流體力學(xué)綜合試驗儀說明書

1、DB-LLZ 流體力學(xué)綜合實驗裝置使用說明書目錄11125677上海頂邦教育設(shè)備有限公司流體力學(xué)綜合實驗裝置使用說明書一、概述本實驗裝置是由雷諾實驗、柏努利實驗、沿程阻力實驗和局部阻力實驗于一體的綜合實驗臺，外形美觀，且節(jié)約實驗投資與占地面積。在實際生產(chǎn)中，許多過程都涉及到流體流動的內(nèi)部細節(jié)，尤其是流體的流動現(xiàn)象，故而了解流體的流動形態(tài)極其重要。流體在流動過程中為克服流動阻力必定要消耗能量。流體流動阻力產(chǎn)生根本的原因是流體具有粘性，流動時存在著內(nèi)磨擦，而固定的管壁或其它形狀固體壁面，促使流動流體的內(nèi)部發(fā)生相對運動，為流體流動阻力的產(chǎn)生提供了條件，因此液體阻力的大小與流體的物性、流動狀況及壁面等

2、因素有關(guān)。流體在流動系統(tǒng)中作定態(tài)流動時，流體在各截面上的流速、密度、壓強等物理參數(shù)僅隨位置而改變而不隨時間而變。 根據(jù)能量守恒定律， 對任一段管路內(nèi)流體流動做能量衡算，即可得到表示流體的能量關(guān)系和流動規(guī)律的柏努利方程。二、設(shè)備性能與主要技術(shù)參數(shù)與配置1、運行環(huán)境：溫度0-40 度，相對濕度： 90%RH，電源： 220V/50Hz。2、雷諾管：長 1200mm、內(nèi)徑 14mm，兩測壓點距離750mm,有機玻璃。3、柏努利管：總長 1200mm、內(nèi)徑 24mm和 14mm，有機玻璃管制作，按兩點法求出各有變化點的動靜壓頭。4、沿程阻力管：長1100mm、內(nèi)徑 14mm，有機玻璃制作，兩測壓點間的

3、距離：800mm。5、局部阻力管：長1100mm，內(nèi)徑分別為14mm變 24m，14mm變 24mm以及閥門阻力，兩測壓點間的距離： 50+50mm，有機玻璃制作。6、流量校核管為長1100mm內(nèi)徑 14mm的有機玻璃管，其上裝有文丘里流量計喉徑6.5mm?？捎脕韺ξ那鹄锪髁坑嬤M行流量實驗7、流量測量： DN20渦輪流量計：量程（ 0.8 8 m3h),8、 1 號差壓傳感器量程為0-10Kpa, 可測量沿程壓差、突擴壓差。2 號差壓傳感器量程為 0-10Kpa, 可測量突縮壓差。3 號差壓傳感器量程為 0-100Kpa, 可測量閥門壓差、文丘里壓差。9、水泵：最高揚程： 15m，最大流量：

4、30L/min ，轉(zhuǎn)速 2800r/min ，功率 370W。10、計量水箱：透明有機玻璃制作，外壁帶有計量刻度。11、實驗水箱：有機玻璃制成，約40L，上裝指示液盒，指示液為紅墨水。12、蓄水箱：容積約100L，不銹鋼制作。18、實驗所用的流體 - 水為全循環(huán)設(shè)計。19、其他 : 管路、閥門及電路控制系統(tǒng)；整體框架：不銹鋼材質(zhì)。20、外形尺寸： 2000 6001700mm。三、可開實驗11、雷諾實驗。2、柏努利方程實驗。3、沿程阻力實驗。4、局部阻力實驗。5、文丘里測流量的校核實驗。四、實驗原理1、雷諾實驗：流體流動過程中有兩種不同的流動型態(tài)：滯流和湍流。流體在管內(nèi)作滯流時，其質(zhì)點作直線運

