減小管道的局部阻力，就應(yīng)減小管徑比以降低突擴(kuò)段的漩渦區(qū)域；或把突縮進(jìn)口的直角改為圓角，以消除突縮斷面后的漩渦環(huán)帶，可使突縮局部阻力系數(shù)減小到原來的。突然收縮實(shí)驗(yàn)管道使用年份長以后，實(shí)測阻力系數(shù)減小，主要原因也在這里。實(shí)驗(yàn)四 流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅?.通過本實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)對靜力學(xué)概念的理解2應(yīng)用U形壓力計(jì)測定容器A內(nèi)液面上的氣體壓強(qiáng)（即表壓和真空度的測定）。3測定不同指示液時(shí)U形壓力計(jì)的讀數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)成果及要求1記錄有關(guān)常數(shù)。 實(shí)驗(yàn)裝置臺(tái)號(hào)No 各測點(diǎn)的標(biāo)尺讀數(shù)為：B = 1.10cm，C= -3.50cm，D= -6.50cm， = 9800N/cm3。2分別求出各次測量時(shí)，A、B、C、D點(diǎn)的壓強(qiáng)，并選擇一基準(zhǔn)檢驗(yàn)同一靜止液體內(nèi)的任意二點(diǎn)C、D的是否為常數(shù)。3求出油的容重。4測出4#測壓重管插入小水杯水中深度。三、實(shí)驗(yàn)分析與討論1同一靜止液體內(nèi)的測壓管水頭線是根什么線？答：測壓管水頭指，即靜水力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀顯示的測壓管液面至基準(zhǔn)面的垂直高度。測壓管水頭線指測壓管液面的連線。實(shí)驗(yàn)直接觀察可知，同一靜止液面內(nèi)的測壓管水頭線是一根水平線。2當(dāng)pB019.1025.3016.2024.2028.8031.8025.3025.3029.0830.8021.7229.7034.3037.3030.8030.8039.0637.0027.9435.9