工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(3代學(xué)生樣版)

1、工 程 流 體 力 學(xué) 實(shí) 驗(yàn)指 導(dǎo) 書 與 報(bào) 告毛 根 海 編著杭州源流科技有限公司毛根海教授團(tuán)隊(duì)2013年3月目 錄2-1 流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn) .12-2 恒定總流伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn).82-3文丘里綜合型實(shí)驗(yàn) .172-4 雷諾實(shí)驗(yàn) .232-5 動(dòng)量定律綜合型實(shí)驗(yàn) .272-6 孔口出流與管嘴出流實(shí)驗(yàn) .332-7 局部水頭損失實(shí)驗(yàn) .382-8 沿程水頭損失實(shí)驗(yàn) .432-9畢托管測速與修正因數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn) .492-10 達(dá)西滲流實(shí)驗(yàn) .542-11 平面上的靜水總壓力測量實(shí)驗(yàn) .59- 5 -2-1 流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?. 掌握用測壓管測量流體靜壓強(qiáng)的技能；2

2、. 驗(yàn)證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程；3. 測定油的密度；4. 通過對諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)觀察分析，加深流體靜力學(xué)基本概念理解，提高解決靜力學(xué)實(shí)際問題的能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置1實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。圖 .1 流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)裝置圖1. 測壓管 2. 帶標(biāo)尺測壓管 3. 連通管 4. 通氣閥 5. 加壓打氣球6. 真空測壓管 7. 截止閥 8. U型測壓管 9. 油柱 10. 水柱 11. 減壓放水閥說明：下述中的儀器部件編號均指實(shí)驗(yàn)裝置圖中的編號，如測管2即為圖1中“2. 帶標(biāo)尺測壓管”。后述各實(shí)驗(yàn)中述及的儀器部件編號也均指相應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置圖中的編號。2. 裝置說明(1)

3、流體測點(diǎn)靜壓強(qiáng)的測量方法之一測壓管流體的流動(dòng)要素有壓強(qiáng)、水位、流速、流量等。壓強(qiáng)的測量方法有機(jī)械式測量方法與電測法，測量的儀器有靜態(tài)與動(dòng)態(tài)之分。測量流體點(diǎn)壓強(qiáng)的測壓管屬機(jī)械式靜態(tài)測量儀器。測壓管是一端連通于流體被測點(diǎn)，另一端開口于大氣的透明管，適用于測量流體測點(diǎn)的靜態(tài)低壓范圍的相對壓強(qiáng)，測量精度為1mm。測壓管分直管型和“U”型。直管型如圖1中管2所示，其測點(diǎn)壓強(qiáng)，h為測壓管液面至測點(diǎn)的豎直高度。“U”型如圖中管1與管8所示。直管型測壓管要求液體測點(diǎn)的絕對壓強(qiáng)大于當(dāng)?shù)卮髿鈮海駝t因氣體流入測點(diǎn)而無法測壓；“U”型測壓管可測量液體測點(diǎn)的負(fù)壓，例如管1中當(dāng)測壓管液面低于測點(diǎn)時(shí)的情況；“U”型測壓管

4、還可測量氣體的點(diǎn)壓強(qiáng)，如管8所示，一般“U”型管中為單一液體（本裝置因其它實(shí)驗(yàn)需要在管8中裝有油和水兩種液體），測點(diǎn)氣壓為，Dh為“U”型測壓管兩液面的高度差，當(dāng)管中接觸大氣的自由液面高于另一液面時(shí)Dh為 “+”，反之Dh為“-”。由于受毛細(xì)管影響，測壓管內(nèi)徑應(yīng)大于810 mm。本裝置采用毛細(xì)現(xiàn)象弱于玻璃管的透明有機(jī)玻璃管作為測壓管，內(nèi)徑為8mm，毛細(xì)高度僅為1mm左右。(2)恒定液位測量方法之一連通管測量液體的恒定水位的連通管屬機(jī)械式靜態(tài)測量儀器。連通管是一端連接于被測液體，另一端開口于被測液體表面空腔的透明管，如管3所示。對于敞口容器中的測壓管也是測量液位的連通管。連通管中的液體直接顯示了

5、容器中的液位，用mm刻度標(biāo)尺即可測讀水位值。本裝置中連通管與各測壓管同為等徑透明有機(jī)玻璃管。液位測量精度為1mm。(3)所有測管液面標(biāo)高均以帶標(biāo)尺測壓管2的零點(diǎn)高程為基準(zhǔn)；(4) 測點(diǎn)B、C、D位置高程的標(biāo)尺讀數(shù)值分別以ÑB、ÑC、ÑD表示，若同時(shí)取標(biāo)尺零點(diǎn)作為靜力學(xué)基本方程的基準(zhǔn)，則ÑB、ÑC、ÑD亦為zB、zC、zD； (5) 本儀器中所有閥門旋柄均以順管軸線為開。3. 基本操作方法：(1)設(shè)置p0 = 0條件。打開通氣閥4，此時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)壓強(qiáng)p0 = 0。(2)設(shè)置p0 > 0條件。關(guān)閉通氣閥4、放水閥11，通過加壓打氣球

6、5對裝置打氣，可對裝置內(nèi)部加壓，形成正壓；(3)設(shè)置p0 < 0條件。關(guān)閉通氣閥4、加壓打氣球5底部閥門，開啟放水閥11放水，可對裝置內(nèi)部減壓，形成真空。(4)水箱液位測量。在p0 = 0條件下讀取測管2的液位值，即為水箱液位值。三、實(shí)驗(yàn)原理1在重力作用下不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程 或 式中： z 被測點(diǎn)相對基準(zhǔn)面的位置高度； p 被測點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)（用相對壓強(qiáng)表示, 以下同）； p0 水箱中液面的表面壓強(qiáng)；r 液體密度； h 被測點(diǎn)的液體深度。2油密度測量原理方法一：測定油的密度，簡單的方法是利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置的U型測壓管8，再另備一根直尺進(jìn)行直接測量。實(shí)驗(yàn)時(shí)需打開通氣閥4，使p0 = 0