5、動，且互相平行其質(zhì)點之間互不混雜，互不碰撞。湍流時質(zhì)點紊亂地向各個方向作不規(guī)則運動，但流體的主體仍向某一方向流動。影響流體流動型態(tài)的因素，除代表慣性力的流速和密度及代表粘性力的粘度外，還與管型、管徑等有關(guān)。經(jīng)實驗歸納得知可由雷諾準數(shù) Re 來判別：Re式中： d 管子內(nèi)徑（ m）u 流速（ m / s ）流體密度（ /m3）流動粘度（ PaS）duRe2000 為滯流； Re4000 為湍流； 2000Re4000 為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。2、沿程阻力與局部阻力實驗：流體阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動時存在內(nèi)摩擦。而壁的形狀則促使流動的流體內(nèi)部發(fā)生相對運動，為流動阻力的產(chǎn)生提供了條件，流動阻力的

6、大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動阻力可分為直管阻力和局部阻力。流體在流動過程中要消耗能量以克服流動阻力。因此，流動阻力的測定頗為重要。從流程圖可知水從貯槽由泵輸入恒位水槽，再流經(jīng)管道，經(jīng)計量槽計量后回到水槽，循環(huán)利用。改變流量并測定直管與管件的相應(yīng)壓差，即可測得流體流動阻力。直管阻力磨擦系數(shù) 的測定直管阻力是流體流經(jīng)直管時，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力損失hf 。對于等直徑水平直管段根據(jù)兩測壓點間的柏努利方程有：hfP1 P2lu2gd2g2d P1P2lu 2式中： l 直管長度（ m）d 管內(nèi)徑（m）（P1 - P 2 ） 流體流經(jīng)直管的壓強降（Pa）u 流體

7、截面平均流速（ m/s）23 流體密度（ kg/m ）由式（ 1 - 1 ）可知，欲測定 ，需知道 I 、d、（ P1 - P 2）、u、 等。1）若測得流體溫度，則可查得流體的 、值。2）若測得流量，則由管徑可計算流速u。3）兩測壓點間的壓降（ P1 - P 2），可用 U 型壓差計測定。此時：PgR式中：R U 型壓差計中水銀柱的高度差（m）則：2dgRlu 2局部阻力系數(shù) 的測定局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中管件、閥門及管截面的突然擴大或縮小等局部位置時所引起的阻力損失，在局部阻力件左右兩側(cè)的測壓點間列柏努利方程有：12u2（1-4 ）hfg2g即：2 p1p2u2式中： 局部阻力系數(shù)

8、P1- P 2 局部阻力壓強降（ Pa）式（ 1 4 ）中 、u、P1 - P 2等的測定同直管阻力測定方法。3、柏努利實驗：1、不可壓縮流體在管內(nèi)作穩(wěn)定流動時，由于管路條件（如位置高低、管徑大小）的變化，會引起流動過程中三種機械能位能、動能、靜壓能的相應(yīng)改變及相互轉(zhuǎn)換。對理想流體，在系統(tǒng)內(nèi)任一截面處，雖然三種能量不一定相等，但能量之和是守恒的。2、對于實際流體，由于存在內(nèi)磨擦，流體在流動中總有一部分機械能隨磨擦和碰撞轉(zhuǎn)化為熱能而損失掉了。故而對于實際流體，任意兩截面上機械能總和并不相等，兩者的差值即為機械損失。3、以上幾種機械能均可用U 型壓差計中的液位差來表示，分別稱為位壓頭、動壓頭、靜壓

9、頭。當測壓直管中的小孔（即測壓孔）與水流方向垂直時，測壓管內(nèi)液柱高度則為靜壓頭與動壓頭之和。測壓孔處流體的位壓頭由測壓孔的幾何高度確定。任意兩截面間位壓頭、靜壓頭、動壓頭總和的差值，則為損失壓頭。4、柏努利方程式u12p1We gz2u22p2hfgz1223式中：Z1、 Z2 兩截面間各自距基準面的距離（m）u1、 u2 可通過流量與其截面積求得(m/s)1、 2由U型壓差計的液位差可知（Pa）Pp對于沒有能量損失且無外加功的理想流體，上式可簡化為gz1u12p1u22p22gz224、文丘里流量計校核文丘里流量計是應(yīng)用最廣泛的節(jié)流式流量計。當流體通過文丘里時由于流道的縮小，使流速增加，即增

