工程流體力學實驗報告.doc

福州大學土木工程學院本科實驗教學示范中心學生實驗報告工程流體力學實驗題目：實驗項目1：畢托管測速實驗實驗項目2：管路沿程阻力系數(shù)測定實驗實驗項目3：管路局部阻力系數(shù)測定實驗實驗項目4：流體靜力學實驗姓名：李威 學號：051001509組別：_實驗指導教師姓名：_ 同組成員：_2011年月日實驗一 畢托管測速實驗一、實驗目的要求：1通過對管嘴淹沒出流點流速及點流速系數(shù)的測量，掌握用測壓管測量點流速的技術和使用方法。2通過對畢托管的構造和適用性的了解及其測量精度的檢驗，進一步明確水力學量測儀器的現(xiàn)實作用。二、實驗成果及要求 實驗裝置臺號No 表1 記錄計算表 校正系數(shù)c= ，k= cm0.5/s實驗次序上、下游水位差（cm）畢托管水頭差（cm）測點流速（cm/s）測點流速系數(shù)h1h2Hh3h4h1234 三、實驗分析與討論1利用測壓管測量點壓強時，為什么要排氣？怎樣檢驗排凈與否？答：若測壓管內(nèi)存有氣體，在測量壓強時，水柱因含氣泡而虛高，使壓強測得不準確。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之間的大小關系怎樣？為什么？答：這兩個差值分別和動能及勢能有關。在勢能轉(zhuǎn)換為動能的過程中，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？實驗二 管路沿程阻力系數(shù)測定實驗一、實驗目的要求：1 掌握沿程阻力的測定方法；2. 測定流體流過直管時的摩擦阻力，確定摩擦系數(shù)與的關系；3測定流體流過直管時的局部阻力，并求出阻力系數(shù)；4學會壓差計和流量計的使用。二、實驗成果及要求1有關常數(shù)。 實驗裝置臺號 圓管直徑d= cm， 量測段長度L=85cm。及計算（見表1）。2繪圖分析* 附錄1 實驗曲線繪法建議1圖紙 繪圖紙可用普通厘米紙或?qū)?shù)紙，面積不小于1212cm；2坐標確定 若采用厘米紙，取lghf為縱坐標（繪制實驗曲線一般以因變量為縱坐標），lgv為橫坐標；采用對數(shù)紙，縱坐標寫hf，橫坐標用v，即不寫成對數(shù)；3標注 在坐標軸上，分別標明變量名稱、符號、單位以及分度值；4繪點 據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出實驗點；5繪曲線 據(jù)實驗點分布繪制曲線，應使位于曲線兩側(cè)的實驗點數(shù)大致相等，且各點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)關系值m的大小。在厘米紙上以lg為橫坐標，以lghf為縱坐標，點繪所測的lglghf關系曲線，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）進行比較，確定流區(qū)。表1 記錄及計算表常數(shù)K=2gd5/8 L= cm5/s2次序體積cm3時間s流量Qcm3/s流速vcm3/s水溫C粘度vcm2/s雷諾數(shù)Re比壓計數(shù)cm沿程損失hfcm流程損失系數(shù)Re2320h1h21234567891011121314三、實驗分析與討論1.為什么壓差計的水柱差就是沿程水頭損失？如實驗管道安裝成傾斜，是否影響實驗成果？答：在管道中的，水頭損失直接反應于水頭壓力。測力水頭兩端壓差就等于水頭損失。如果管道傾斜安裝，不影響實驗結果。但壓差計應垂直，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)實測m值判別本實驗的流動型態(tài)和流區(qū)。答：曲線的斜率m=1.01.8，即與成正比，表明流動為層流（m=1.0）、紊流光滑區(qū)和紊流過渡區(qū)（未達阻力平方區(qū)）。3本次實驗結果與莫迪圖吻合與否？試分析其原因。答：鋼管的當量粗糙度一般為0.2mm，常溫下，經(jīng)濟流速，若實用管徑D=（20100）cm，其，相應的=0.00020.001，由莫迪圖可知，流動均處在過渡區(qū)。若需達到阻力平方區(qū)，那么相應的，流速應達到(59)m/s。這樣高速的有壓管流在實際工程中非常少見。而泄洪洞的當量粗糙度可達(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)。實驗三 管路局部阻力系數(shù)測定實驗一、實驗目的要求：二、實驗成果及要求1記錄計算有關常數(shù)。 實驗裝置臺號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、計算表。3將實測值與理論值（突擴）或公認值（突縮）比較。表1 記錄表序號流量cm3/s測壓管讀數(shù)cm體積時間流量12345678表2計算表阻力形式次序流量cm3/s前斷面后斷面hjcmhjcmcmEcmcmEcm突然擴大1234突然縮小1234三、實驗分析與討論1結合實驗成果，分析比較突擴與突縮在相應條件下的局部損失大小關系：1）不同Re的突擴e是否相同？2）在管徑比變化相同的條件下，其突擴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：突縮：則有當 或 時，突然擴大的水頭損失比相應的突然收縮的要大。在本實驗最大流量Q下，突然擴大損失較突然縮小損失約大一倍，即。 接近于1時，突然擴大的水流形態(tài)接近于逐漸擴大管的流動，因而阻力損失顯著減小。2結合流動儀演示的水力現(xiàn)象，分析局部阻力損失機理何在？產(chǎn)生突擴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：流動演示儀1-7型可顯示突擴、突縮、漸擴、漸縮、分流、合流、閥道、繞流等三十多種內(nèi)、外流的流動圖譜。據(jù)此對于局部阻力損失的機理分析如下：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)點的無規(guī)則運動和激烈的紊動，相互磨擦，便消耗了部分水體的自儲能量。另外，當這部分低能流體被主流的高能流體帶走時，還須克服剪切流的速度梯度，經(jīng)質(zhì)點間的動能交換，達到流速的重新組合，這也損耗了部分能量。這樣就造成了局部阻力損失。從流動儀可見，突擴段的漩渦主要發(fā)生在突擴斷面以后，而且與擴大系數(shù)有關，擴大系數(shù)越大，漩渦區(qū)也越大，損失也越大，所以產(chǎn)生突擴局部阻力損失的主要部位在突擴斷面的后部。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，且強度較小，而突縮的后部產(chǎn)生了紊動度較大的漩渦環(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，在設計變斷面管道幾何邊界形狀時應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，就應減小管徑比以降低突擴段的漩渦區(qū)域；或把突縮進口的直角改為圓角，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。突然收縮實驗管道使用年份長以后，實測阻力系數(shù)減小，主要原因也在這里。實驗四 流體靜力學實驗一、實驗目的要求：1.通過本實驗加強對靜力學概念的理解2應用U形壓力計測定容器A內(nèi)液面上的氣體壓強（即表壓和真空度的測定）。3測定不同指示液時U形壓力計的讀數(shù)。二、實驗成果及要求1記錄有關常數(shù)。 實驗裝置臺號No 各測點的標尺讀數(shù)為：B = 1.10cm，C= -3.50cm，D= -6.50cm， = 9800N/cm3。2分別求出各次測量時，A、B、C、D點的壓強，并選擇一基準檢驗同一靜止液體內(nèi)的任意二點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、實驗分析與討論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，即靜水力學實驗儀顯示的測壓管液面至基準面的垂直高度。測壓管水頭線指測壓管液面的連線。實驗直接觀察可知，同一靜止液面內(nèi)的測壓管水頭線是一根水平線。2當pB019.1025.3016.2024.2028.8031.8025.3025.3029.0830.8021.7229.7034.3037.3030.8030.8039.0637.0027.9435.9