7、。若水的密度為已知值，如圖2所示，由等壓面原理則有 (a) (b) 圖 2油的密度測量方法一 圖3 油密度測量方法二方法二：不另備測量尺，只利用圖1中測管2的自帶標(biāo)尺測量。先用加壓打氣球5打氣加壓使U型測壓管8中的水面與油水交界面齊平，如圖3(a)所示，有再打開減壓放水閥11降壓，使U型測壓管8中的水面與油面齊平，如圖3(b)所示，有聯(lián)立兩式則有 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1. 定性分析實(shí)驗(yàn)(1) 測壓管和連通管判定。按測壓管和連通管的定義，實(shí)驗(yàn)裝置中管1、2、6、8都是測壓管，當(dāng)通氣閥關(guān)閉時(shí)，管3無自由液面，是連通管。(2) 測壓管高度、壓強(qiáng)水頭、位置水頭和測壓管水頭判定。測點(diǎn)的測壓管高度即為壓強(qiáng)水

8、頭，不隨基準(zhǔn)面的選擇而變，位置水頭z和測壓管水頭隨基準(zhǔn)面選擇而變。(3) 觀察測壓管水頭線。測壓管液面的連線就是測壓管水頭線。打開通氣閥4，此時(shí)，那么管1、2、3均為測壓管，從這三管液面的連線可以看出，對于同一靜止液體，測管水頭線是一根水平線。 (4)判別等壓面。關(guān)閉通氣閥4，打開截止閥7，用打氣球稍加壓，使為0.02m左右，判別下列幾個(gè)平面是不是等壓面；a. 過C點(diǎn)作一水平面，相對管1、2、8及水箱中液體而言，這個(gè)水平面是不是等壓面？b. 過U型管8中的油水分界面作一水平面，對管8中液體而言，這個(gè)水平面是不是等壓面？c. 過管6中的液面作一水平面，對管6中液體和方盒中液體而言，該水平面是不是

9、等壓強(qiáng)？根據(jù)等壓面判別條件：質(zhì)量力只有重力、靜止、連續(xù)、均質(zhì)、同一水平面。可判定上述b、c是等壓面。在a中，相對管1、2及水箱中液體而言，它是等壓面，但相對管8中的水或油來講，它都不是同一等壓面。(5) 觀察真空現(xiàn)象。打開放水閥11減低箱內(nèi)壓強(qiáng)，使測管2的液面低于水箱液面，這時(shí)箱體內(nèi)p0<0，再打開截止閥7，在大氣壓力作用下，管6中的液面就會(huì)升到一定高度，說明箱體內(nèi)出現(xiàn)了真空區(qū)域(即負(fù)壓區(qū)域)。 (6) 觀察負(fù)壓下管6中液位變化關(guān)閉通氣閥4，開啟截止閥7和放水閥11，待空氣自管2進(jìn)入圓筒后，觀察管6中的液面變化。2. 定量分析實(shí)驗(yàn)(1) 測點(diǎn)靜壓強(qiáng)測量。根據(jù)基本操作方法，分別在p0 =

10、0、p0 > 0、p0 < 0與pB < 0條件下測量水箱液面標(biāo)高Ñ0和測壓管2液面標(biāo)高ÑH，分別確定測點(diǎn)A、B、C、D的壓強(qiáng)pA、pB、pC、pD。(2) 油的密度測定拓展實(shí)驗(yàn)按實(shí)驗(yàn)原理，分別用方法一與方法二測定油的容重。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析參考五。五、 數(shù)據(jù)處理及成果要求1. 記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱： 實(shí)驗(yàn)臺(tái)號：_實(shí) 驗(yàn) 者：_ 實(shí)驗(yàn)日期：_各測點(diǎn)高程為：ÑB = ´10-2m、ÑC = ´10-2m、ÑD = ´10-2m基準(zhǔn)面選在 z C = ´10-2m、zD = &

11、#180;10-2m2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果（參表1，表2）3. 成果要求(1) 回答定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題。(2) 由表中計(jì)算的、，驗(yàn)證流體靜力學(xué)基本方程。(3) 測定油的密度，對兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果作以比較。六、 分析思考題1相對壓強(qiáng)與絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)與真空度之間有什么關(guān)系？測壓管能測量何種壓強(qiáng)？2測壓管太細(xì)，對測壓管液面讀數(shù)造成什么影響？3本儀器測壓管內(nèi)徑為0.8×10-2 m，圓筒內(nèi)徑為2.0×10-1 m，儀器在加氣增壓后，水箱液面將下降d而測壓管液面將升高H，實(shí)驗(yàn)時(shí)，若近似以p0 = 0時(shí)的水箱液面讀值作為加壓后的水箱液位值，那么測量誤差d / H為多少？七、注

12、意事項(xiàng)1用打氣球加壓、減壓需緩慢，以防液體溢出及油柱吸附在管壁上；打氣后務(wù)必關(guān)閉打氣球下端閥門，以防漏氣。2真空實(shí)驗(yàn)時(shí)，放出的水應(yīng)通過水箱頂部的漏斗倒回水箱中。3在實(shí)驗(yàn)過程中，裝置的氣密性要求保持良好。表1 流體靜壓強(qiáng)測量記錄及計(jì)算表實(shí)驗(yàn)條件次序水箱液面Ñ0/ (10-2m)測壓管液面ÑH/ (10-2m)壓 強(qiáng) 水 頭測壓管水頭/ (10-2m)/ (10-2m)/ (10-2m)/ (10-2m)/ (10-2m)/ (10-2m)p0 = 0p0 > 0p0 < 0(其中一次pB < 0)表2 油的密度測定記錄及計(jì)算表 條 件次序水箱液面Ñ

13、0/ (10-2m)測壓管2液面ÑH/ (10-2m)/ (10-2m)/ (10-2m)/ (10-2m)/ (10-2m)p0 > 0，且U型管中水面與油水交界面齊平p0 < 0，且U型管中水面與油面齊平72-2 恒定總流伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?. 通過定性分析實(shí)驗(yàn)，提高對動(dòng)水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析能力；2. 通過定量測量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握有壓管流中動(dòng)水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性，驗(yàn)證流體恒定總流的伯努利方程，掌握測壓管水頭線的實(shí)驗(yàn)測量技能與繪制方法；3. 通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的科研能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置1實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱

14、如圖1所示。圖1 伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)裝置圖1. 自循環(huán)供水器 2. 實(shí)驗(yàn)臺(tái) 3. 可控硅無級調(diào)速器 3. 溢流板 5. 穩(wěn)水孔板6. 恒壓水箱 7. 實(shí)驗(yàn)管道 8. 測壓點(diǎn) 9. 彎針畢托管 10. 測壓計(jì)11. 滑動(dòng)測量尺 12. 測壓管 13. 實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥 14.回水漏斗 15. 穩(wěn)壓筒 16.傳感器 17. 智能化數(shù)顯流量儀2裝置說明(1) 流量測量智能化數(shù)顯流量儀智能化數(shù)顯流量儀系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒15、高精密傳感器16和智能化數(shù)顯流量儀17（含數(shù)字面板表及A/D轉(zhuǎn)換器）。該流量儀為管道式瞬時(shí)流量儀，測量精度一級。流量儀的使用方法，需先排氣調(diào)零，待水箱溢流后，間歇

15、性全開、全關(guān)管道出水閥13數(shù)次，排除連通管內(nèi)氣泡。再全關(guān)閥13，待穩(wěn)定后將流量儀調(diào)零。測流量時(shí)，水流穩(wěn)定后，流量儀所顯示的數(shù)值即為瞬時(shí)流量值（以下實(shí)驗(yàn)類同）。若需詳細(xì)了解流量儀性能請見說明書。(2) 測流速彎針管畢托管圖2 彎針管畢托管類型彎針管畢托管用于測量管道內(nèi)的點(diǎn)流速，原理見實(shí)驗(yàn)教材第2章2.3.3。為減小對流場的干擾，本裝置中的彎針直徑為f1.6´1.2 mm（外徑´內(nèi)徑）。實(shí)驗(yàn)表明只要開孔的切平面與來流方向垂直，彎針管畢托管的彎角從90°180°均不影響測流速精度，如圖2所示。(3) 本儀器測壓點(diǎn)有兩種：1) 畢托管測壓點(diǎn)，圖1中標(biāo)號為、（后述

16、加*表示），與測壓計(jì)的測壓管連接后，用以測量畢托管探頭對準(zhǔn)點(diǎn)的總水頭值，近似替代所在斷面的平均總水頭值，可用于定性分析，但不能用于定量計(jì)算；2) 普通測壓點(diǎn)，圖1中標(biāo)號為、，與測壓計(jì)的測壓管連接后，用以測量相應(yīng)測點(diǎn)的測壓管水頭值。(4) 測點(diǎn)*、所在喉管段直徑為d2，測點(diǎn)*、所在擴(kuò)管段直徑為d3，其余直徑均為d1。3基本操作方法（1）測壓管與穩(wěn)壓筒的連通管排氣。打開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，間歇性全開、全關(guān)管道出水閥13數(shù)次，直至連通管及實(shí)驗(yàn)管道中無氣泡滯留即可。再檢查調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后所有測壓管水面是否齊平，如不平則需查明故障原因（例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等）并加以排除，直至調(diào)平。（2）

17、恒定流操作。全開調(diào)速器，此時(shí)水箱保持溢流，閥門13開度不變情況下，實(shí)驗(yàn)管道出流為恒定流。（3）非恒定流操作。調(diào)速器開、關(guān)過程中，水箱6無溢流情況下，實(shí)驗(yàn)管道出流為非恒定流。（4）流量測量。實(shí)驗(yàn)流量用閥13調(diào)節(jié)，記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。三、實(shí)驗(yàn)原理1伯努利方程。在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n個(gè)過水?dāng)嗝?，在恒定流?dòng)時(shí)，可以列出進(jìn)口斷面(1)至另一斷面(i)的伯努利方程式(i=2,3,n)取a1a2an1，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出值，測出通過管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速v及，從而可得到各斷面測管水頭和總水頭。2過流斷面性質(zhì)。均勻流或漸變流斷面流體動(dòng)壓強(qiáng)符合靜壓強(qiáng)的分布規(guī)

18、律，即在同一斷面上，但在不同過流斷面上的測壓管水頭不同，；急變流斷面上。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1定性分析實(shí)驗(yàn)(1) 驗(yàn)證同一靜止液體的測壓管水頭線是根水平線。閥門全關(guān)，穩(wěn)定后，實(shí)驗(yàn)顯示各測壓管的液面連線是一根水平線。而這時(shí)的滑尺讀數(shù)值就是水體在流動(dòng)前所具有的總能頭。 (2) 觀察不同流速下，某一斷面上水力要素變化規(guī)律。以測點(diǎn)*、所在的斷面為例，測管的液面讀數(shù)為該斷面的測壓管水頭。測管*連通畢托管，顯示測點(diǎn)的總水頭。實(shí)驗(yàn)表明，流速越大，水頭損失越大，水流流到該斷面時(shí)的總水頭越小，斷面上的勢能亦越小。(3) 驗(yàn)證均勻流斷面上，動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。觀察測點(diǎn)和，盡管位置高度不同，但其測壓管的液面高

19、度相同，表明。 (4) 觀察沿流程總能坡線的變化規(guī)律。加大開度，使接近最大流量，若穩(wěn)定后各測管水位如圖3所示，圖中A-A為管軸線。 圖3 測壓管水位示例縱觀帶畢托管的測點(diǎn)*、*、*、*、*、*、*的測管水位（實(shí)驗(yàn)時(shí)可加入雷諾實(shí)驗(yàn)用的紅色水，使這些管呈紅色，如圖3中以較深顏色表示的測壓管），可見各測管的液面沿流程是逐漸降低而沒有升高的，表明總能量沿流程只會(huì)減少，不會(huì)增加，能量損失是不可能逆轉(zhuǎn)的。 (5) 觀察測壓管水頭線的變化規(guī)律。總變化規(guī)律：縱觀測壓點(diǎn)、的測壓管水位，可見沿流程有升也有降，表明測壓管水頭線沿流程可升也可降。沿程水頭損失：從、點(diǎn)可看出沿程水頭損失的變化規(guī)律，等徑管道上，距離相等，