10、加了液體的動能，從而降低了流體的勢能，利用壓降的變化，可以測量流體的流速，根據(jù)柏努利原理，可以得到如下計算公式：2R 1gu0 c0式中： u0 孔口處流速， m/s；c0 文丘里流量系數(shù)，無因次；R - -壓差計讀數(shù)， m；31 壓差計內(nèi)指示液密度，kg/m ； 流體密度， kg/m3；其中 c0 不僅與 A0 A1 （孔口與管道截面積比）有關(guān)，而且還與孔板的結(jié)構(gòu)形狀、加工進度、流體在管內(nèi)雷諾數(shù)、取壓方式以及管壁面的粗糙度等諸因素有關(guān)，所以只能通過實驗測定求得，才能利用公式得出流速、流量。流量計的校正實際上就是對給出的c0 的校正，即要得到某一待定條件下流量計的流量系數(shù) c 與校正曲線。校正

11、的總思路是在不同的流量下，測得壓差計讀數(shù)R，通過其它方法得到對應(yīng)的標準流量，再根據(jù)公式計算出對應(yīng)的流量系數(shù)，這樣根據(jù)連續(xù)性可得到流量系數(shù)與雷諾數(shù) Re間的關(guān)系曲線，以及流量與指示液讀數(shù)R之間的關(guān)系曲線以修正原有的c0 和關(guān)系曲線，達到流量計的校正目的。標準流量計的測量方法對液體一般采用體積測量法、質(zhì)量測量法和基準測量法。本實驗采用體積測量法。五、實驗流程圖4指示液盒四分銅球閥PVC活接有機玻璃實驗管PVC活接銅閘閥沿程阻力管六分變四分三通局部阻力管文丘里流量計柏努力管雷諾管蓄水箱計量水箱六分管道370W離心泵DN20渦輪流量計六、實驗操作步驟與注意事項1. 實驗操作前依次檢查實驗裝置的各個部件

12、，了解其名稱與作用，并檢查是否正常有無漏水現(xiàn)象。2. 測量并記錄實驗時的水溫。3. 打開泵開關(guān)至實驗水箱內(nèi)有水溢流后，再開始做各個分實驗。雷諾實驗：1、先用泵將水灌滿恒壓水箱，開始做雷諾實驗。2、往指示液盒內(nèi)加入指示液，此時指示液流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)關(guān)閉，通過雷諾實驗管流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水流量的大小。打開指示液閥，改變水流量觀察滯流狀態(tài)及湍流狀態(tài)下指示液的流動形狀并對過渡區(qū)作好仔細觀察。3、調(diào)節(jié)水量由較大值緩慢減小，同時觀察紅色（或其它有顏色的液體）指示液流動形狀，并記下指示液成一條穩(wěn)定直線、指示液開始波動、指示液與流體（水）全部混合時的流速，通過秒表和計量水箱來確定流速，測定實驗時的水溫得出液體密度，計

13、算 Re，將測得的 Re 臨界值與理論值比較。4、重復(fù)步驟三五次，用來計算Re臨界平均值。5、確保指示液不再輸出后關(guān)閉雷諾實驗管流量調(diào)節(jié)閥，打開計量水箱排水閥， 將存水排掉，開始另一新實驗。注意事項1、 在實驗前，加入指示液后，必須確保指示液輸入管內(nèi)無氣泡，（頻繁擠壓指示液輸入5管，將氣泡趕盡即可），否則指示液將無法輸出。2、 注意在做層流實驗時實驗臺周圍不得有外加的干擾，（如輕微振動）。實驗者調(diào)節(jié)出近似一條直線時，手離開實驗臺不接觸設(shè)備等待片刻。柏努利實驗：1、流量調(diào)節(jié)閥開到一定大小，觀察并記錄各測壓點正對和垂直于流體流動方向的液柱高度 h1 、 h2 。要注意其變化情況。2、繼續(xù)開大流量調(diào)

