【實用】流體力學實驗指導書

流體力學實驗指導書 中國礦業(yè)大學（北京） 朱紅青 實驗一 能量方程實驗 中國礦業(yè)大學（北京） 朱紅青 實驗目的 解它們之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系 量和流速等水力學參數(shù)的測試技能，并對其進行比較 實驗原理 本實驗采用一種稱之為伯努利實驗儀的簡單裝置，實驗觀察不可壓縮流體在導管內(nèi)流動時，各種形式機械能的相互轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，并驗證機械能守恒方程（伯努利方程）。通過實驗，加深對流體流動過程基本原理的理解。流體在流動時具有位能、動能、壓力能、內(nèi)能，另還由于流體流動時會產(chǎn)生阻力，因而損耗一部分機械能，當流體在導管內(nèi)作定常流動時，在導管的各截面之間的的各種形式機械能的變化規(guī)律，可由穩(wěn)定流動總能量基本方程來表達。 實驗儀器 1穩(wěn)壓水槽 2實驗導管 3出口調(diào)節(jié)閥 4靜壓頭測量管 5沖壓頭測量管 實驗步驟 水箱供水，使水有適量的溢流關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，看槽內(nèi)液面是否平齊。實驗前一定要將實驗導管和測壓管中的空氣泡排除干凈 量液體處于靜止狀態(tài)下各測試點（ A、 三點）的壓強 察液體在流動情況下的各測試點的壓頭變化 量流體在不同流量下的各測試點的靜壓頭，動壓頭和損失壓頭 實驗注意事項 泵啟動 23分鐘后，短暫關(guān)閉 23秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣 溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后才能進行實驗 預習和思考題 析未將空氣排凈對實驗的影響？ 為何一定要緩慢調(diào)節(jié)閥的開啟度？ 你解釋原因。 試做總結(jié)。 實驗報告要求 容、步驟 出能量方程表達方式，并說明能量方程各項物理意義 實驗二 動量方程實驗 中國礦業(yè)大學（北京） 朱紅青 實驗目的 量、出射角度、動量矩等因素間相關(guān)性的分析研究，進一步掌握液體動力學的動量定律守恒特性 造，進一步啟發(fā)與培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的能力 實驗原理 恒定總流動量方程為 因滑動摩擦阻力水平分力 ，可忽略不計，在 式中： 作用在活塞圓心處的水深； 活塞的直徑； 射流的速度； 射流的速度； 動量修正系數(shù)。 實驗中，在平衡狀態(tài)下，只要測量流量 Q、測壓管液柱，由給定的管嘴直徑 ，便可驗證動量方程并確定射流的動量修正系數(shù)值，其中，測壓管的標尺零點已固定在活塞的圓心處。標尺的液面讀數(shù)，即為作用在活塞圓心處的水深。 2 0114 122 實驗儀器 自循環(huán)供水裝置 1由離心式水泵和蓄水箱組合而成 ，如下圖所示 實驗步驟 悉實驗裝置各部分名稱、結(jié)構(gòu)特征、作用性能，記錄有關(guān)常數(shù) 開調(diào)速器開關(guān)，水泵啟動 23分鐘后，短暫關(guān)閉 23秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣 尺的零點已固定在活塞圓心的高程上。當測壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記下測壓管內(nèi)液面的標尺讀數(shù)，即 用體積時間法，在上回水管的出口處測量射流的流量，流量時間根據(jù)流速定。利用量筒接水，并測量其體積 次打開不同高度上的溢水孔蓋，改變管嘴的作用水頭。調(diào)節(jié)調(diào)速器，使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后，按上述步驟重復進行實驗 實驗注意事項 泵啟動 23分鐘后，短暫關(guān)閉 23秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣 溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后才能進行實驗 預習和思考題 什么？ 