20、沿程損失相同。勢能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)換：以測點(diǎn)、為例，測點(diǎn)所在流段上高程相等，管徑先收縮后擴(kuò)大，流速由小增大再減小。測管到測管的液位發(fā)生了陡降，表明水流從測點(diǎn)斷面流到測點(diǎn)斷面時(shí)有部分壓力勢能轉(zhuǎn)化成了流速動(dòng)能。而測管到測管測管水位回升了，這正和前面相反，說明有部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成了壓力勢能。這就清楚驗(yàn)證了動(dòng)能和勢能之間是可以互相轉(zhuǎn)化的，因而是可逆的。位能和壓能的轉(zhuǎn)換：以測點(diǎn)與所在的兩斷面為例，由于二斷面的流速水頭相等，測點(diǎn)的位能較大，壓能（測管液位離管軸線的高度）很小，而測點(diǎn)的位能很小，壓能卻比點(diǎn)大，這就說明了水流從測點(diǎn)斷面流到測點(diǎn)斷面的過程中，部分位能轉(zhuǎn)換成了壓能。 (6) 利用測壓管水頭線判斷管道沿程壓

21、力分布。測壓管水頭線高于管軸線，表明該處管道處于正壓下；測壓管水頭線低于管軸線，表明該處管道處于負(fù)壓下，出現(xiàn)了真空。高壓和真空狀態(tài)都容易使管道破壞。實(shí)驗(yàn)顯示（參圖3），測點(diǎn)的測管液面低于管軸線，說明該處管段承受負(fù)壓（真空）；測壓管的液位高出管軸線，說明該處管段承受正壓。2. 定量分析實(shí)驗(yàn)伯努利方程驗(yàn)證與測壓管水頭線測量分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與步驟：在恒定流條件下改變流量2次，其中一次閥門開度大到使號測管液面接近可讀數(shù)范圍的最低點(diǎn)，待流量穩(wěn)定后，測記各測壓管液面讀數(shù)，同時(shí)測記實(shí)驗(yàn)流量（畢托管測點(diǎn)供演示用，不必測記讀數(shù)）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析參考第五部分內(nèi)容。3設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)改變水箱中的液位高度對喉管真空度影

22、響的實(shí)驗(yàn)研究為避免引水管道的局部負(fù)壓，可采取的技術(shù)措施有(a)減小流量；(b)增大喉管管徑；(c)降低相應(yīng)管線的安裝高程；(d)改變水箱中的液位高度。下面分析后兩項(xiàng)。對于措施(c)，以本實(shí)驗(yàn)裝置為例（參圖4），可在水箱出口先接一下垂90°彎管，后接水平段，將喉管的高程降至基準(zhǔn)高程00，使位能降低，壓能增大，從而可能避免點(diǎn)處的真空。該項(xiàng)措施常用于實(shí)際工程的管軸線設(shè)計(jì)中。圖4 實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)圖對于措施(d)，不同供水系統(tǒng)調(diào)壓效果是不同的，需作具體分析?？赏ㄟ^理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，確定改變作用水頭（如抬高或降低水箱的水位）對管中某斷面壓強(qiáng)的影響情況。本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置

23、，設(shè)計(jì)改變水箱中的液位高度對喉管真空度影響的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)。理論分析與實(shí)驗(yàn)方法提示：取基準(zhǔn)面0-0如圖4所示，圖中1-1、2-2、3-3分別為計(jì)算斷面1、2、3，計(jì)算斷面1的計(jì)算點(diǎn)選在液面位置，計(jì)算斷面2、3的計(jì)算點(diǎn)選在管軸線上。水箱液面至基準(zhǔn)面0-0的水深為h。改變水箱中的液位高度對喉管真空度影響的問題，實(shí)際上就是隨h遞增還是遞減的問題，可由加以判別。列計(jì)算斷面1、2的伯努利方程（取a2a31）有 (1)因hw1-2可表示成 式中zc1.2是管段12總水頭損失因數(shù)，當(dāng)閥門開度不變時(shí)，在h的有限變化范圍內(nèi)，可設(shè)zc1.2近似為常數(shù)。又由連續(xù)性方程有 故式(1)可變?yōu)?(2)式中可由斷面

24、1、3伯努利方程求得， 即 (3)zc1.3是全管道的總水頭損失因數(shù)，當(dāng)閥門開度不變時(shí)，在h的有限變化范圍內(nèi)，可設(shè)zc1.3近似為常數(shù)。由此得， 代入式(2)有 (4)則 (5)若0，則斷面2上的隨h同步遞增，反之，則遞減。若接近于0，則斷面2上的隨h變化不明顯。實(shí)驗(yàn)中，先測計(jì)常數(shù)d3/d2、h和z3各值，然后針對本實(shí)驗(yàn)裝置的恒定流情況，測得某一大流量下、等值，將各值代入式(2)、(3)，可得各管道阻力因數(shù)zc1.2和zc1.3。再將其代入式(5)得，由此可得出改變水箱中的液位高度對喉管真空度影響的結(jié)論。最后，利用變水頭實(shí)驗(yàn)可證明該結(jié)論是否正確。五、數(shù)據(jù)處理及成果要求1記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)

25、驗(yàn)設(shè)備名稱： 實(shí)驗(yàn)臺(tái)號：_實(shí) 驗(yàn) 者：_ 實(shí)驗(yàn)日期：_均勻段d1= ´10-2m 喉管段d2= ´10-2m 擴(kuò)管段d3= ´10-2m水箱液面高程Ñ0= ´10-2m 上管道軸線高程Ñz= ´10-2m（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1 管徑記錄表測點(diǎn)編號*管徑d /10-2m兩點(diǎn)間距l(xiāng)/10-2m4466413.561029.51616表2 測壓管水頭hi，流量測記表（其中，單位10-2m，i為測點(diǎn)編號）實(shí)驗(yàn)次數(shù)h2h3h4h5h7h9h10h11h13h15h17h19qV/(10-6m3/s)12

