《流體力學(xué)》實(shí)驗(yàn)教案全版

《流體力學(xué)》實(shí)驗(yàn)教案（全）

（-）不可壓縮流體定常流能量方程（伯努利方程）實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅?/p>

1、掌握流速、流量、壓強(qiáng)等動(dòng)水力學(xué)水力要素的實(shí)驗(yàn)量測(cè)技術(shù)；

2、驗(yàn)證流體定常流的能量方程；

3、通過(guò)對(duì)動(dòng)水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析研究，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。

二、實(shí)驗(yàn)裝置:

自循環(huán)伯努利方程實(shí)驗(yàn)裝置圖

本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示，圖中：

1.自循環(huán)供水器；2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3.可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器；4.溢流板；5.穩(wěn)水孔板;

6.恒壓水箱；7.測(cè)壓計(jì)；8.滑動(dòng)測(cè)量尺；9.測(cè)壓管；10.實(shí)驗(yàn)管道；11.測(cè)壓

點(diǎn)；12.畢托管13.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥。

三、實(shí)驗(yàn)原理：

在實(shí)驗(yàn)管路中沿水流方向取n個(gè)過(guò)水截面。可以列出進(jìn)口截面（1）至截面（i）的能量

方程式（i=2,3............,n）

22

4+以+工=2,+上+2+力

pg2gpg2gwi

Z+—

選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各截面的測(cè)壓管中讀出點(diǎn)值,測(cè)出通過(guò)管路的流量，即可

v2

計(jì)算出截面平均流速v及動(dòng)壓吊'，從而可得到各截面測(cè)管水頭和總水頭。

四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟：

1、熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，分清各測(cè)壓管與各測(cè)壓點(diǎn)，畢托管測(cè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2、打開(kāi)開(kāi)關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流后，檢查泄水閥關(guān)閉時(shí)所有測(cè)壓管水面

是否齊平，若不平則進(jìn)行排氣調(diào)平（開(kāi)關(guān)幾次）。

3、打開(kāi)閥13,觀察測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)及位置水頭、壓強(qiáng)水頭之間

的相互關(guān)系，觀察當(dāng)流量增加或減少時(shí)測(cè)壓管水頭的變化情況。

4、調(diào)節(jié)閥13開(kāi)度，待流量穩(wěn)定后，測(cè)記各測(cè)壓管液面讀數(shù)，同時(shí)測(cè)記實(shí)驗(yàn)流量（與畢

托管相連通的是演示用，不必測(cè)記讀數(shù)）。

5、再調(diào)節(jié)閥13開(kāi)度1?2次，其中一次閥門開(kāi)度大到使液面降到標(biāo)尺最低點(diǎn)為限，按

第4步重復(fù)測(cè)量。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及要求：

1、把有關(guān)常數(shù)記入表2.1。

7_i_P

2、量測(cè)（”+晟）并記入表2.2。

3、計(jì)算流速水頭和總水頭。

4、繪制上述結(jié)果中最大流量下的總水頭線和測(cè)壓管水頭線（軸向尺寸參見(jiàn)1柩二，總

水頭線和測(cè)壓管水頭線可以繪在圖2.2上）。

六、結(jié)果分析及討論：

1、測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有何不同？為什么？

2、流量增加，測(cè)壓管水頭線有何變化？為什么？

3、測(cè)點(diǎn)2、3和測(cè)點(diǎn)10、11的測(cè)壓管讀數(shù)分別說(shuō)明了什么問(wèn)題？

4、試問(wèn)避免喉管（測(cè)點(diǎn)7）處形成真空有哪幾種技術(shù)措施？分析改變作用水頭（如抬高

或降低水箱的水位）對(duì)喉管壓強(qiáng)的影響情況。

5、由畢托管測(cè)量顯示的總水頭線與實(shí)測(cè)繪制的總水頭線一般都有差異，試分析其原

因。

表2.1有關(guān)常數(shù)計(jì)錄表水箱液面高程▽（）cm,上管道軸線高程cm.

測(cè)點(diǎn)1*2456*8.1012*14*16*18*

編號(hào)3791113151719

管徑cm1.371.371.371.371.031.371.371.371.372.001.37

兩點(diǎn)4466413.5610291616

間距cm

注：（1）.打“*”者為畢托管測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)編號(hào)見(jiàn)圖2.2）

（2）.2、3為直管均勻流段同一斷面上的二個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，10、□為彎管非均勻流段同一截面上的二

個(gè)測(cè)點(diǎn).

不

o

141618

_______/、______

151719

21060175260190175

單位：mm

圖2

表2.2測(cè)記（z+菰）數(shù)值表（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)）

ro

測(cè)點(diǎn)編號(hào)2345791112)3151719Q

cnr/s

實(shí)驗(yàn)1

2

次數(shù)3

表2.3計(jì)算數(shù)值表

（1）流速水頭

33

管徑dQ=(cm/s)Q=(cm/s)Q=(C〃?3/s)

(cm)AV//2gAVV2/2gAVV2/2g

7

(cm2)(cm2)

(cm/s)(cm)(c/n)(cm/s)(cm)(cm/s)(cm)

(2)總水頭(Z+p/pg+v2/2g)

測(cè)點(diǎn)編號(hào)Q

(cm2/s)