說明原因。 與實測值進行比較。計算實測值與計算值間的誤差。分析產(chǎn)生誤差的原因。 實驗報告要求 容、步驟 實驗三 雷諾實驗 中國礦業(yè)大學（北京） 朱紅青 實驗目的 實驗原理 流體流動有兩種不同的狀態(tài)，層流和紊流，用雷諾數(shù)來判斷流態(tài) 液體在管道中的平均流速（ m/s） d 管道內(nèi)徑（ m） 液體密度（ 液體動力粘度（ ） 液體運動粘度（ /s） 實驗儀器 雷諾實驗涉及的水箱 、 雷諾試管 、 閥門 、 伯努利（ 能量 ） 方程實驗管道 、 孔板流量計試驗管道 、文丘里管 、 局部阻力試管 、 皮托管和計量水箱等 ，并自備秒表和溫度計 。 實驗步驟 啟水泵，打開雷諾水箱下面控制的閥門，使水箱注滿水，保持水箱少量溢流，如溢流過大，請調(diào)正桌面上的溢流閥門 開顏料水控制閥，使顏料水從注入針中流出，顏料水和雷諾試管中的水將迅速混合成均勻的淡顏色水，此時，雷諾試管中的水為紊流；隨著出水閥門的不斷關(guān)小，顏料水與雷諾試驗管中的水的滲混程度逐漸減弱，直至顏料水在雷諾試管中成一條清晰地線流，此時，雷諾試管中的水為層流流動，稱為層流 開出水閥門，再逐漸關(guān)閉出水閥門，直至能開始保持雷諾試管內(nèi)顏料水處于層流狀態(tài)。測量體積流量和水溫，并求出相應(yīng)的雷諾數(shù) 實驗注意事項 泵啟動 23分鐘后，短暫關(guān)閉 23秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣 溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后才能進行實驗 預習和思考題 320作為臨界雷諾數(shù)？ 徑 、管長等與雷諾數(shù)的關(guān)系？ 實驗報告要求 容、步驟 實驗四 沿程阻力實驗 中國礦業(yè)大學（北京） 朱紅青 實驗目的 同雷諾數(shù)下的變化情況 實驗儀器 雷諾實驗涉及的水箱 、 雷諾試管 、 閥門 、伯努利 （ 能量 ） 方程實驗管道 、 孔板流量計試驗管道 、 文丘里管 、 局部阻力試管 、皮托管和計量水箱等 、 并自備秒表和溫度計 。 實驗步驟 時針方向）流量調(diào)節(jié)閥、溢流閥、放水閥，再開啟水泵給各水箱上水，使各水箱處于溢流狀態(tài)，以保證測量水位穩(wěn)定。 時針方向）流量調(diào)節(jié)閥，排出測試管段內(nèi)空氣，直到測壓計的所有玻璃管水位高度一致。 預先估計，使閥在全關(guān)到全開即： 00調(diào)出 6同時觀察測壓計。當液柱穩(wěn)定后關(guān)閉放水閥，記錄所測管段進出口玻璃管液位及計量水箱接納一定容積水所用時間。 復上述測量內(nèi)容，共測量 6測試數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)表。 實驗注意事項 于壓差不穩(wěn)定而容易產(chǎn)生誤差，特別是在小流量、小壓差下，誤差會更大，因此要多做幾次才能準確 關(guān)閥門要緩慢，否則會是紊流狀態(tài)提前出現(xiàn)，從而影響實驗效果 預習和思考題 同流量下，沿程阻力系數(shù) 值應(yīng)為定值或變值？ 把流量調(diào)至相等，沿程阻力系數(shù) 值是否相等？ 實驗報告要求 容、步驟 實驗五 局部阻力損失實驗 中國礦業(yè)大學（北京） 朱紅青 實驗目的 點法測量局部阻力系數(shù)的技能 悉用理論分析法和經(jīng)驗法建立函數(shù)式的途徑 實驗儀器 雷諾實驗涉及的水箱 、 雷諾試管 、 閥門 、 伯努利（ 能量 ） 方程實驗管道 、 孔板流量計試驗管道 、文丘里管 、 局部阻力試管 、 皮托管和計量水箱等 ，并自備秒表和溫度計 。 實驗步驟 恒壓水箱充水，排除實驗管道中的滯留氣體。待水箱溢流后，檢查泄水閥全關(guān)時各測壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。 