26、表3 計(jì)算數(shù)值表(1) 流速水頭管徑d/10-2m201.3/(10-6m3/s)/(10-6m3/s)A/10-4m2v/(10-2m/s)/10-2mA/10-4m2v/(10-2m/s)/10-2m(2) 總水頭Hi （其中，單位10-2m，i為測點(diǎn)編號）實(shí)驗(yàn)次數(shù)H2H4H5H7H9H13H15H17H19/(10-6m3/s)123成果要求(1) 回答定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題。(2) 計(jì)算流速水頭和總水頭。見表3(3) 繪制上述成果中最大流量下的總水頭線和測壓管水頭線。（軸向尺寸參見圖5，總水頭線和測壓管水頭線可以繪在圖5上）。如圖6所示圖5 繪制測壓管水頭線坐標(biāo)圖(4)完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

27、六、分析思考題1測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢有何不同？為什么？2閥門開大，使流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？3由畢托管測量的總水頭線與按實(shí)測斷面平均流速繪制的總水頭線一般都有差異，試分析其原因。4為什么急變流斷面不能被選作能量方程的計(jì)算斷面？七、注意事項(xiàng) 1.各自循環(huán)供水實(shí)驗(yàn)均需注意：計(jì)量后的水必須倒回原實(shí)驗(yàn)裝置的水斗內(nèi)，以保持自循環(huán)供水（此注意事項(xiàng)后述實(shí)驗(yàn)不再提示）。2. 穩(wěn)壓筒內(nèi)氣腔越大，穩(wěn)壓效果越好。但穩(wěn)壓筒的水位必須淹沒連通管的進(jìn)口，以免連通管進(jìn)氣，否則需擰開穩(wěn)壓筒排氣螺絲提高筒內(nèi)水位；若穩(wěn)壓筒的水位高于排氣螺絲口，說明有漏氣，需檢查處理。3.傳感器與穩(wěn)壓筒的連接管要確保氣

28、路通暢，接管及進(jìn)氣口均不得有水體進(jìn)入，否則需清除。4.智能化數(shù)顯流量儀開機(jī)后需預(yù)熱35分鐘。2-3 文丘里綜合型實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?了解文丘里流量計(jì)的構(gòu)造、原理和適用條件，率定流量因數(shù)m；2掌握應(yīng)用氣水多管壓差計(jì)量測壓差的方法；3通過確定文丘里流量計(jì)最大允許過流量的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究過程。二、 實(shí)驗(yàn)裝置1實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。圖1 文丘里綜合型實(shí)驗(yàn)裝置圖1. 自循環(huán)供水器 2. 實(shí)驗(yàn)臺(tái) 3. 水泵電源開關(guān) 4. 恒壓水箱 5. 溢流板6. 穩(wěn)水孔板 7. 穩(wěn)壓筒 8. 智能化數(shù)顯流量儀 9. 傳感器 10.文丘里流量計(jì)11. 壓差計(jì)氣閥 12

29、. 壓差計(jì) 13. 滑尺 14. 實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥 2裝置說明（1）壓差測量裝置1）氣-水壓差計(jì)為一倒U型管如圖2所示，在倒U型管中保留一段空氣，兩端各接測壓點(diǎn)，測量時(shí)，管內(nèi)液柱的高差即為壓強(qiáng)差。在測量中，氣-水壓差計(jì)應(yīng)該豎直放置。當(dāng)數(shù)值相對較大時(shí)，可用連續(xù)串聯(lián)多個(gè)氣-水壓差計(jì)的方法來增大量程；數(shù)值較小時(shí)可傾斜U型管來放大測量值。本實(shí)驗(yàn)裝置中，采用雙U型的氣-水多管壓差計(jì)，如圖1中的壓差計(jì)12所示，壓差量程為01 mH2O，測量精度為1 mm。圖2 空氣壓差計(jì)2）流量測量智能化數(shù)顯流量儀智能化數(shù)顯流量儀系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒、高精密傳感器和智能化數(shù)顯流量儀（含數(shù)字面板表及A/D轉(zhuǎn)換

30、器）。該流量儀為管道式瞬時(shí)流量儀，測量精度一級。流量儀的使用方法參見伯努利方程實(shí)驗(yàn)，需先排氣調(diào)零，流量儀所顯示的數(shù)值為瞬時(shí)流量值。（2）文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)與布置（參圖3）。在結(jié)構(gòu)上，要求管徑比 d2/d1在0.250.75之間，通常采用d2/d1=0.5；其擴(kuò)散段的擴(kuò)散角q2也不宜太大，一般不大于5°7°；在測量斷面上布置多個(gè)測壓孔和均壓環(huán)。在布置上，要求文丘里流量計(jì)上游l1在10倍管徑d1的距離以內(nèi)，下游l2在6倍管徑d1以內(nèi)，均為順直管段，以免水流產(chǎn)生漩渦而影響其流量因數(shù)。圖3 文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖（2）文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)裝置中q2=3.45°±

31、;0.1°；d1=（1.4±0.03）´10-2 m；d2=（0.7±0.015）´10-2 m；d2/d1=0.5±0.015 ；l1=0.45 m ；l2= 0.54 m，各均壓環(huán)上測壓孔數(shù)為 4 個(gè)。3基本操作方法(1)排氣方法。打開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，間歇性全開、全關(guān)管道出水閥數(shù)次，直至連通管及實(shí)驗(yàn)管道中無氣泡滯留即可，排氣后測管液面讀數(shù)h1h2h3h4為0，此時(shí)智能化數(shù)顯流量儀顯示為零。(2)調(diào)節(jié)多管測壓計(jì)。全開調(diào)節(jié)閥14檢查各測管液面是否都處在滑尺讀數(shù)范圍內(nèi)？否則，按下列步序調(diào)節(jié)：(a) 關(guān)閥14，擰開氣閥1

32、1，待各測壓管中液位穩(wěn)定后，將清水注入壓差計(jì)12中編號為2、3的測管內(nèi)，使h2=h3»0.24 m；(b) 擰緊氣閥11，全開閥14，若壓差計(jì)12中編號為1、3的測壓管液面上升過高，可微微松開相應(yīng)的氣閥11，液面將自動(dòng)降低，可使測管讀數(shù)控制在測讀范圍內(nèi)，速擰緊氣閥11即可。 (3)測壓管水頭差Dh測量 讀取氣水多管壓差計(jì)12各測壓管的液面讀數(shù)h1、h2、h3、h4，Dh= h1h2h3h4。(4)流量測量。記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。 (5)真空度測量。智能化數(shù)顯流量儀正端顯示為流量，負(fù)端顯示為壓差水柱。利用流量儀的這一智能化特性可測量文丘里喉頸處的真空度。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將傳感器低壓端用