14、節(jié)閥，測壓孔正對水流方向，觀察并記錄各測壓管中液位差h3 。3、若為演示實驗則不用記錄秒表和計量水箱的數(shù)值，計量水箱與蓄水箱之間的聯(lián)通閥一直打開。需進行計算時則要用秒表和計量水箱所記錄下的數(shù)值進行流量的計算，當計量水箱內(nèi)的水位過高時則打開計量水箱與蓄水箱間的聯(lián)通閥，以保證蓄水箱內(nèi)的水量。沿程阻力與局部阻力實驗：（ 1）沿程阻力實驗1、 打開總電源開關(guān)，按下啟動按鈕啟動離心泵。稍開沿程阻力實驗管道的流量調(diào)節(jié)閥，將實驗管路和測壓管中的空氣排盡。再進行阻力測定實驗。2、 流量調(diào)節(jié)： 開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從0.3 到 1.5m3/h 范圍內(nèi)變化，建議每次實驗變化0.3m3/h 左右。每次改

15、變流量，待流動達到穩(wěn)定后，記下對應(yīng)的壓差值。逐漸加大流量調(diào)節(jié)閥的開度，記錄水溫、流量、壓差等實驗數(shù)據(jù)。3、 如果實驗結(jié)果符合正常實驗規(guī)律， 即可終止實驗。關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，開始另一新實驗 ( 注意：不停泵 ) 。（ 2） 局部阻力實驗局部阻力系數(shù)的測定方法與直管阻力的測定一致。流量計校核（文丘里流量計）1、檢查測壓管兩臂是否處于平衡的狀態(tài)，開始實驗。2、緩慢開動流量調(diào)節(jié)閥門，排走實驗管路里的氣泡，待流量穩(wěn)定以后，測試各參數(shù)數(shù)據(jù)。3、流量調(diào)節(jié)： 開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從0.3 到 1.5m3/h 范圍內(nèi)變化，建議每次實驗變化 0.3m3/h 左右。每次改變流量，待流動達到穩(wěn)定后，記下對應(yīng)

16、的壓差值。逐漸加大流量調(diào)節(jié)閥的開度，記錄水溫、流量、壓差等實驗數(shù)據(jù)。4、為減小實驗的系統(tǒng)誤差，數(shù)據(jù)測量應(yīng)由大到小或相反依次進行且每次被測流體的體積流量應(yīng)盡可能保持一致。5、實驗結(jié)束： 關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，將裝置中的水排放干凈七、設(shè)備維護與保養(yǎng)1. 注意實驗一段時間后須清洗水箱，更換水質(zhì)，避免污垢過多影響實驗現(xiàn)象。2. 做完雷諾實驗后的水應(yīng)排入地溝，避免因指示液的存在而破壞水質(zhì)。3. 定期檢查各測壓點有無漏氣現(xiàn)象，更換乳膠管或者用尼絨扎帶捆緊乳膠管與測壓點和測壓管的接口。6八、實驗數(shù)據(jù)處理1、雷諾實驗數(shù)據(jù)記錄（一）實驗數(shù)據(jù)記錄3；水的黏度： Pas ；水的密度：kg/m水的溫度：0 C；實驗管內(nèi)徑：mm。序時間 T流 量 Q流 速 u雷諾準數(shù)流動狀態(tài)號s3m/sRem/s由 Re判斷實驗現(xiàn)象123452、伯努利實驗數(shù)據(jù)記錄0C均勻段內(nèi)徑mm；擴管段內(nèi)徑mm ；水的溫度：水箱液面高程 0cm；上管道軸線高程