流量穩(wěn)定后，測記測壓管讀數(shù)，同時用體積法或用電測法測記流量。 4次，分別測記測壓管讀數(shù)及流量。 查測壓管液面是否齊平？否則，需重做。 實驗注意事項 對各測壓管液面同時測讀 節(jié)后應(yīng)穩(wěn)定一段時間后再進行測讀。 ，使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后才能進行實驗 預習和思考題 析比較突擴與突縮在相應(yīng)條件下的局部損失大小關(guān)系 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？ 徑與實驗管道相同的直管段，如何用兩點法測量閥門的局部阻力系數(shù) ? 實驗報告要求 容、步驟 實驗六 串并聯(lián)管路實驗 中國礦業(yè)大學（北京） 朱紅青 實驗目的 實驗原理 流體流過孔板時，孔板前后產(chǎn)生壓差，其差值隨流量而變，兩者之間有確定的關(guān)系，因此可通過測量壓差來測定流量。 實驗儀器 實驗步驟 1、準備工作 （ 1）記錄儀器常數(shù) D、 、 e、 d。 （ 2）檢查當 時測壓管液面是否水平，如果不在同一水平面上，必須將橡皮管內(nèi)空氣排盡，使測壓管液面處于水平狀態(tài)，才能進行以后的實驗。 （ 3）全部開啟出口閥門與各管路閥門，微開入口閥門 1。 （ 4）將測壓計排氣閥關(guān)閉。 2、進行實驗 （ 1）打開電機，經(jīng)進水閥門組件開啟至最大流量，使 3， 4測壓管高度差達到最大值，則為第一個實驗點，測讀出并記錄測壓及內(nèi)液面的讀數(shù)。 （ 2）逐漸關(guān)小進水閥門，讀出 10個測壓點的高度，共測三次。 （ 3）關(guān)閉電機，檢查測出液面是否在同一水平面上，從而檢查實驗過程中橡皮管內(nèi)是否有氣泡。 實驗注意事項 對各測壓管液面同時測讀 節(jié)后應(yīng)穩(wěn)定一段時間后再進行測讀 預習和思考題 析未將空氣排凈對實驗的影響？ 為何一定要緩慢調(diào)節(jié)閥的開啟度？ 實驗報告要求 記錄數(shù)據(jù) 實驗七 流量計流量系數(shù)的測定方法 中國礦業(yè)大學（北京） 朱紅青 實驗目的 測定文丘里及孔板流量計的流量系數(shù) 實驗儀器 雷諾實驗涉及的水箱 、 雷諾試管 、 閥門 、 伯努利（ 能量 ） 方程實驗管道 、 孔板流量計試驗管道 、文丘里管 、 局部阻力試管 、 皮托管和計量水箱等 ，并自備秒表和溫度計 。 實驗步驟 經(jīng)上水管流進管道 17，再流經(jīng)管道 15后，流回水箱。 文丘里和孔板達到一定的流量，如有空氣，請排氣。 檢查在水閥全關(guān)時，測管液面讀數(shù)是否為 0，不為 0時，需查出原因并予以排除； 流量穩(wěn)定后測記測壓管讀數(shù)和流量。打開回水閥開度 3 4次，分別測記測壓器讀數(shù)，并用秒表、量筒測定流量； 水泵。 實驗注意事項 泵啟動 23分鐘后，短暫關(guān)閉 23秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣 溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后才能進行實驗 讀取時均值 預習和思考題 1. 文丘里的實際流量與理論流量為什么會有差別？這種差別是由哪些因素造成的？ m 的因素有哪些？ m 值有無影響？ 實驗報告要求 實驗八 皮托管測速實驗 中國礦業(yè)大學（北京） 朱紅青 實驗目的 握用皮托管測量點流速的技能 檢驗其量測精度，進一步明確傳統(tǒng)流體力學量測儀器的現(xiàn)實作用 實驗儀器 雷諾實驗涉及的水箱 、 雷諾試管 、 閥門 、 伯努利（ 能量 ） 方程實驗管道 、 孔板流量計試驗管道 、文丘里管 、 局部阻力試管 、 皮托管和計量水箱等 ，并自備秒表和溫度計 。 實驗步驟 經(jīng)上水管流進管道 17，再流經(jīng)管道 15后，流回水箱 文丘里和孔板達到一定的流量，如有空氣，請排氣。打開回水閥至最大開度，等流量穩(wěn)定后測記測壓管讀數(shù)和流量。打開回水閥開度 3 4次，分別測記測壓器讀數(shù)和流量。按照圖示分成 3個等面積同