33、連通管連接于文丘里流量計(jì)喉頸處，傳感器高壓端接通大氣，并調(diào)整傳感器放置高度，使高壓端口與文丘里流量計(jì)喉頸處的測點(diǎn)齊平。此時(shí)，即可實(shí)驗(yàn)測量測點(diǎn)的真空度。三、 實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)能量方程式和連續(xù)性方程式，可得不計(jì)阻力作用時(shí)的文氏管過水能力關(guān)系式式中：Dh為兩斷面測壓管水頭差; k為文丘里流量計(jì)常數(shù)，對給定管徑是常數(shù)。由于阻力的存在，實(shí)際通過的流量恒小于。今引入一個(gè)無量綱因數(shù)m = / (m稱為流量因數(shù))，對計(jì)算所得流量值進(jìn)行修正。即 另由靜水力學(xué)基本方程可得氣水多管壓差計(jì)的Dh 為 Dh = h1h2h3h4四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1定量分析實(shí)驗(yàn)文丘里流量計(jì)流量因數(shù)的測量與率定實(shí)驗(yàn)方法與步驟：參照基本操作方法

34、，改變流量46次，分別測量壓差和流量。數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析參第五部分內(nèi)容。2設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)文丘里流量計(jì)最大允許過流量的理論分析與實(shí)驗(yàn)文丘里流量計(jì)管喉頸處容易產(chǎn)生真空，最大允許過流量受真空度限制，最大允許真空度為67mH2O，否則易造成空化與空蝕破壞。工程上應(yīng)用文丘里流量計(jì)時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)其最大真空度是否在允許范圍之內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)要求通過理論分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，針對圖1實(shí)驗(yàn)裝置，通過實(shí)驗(yàn)測量相應(yīng)參數(shù)，確定文丘里流量計(jì)真空值不大于6 mH2O條件下供水箱的最大作用水頭H0及最大流量。理論分析提示：應(yīng)用伯努利方程，選基準(zhǔn)面和計(jì)算斷面如圖4，取。對計(jì)算斷面1-1與3-3有 (10)圖4 文丘里流量計(jì)管流水力計(jì)算對計(jì)算

35、斷面2-2，3-3，有 (11)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，式中管段的總水頭損失因數(shù)和在流速達(dá)到某一較大值以上時(shí)便近似為常數(shù)，可在閥門全開的大流量下實(shí)驗(yàn)測得。進(jìn)而由斷面的允許真空度及、等值代入式(10)、(11)便可確定最大作用水頭H0及最大流量。五、數(shù)據(jù)處理及成果要求1. 記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱： 實(shí)驗(yàn)臺(tái)號：_實(shí) 驗(yàn) 者：_ 實(shí)驗(yàn)日期：_d1= ´10-2m d2= ´10-2m 水溫t °C，= ´10-4 m2/s，水箱液面高程Ñ0=_ _´10-2m 管道軸線高程Ñz=_ _´10-2m（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）

36、2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果（參表1，表2）3成果要求按相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求，完成方案設(shè)計(jì)、測量與成果分析。六、分析思考題1文丘里流量計(jì)有何安裝要求和適用條件？2本實(shí)驗(yàn)中，影響文丘里流量計(jì)流量因數(shù)大小的因素有哪些？哪個(gè)因素最敏感？對本實(shí)驗(yàn)的管道而言，若因加工精度影響，誤將（d20.01）´10-2 m值取代上述d2值時(shí)，本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的值將變?yōu)槎嗌伲?為什么計(jì)算流量與實(shí)際流量不相等？4應(yīng)用量綱分析法，闡明文丘里流量計(jì)的水力特性。七、 注意事項(xiàng) 參見伯努利方程實(shí)驗(yàn)。表1記錄表次數(shù)測壓管讀數(shù)（10-2m）流量/(10-6m3/s)h1/10-2mh2/10-2mh3/10-2mh4/1

37、0-2m123456表2 計(jì)算表 K= ´10-5m2.5/s次數(shù)/(10-6m3/s)D h = h1- h2+h3- h4/10-2mRe/(10-6m3/s)1234562-4 雷諾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?. 觀察層流、湍流的流態(tài)及其轉(zhuǎn)換過程；2. 測定臨界雷諾數(shù)，掌握園管流態(tài)判別準(zhǔn)則；3. 學(xué)習(xí)應(yīng)用量綱分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法，確定非圓管流的流態(tài)判別準(zhǔn)數(shù)。二、 實(shí)驗(yàn)裝置1實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。101112圖1 雷諾實(shí)驗(yàn)裝置圖1. 自循環(huán)供水器 2. 實(shí)驗(yàn)臺(tái) 3. 可控硅無級調(diào)速器 4. 恒壓水箱5. 有色水水管 6. 穩(wěn)水孔板 7. 溢流板 8. 實(shí)驗(yàn)管

38、道 9. 實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥10. 穩(wěn)壓筒 11.傳感器 12. 智能化數(shù)顯流量儀2. 裝置說明與操作方法供水流量由無級調(diào)速器調(diào)控，使恒壓水箱4始終保持微溢流的程度，以提高進(jìn)口前水體穩(wěn)定度。本恒壓水箱設(shè)有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水時(shí)間縮短到35分鐘。有色水經(jīng)有色水水管5注入實(shí)驗(yàn)管道8，可據(jù)有色水散開與否判別流態(tài)。為防止自循環(huán)水污染，有色指示水采用自行消色的專用色水。實(shí)驗(yàn)流量由調(diào)節(jié)閥9調(diào)節(jié)。流量由智能化數(shù)顯流量儀測量，使用時(shí)須先排氣調(diào)零，所顯示為一級精度瞬時(shí)流量值，詳見伯努利方程實(shí)驗(yàn)。水溫由數(shù)顯溫度計(jì)測量顯示。三、 實(shí)驗(yàn)原理1883年, 雷諾(Osborne Reynolds)采用類似于圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝

39、置，觀察到液流中存在著層流和湍流兩種流態(tài)：流速較小時(shí)，水流有條不紊地呈層狀有序的直線運(yùn)動(dòng)，流層間沒有質(zhì)點(diǎn)混摻，這種流態(tài)稱為層流；當(dāng)流速增大時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)作雜亂無章的無序的直線運(yùn)動(dòng)，流層間質(zhì)點(diǎn)混摻，這種流態(tài)稱為湍流。雷諾實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)存在著湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐R界流速，與流體的粘性n、園管的直徑d有關(guān)。若要判別流態(tài)，就要確定各種情況下的值，需要對這些相關(guān)因素的不同量值作出排列組合再分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，工作量巨大。雷諾實(shí)驗(yàn)的貢獻(xiàn)不僅在于發(fā)現(xiàn)了兩種流態(tài)，還在于運(yùn)用量綱分析的原理，得出了量綱為一的判據(jù)雷諾數(shù)Re，使問題得以簡化。量綱分析如下： 因 根據(jù)量綱分析法有 其中kc是量綱為一的數(shù)。寫成量綱關(guān)系為 由量綱和

40、諧原理，得a1 = 1 ，a2 = -1 。即 或 雷諾實(shí)驗(yàn)完成了管流的流態(tài)從湍流過度到層流時(shí)的臨界值kc值的測定，以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證，結(jié)果表明kc值為常數(shù)。于是，量綱為一的數(shù)便成了適合于任何管徑，任何牛頓流體的流態(tài)由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐袚?jù)。由于雷諾的貢獻(xiàn)，定名為雷諾數(shù)Re。于是有式中：v 為流體流速；n 為流體運(yùn)動(dòng)粘度；d為圓管直徑；為圓管內(nèi)過流流量；K為計(jì)算常數(shù)，。當(dāng)流量由大逐漸變小，流態(tài)從湍流變?yōu)閷恿?，對?yīng)一個(gè)下臨界雷諾數(shù)Rec，當(dāng)流量由零逐漸增大，流態(tài)從層流變?yōu)橥牧?，對?yīng)一個(gè)上臨界雷諾數(shù)。上臨界雷數(shù)受外界干擾，數(shù)值不穩(wěn)定，而下臨雷諾數(shù)Rec值比較穩(wěn)定，因此一般以下臨界雷諾數(shù)作為判別流態(tài)

41、的標(biāo)準(zhǔn)。雷諾經(jīng)反復(fù)測試，得出圓管流動(dòng)的下臨界雷諾數(shù)Rec值為2300。工程上，一般取Rec=2000。當(dāng)Re<Rec時(shí)，管中液流為層流；反之為湍流。對于非圓管流動(dòng)，雷諾數(shù)可以表示為 式中；R為過流斷面的水力半徑；A為過流斷面面積；c為濕周（過流斷面上液體與固體邊界接觸的長度）。以水力半徑作為特征長度表示的雷諾數(shù)也稱為廣義雷諾數(shù)。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1定性觀察兩種流態(tài)。啟動(dòng)水泵供水，使水箱溢流，經(jīng)穩(wěn)定后，微開流量調(diào)節(jié)閥，打開顏色水管道的閥門，注入顏色水，可以看到圓管中顏色水隨水流流動(dòng)形成一直線狀，這時(shí)的流態(tài)即為層流。進(jìn)一步開大流量調(diào)節(jié)閥，流量增大到一定程度時(shí)，可見管中顏色水發(fā)生混摻，直至消

42、色。表明流體質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生無序的雜亂運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的流態(tài)即為湍流。2測定下臨界雷諾數(shù)先調(diào)節(jié)管中流態(tài)呈湍流狀，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥，每調(diào)節(jié)一次流量后，穩(wěn)定一段時(shí)間并觀察其形態(tài)，當(dāng)顏色水開始形成一直線時(shí)，表明由湍流剛好轉(zhuǎn)為層流，此時(shí)管流即為下臨界流動(dòng)狀態(tài)。測定流量，記錄數(shù)顯溫度計(jì)所顯示的水溫值，即可得出下臨界雷諾數(shù)。注意，接近下臨界流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，流量應(yīng)微調(diào)，調(diào)節(jié)過程中流量調(diào)節(jié)閥只可關(guān)小、不可開大。3測定上臨界雷諾數(shù)先調(diào)節(jié)管中流態(tài)呈層流狀，再逐步開大調(diào)節(jié)閥，每調(diào)節(jié)一次流量后，穩(wěn)定一段時(shí)間并觀察其形態(tài)，當(dāng)顏色水開始散開混摻時(shí)，表明由層流剛好轉(zhuǎn)為湍流，此時(shí)管流即為上臨界流動(dòng)狀態(tài)。記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值和水溫，

43、即可得出上臨界雷諾數(shù)。注意，流量應(yīng)微調(diào)，調(diào)節(jié)過程中流量調(diào)節(jié)閥只可開大、不可關(guān)小。4分析設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任何截面形狀的管流或明渠流、任何牛頓流體流動(dòng)的流態(tài)轉(zhuǎn)變臨界流速vc與運(yùn)動(dòng)粘度n、水力半徑R有關(guān)。要求通過量綱分析確定其廣義雷諾數(shù)。設(shè)計(jì)測量明渠廣義下臨界雷諾數(shù)的實(shí)驗(yàn)方案，并根據(jù)上述圓管實(shí)驗(yàn)的結(jié)果得出廣義下臨界雷諾數(shù)值。五、數(shù)據(jù)處理及成果要求1記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱： 實(shí)驗(yàn)臺(tái)號：_實(shí) 驗(yàn) 者：_ 實(shí)驗(yàn)日期：_管徑d = _ _×10-2 m， 水溫t = _ _ oC運(yùn)動(dòng)粘度（m2/s）= ×10-4 m2/s計(jì)算常數(shù) K = ×106 s/m32實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及

44、計(jì)算結(jié)果表1 雷諾實(shí)驗(yàn)記錄計(jì)算表實(shí)驗(yàn)次序顏色水線形狀流量(10-6m3/s)雷諾數(shù)Re閥門開度增( ­ )或減( ¯ )備注1234567實(shí)測下臨界雷諾數(shù)（平均值）=3成果要求(1) 測定下臨界雷諾數(shù)（測量24次，取平均值）；見表.1(2) 測定上臨界雷諾數(shù)（測量12次，分別記錄）；見表1(3) 確定廣義雷諾數(shù)表達(dá)式及其圓管流的廣義下臨界雷諾數(shù)實(shí)測數(shù)值。六、 分析思考題1為何認(rèn)為上臨界雷諾數(shù)無實(shí)際意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與湍流的判據(jù)？2試結(jié)合紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察，分析由層流過渡到湍流的機(jī)理。七、 注意事項(xiàng)1為使實(shí)驗(yàn)過程中始終保持恒壓水箱內(nèi)水流處于微溢流狀態(tài)，應(yīng)在調(diào)節(jié)流

45、量調(diào)節(jié)閥后，相應(yīng)調(diào)節(jié)可控硅調(diào)速器，改變水泵的供水流量。2實(shí)驗(yàn)中不要推、壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)，以防水體受到擾動(dòng)。2-5 動(dòng)量定律綜合型實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?通過定性分析實(shí)驗(yàn)，加深動(dòng)量與流速、流量、出射角度、動(dòng)量矩等因素間相關(guān)關(guān)系的了解；2通過定量測量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握流體動(dòng)力學(xué)的動(dòng)量守恒定理，驗(yàn)證不可壓縮流體恒定總流的動(dòng)量方程，測定管嘴射流的動(dòng)量修正因數(shù)；3了解活塞式動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)儀原理、構(gòu)造，啟發(fā)創(chuàng)新思維。二、 實(shí)驗(yàn)裝置1實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各部分名稱如圖1所示。 圖1 動(dòng)量定律綜合型實(shí)驗(yàn)裝置圖1. 自循環(huán)供水器 2. 實(shí)驗(yàn)臺(tái) 3. 水泵電源開關(guān) 4. 水位調(diào)節(jié)閥5. 恒壓水箱 6. 喇叭型進(jìn)口管嘴 7

46、. 集水箱 8. 帶活塞套的測壓管9. 帶活塞和翼片的抗沖平板 10. 上回水管 11. 內(nèi)置式穩(wěn)壓筒 12.傳感器13. 智能化數(shù)顯流量儀2裝置結(jié)構(gòu)與工作原理（1）智能化數(shù)顯流量儀。配置最新發(fā)明的水頭式瞬時(shí)智能化數(shù)顯流量儀，測量精度一級。使用方法：先調(diào)零，將水泵關(guān)閉，確保傳感器聯(lián)通大氣時(shí)，將顯示值調(diào)零。水泵開啟后，流量將隨水箱水位淹沒管嘴的高度而變，此時(shí)流量儀顯示的數(shù)值即為管嘴出流的瞬時(shí)流量值。（2）測力機(jī)構(gòu)。測力機(jī)構(gòu)由帶活塞套并附有標(biāo)尺的測壓管8和帶活塞及翼片的抗沖平板9組成。分部件示意圖如圖2(a)所示?；钊行脑O(shè)有一細(xì)導(dǎo)水管a，進(jìn)口端位于平板中心，出口端伸出活塞頭部，出口方向與軸向垂直

47、。在平板上設(shè)有翼片b，活塞套上設(shè)有泄水窄槽c。(a) (b)圖2 活塞構(gòu)造與受力分析（2）工作原理。為了精確測量動(dòng)量修正因數(shù)b，本實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用了自動(dòng)控制的反饋原理和動(dòng)摩擦減阻技術(shù)。工作時(shí)，活塞置于活塞套內(nèi)，沿軸向可以自由滑移。在射流沖擊力作用下，水流經(jīng)導(dǎo)水管a向測壓管8加水。當(dāng)射流沖擊力大于測壓管內(nèi)水柱對活塞的壓力時(shí)，活塞內(nèi)移，窄槽c關(guān)小，水流外溢減少，使測壓管8水位升高，活塞所受的水壓力增大。反之，活塞外移，窄槽開大，水流外溢增多，測壓管8水位降低，水壓力減小。在恒定射流沖擊下，經(jīng)短時(shí)段的自動(dòng)調(diào)整后，活塞處在半進(jìn)半出、窄槽部分開啟的位置上，過a流進(jìn)測壓管的水量和過c外溢的水量相等，測壓管中的

48、液位達(dá)到穩(wěn)定。此時(shí)，射流對平板的沖擊力和測壓管中水柱對活塞的壓力處于平衡狀態(tài)，如圖2(b)所示?；钊涡奶幩頷c可由測壓管8的標(biāo)尺測得，由此可求得活塞的水壓力，此力即為射流沖擊平板的動(dòng)量力F。由于在平衡過程中，活塞需要做軸向移動(dòng)，為此平板上設(shè)有翼片b。翼片在水流沖擊下帶動(dòng)活塞旋轉(zhuǎn)，因而克服了活塞在沿軸向滑移時(shí)的靜摩擦力，提高了測力機(jī)構(gòu)的靈敏度。本裝置還采用了雙平板狹縫出流方式，精確地引導(dǎo)射流的出流方向垂直于來流方向，以確保v2x0。3基本操作方法(1)測壓管定位。待恒壓水箱滿頂溢流后，松開測壓管固定螺絲，調(diào)整方位，要求測壓管垂直、螺絲對準(zhǔn)十字中心，使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)松快。然后旋轉(zhuǎn)螺絲固定好。(2)恒壓水箱水位調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)水位調(diào)節(jié)閥4，可打開不同高度上的溢水孔蓋，調(diào)節(jié)恒壓水箱5水位，管嘴的作用水頭改變。調(diào)節(jié)調(diào)速器，使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(3)活塞形心處水深hc測量。標(biāo)尺的零點(diǎn)已固定在活塞園心的高程上。當(dāng)測壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記下測壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即為作用在活塞形心處的水深hc值。(4)管嘴作用水頭測量。管嘴作用水頭是