實(shí)驗(yàn)1

2

次數(shù)3

五、動(dòng)量法測(cè)量機(jī)翼阻力

1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

(1)了解動(dòng)量法測(cè)力的原理

(2)用動(dòng)量法測(cè)量機(jī)翼的阻力。

(3)了解壓力掃描測(cè)試儀工作原理和使用方法。

2實(shí)驗(yàn)裝置：

圖2機(jī)翼阻力測(cè)量示意圖

(1)機(jī)翼模型：在二維小風(fēng)洞側(cè)壁上安裝一個(gè)NACA0012機(jī)翼模型(如圖)。

(2)風(fēng)速管：用于測(cè)量氣流速度和壓力。

(3)坐標(biāo)架：安裝在風(fēng)洞外部，用于調(diào)節(jié)風(fēng)速管位置。

(4)壓力掃描測(cè)試儀：用于測(cè)量壓差。

-OOS-

HDD(

I-II▲I

壓差顯示撥盤

測(cè)壓導(dǎo)管連接端子群

指示數(shù)字與撥盤一一對(duì)應(yīng)。

本實(shí)驗(yàn)中，風(fēng)速管1的總壓孔接

miuinu1端，靜壓孔接2端，風(fēng)速管2的總

壓孔接3端，靜壓孔接4端。

28252219?6131074t

3實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:

（1）安裝機(jī)翼，調(diào)整好攻角。安裝風(fēng)速管，使其對(duì)準(zhǔn)氣流方向;

（2）將風(fēng)速管總、靜壓孔分別與壓力掃描測(cè)試儀相連；

（3）記錄當(dāng)天大氣壓、溫度和電源頻率值。

4實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）記錄機(jī)翼下游H—II截面離機(jī)翼距離。（以機(jī)翼后緣為基準(zhǔn)）

（2）測(cè)來(lái)流速度：將風(fēng)速管1的總、靜壓接頭分別和壓力掃描測(cè)試儀的1、2點(diǎn)連接，

分別測(cè)得P。|和P1的值。此時(shí)測(cè)得的壓力值為相對(duì)于大氣靜壓值（注意壓力掃

描測(cè)試儀的初始讀數(shù)，對(duì)測(cè)量值加以修正）O

（3）測(cè)機(jī)翼下游壓力分布：將風(fēng)速管2的總、靜壓接頭分別和壓力掃描測(cè)試儀的3、4

點(diǎn)連接，在H-II截面內(nèi)改變風(fēng)速管位置，每間隔5mm測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，記錄數(shù)據(jù)

。分別測(cè)得P02和P2的值。記錄表中的Y（mm）可以用坐標(biāo)架上的刻度值做參考。

（4）改變機(jī)翼攻角，按上述步驟進(jìn)行。每組測(cè)量三個(gè)攻角。

（5）檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確認(rèn)無(wú)誤后，風(fēng)洞停車。

（6）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

5數(shù)據(jù)處理：

（1）計(jì)算氣流速度、Re數(shù)

（2）用動(dòng)量法計(jì)算機(jī)翼阻力

（3）畫出機(jī)翼尾流速度分布曲線

6實(shí)驗(yàn)報(bào)告（自行設(shè)計(jì)表格和曲線）

姓名：

室溫：濕度：

大氣壓：

實(shí)驗(yàn)名稱：

日期：年月日

動(dòng)量法測(cè)量機(jī)具陽(yáng)刀

yiPo2P2Po2-V2

(mm)(pa)(pa)(pa)(m/s)

a=°POL=(pa)Pi=(pa)Vi=(m/s)

a=°Poi=(pa)Pi=(pa)Vt=(m/s)

a=°Poi=(pa)Pi=(pa)V尸(m/s)

攻角aPol-PlP02-P2P02-PiCDRe

(0)(pa)(pa)(pa)

風(fēng)速管校準(zhǔn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、學(xué)習(xí)使用風(fēng)速管測(cè)量氣流速度的方法。

2、學(xué)習(xí)校準(zhǔn)風(fēng)速管的方法，求出待校風(fēng)速管的系數(shù)。

3、學(xué)習(xí)用最小二乘法處理數(shù)據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

低速風(fēng)洞一座，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速管一支，待較風(fēng)速管一支，壓力掃描測(cè)試儀一臺(tái)

壓力掃描儀結(jié)構(gòu)示意圖

風(fēng)速管安裝示意圖

三、實(shí)驗(yàn)原理

風(fēng)速管是測(cè)量氣流速度的常用儀器，它上面有總壓孔和靜壓孔（見(jiàn)講義）。根據(jù)不可

壓縮伯努利方程：

Po=P~\/2PV2（1）

只要測(cè)出總壓和靜壓之差Po-P,就可以算出氣流速度Mo,但是由于風(fēng)速管在制作

時(shí)有誤差，使得用風(fēng)速管測(cè)出的速度和用伯努利方程算出的風(fēng)速有一定偏差。因此，需

引入修正系數(shù)f,計(jì)算風(fēng)速的公式（1）變?yōu)椋?/p>

（2）

v_/2（Pd-P）T-

JP

。為氣體密度，可以用當(dāng)時(shí)大氣壓強(qiáng)和室溫計(jì)算。

風(fēng)速管的總壓孔和靜壓孔通過(guò)導(dǎo)管與壓力掃描測(cè)試儀的兩個(gè)接頭相連。壓力

差Po-P通過(guò)壓力掃描測(cè)試儀直接讀出，單位為Pa。公式（2）變?yōu)椋?/p>

v=/2(尸0一尸)R3T;(3)

產(chǎn)大氣

每支風(fēng)速管都有不同的修正系數(shù)，必須通過(guò)校準(zhǔn)得出修正系數(shù)。具體做法是用一支標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)速管（已知修正系數(shù)）與另一支待校風(fēng)速管同時(shí)安裝在低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段的流場(chǎng)中。在

每一個(gè)風(fēng)速下同時(shí)測(cè)出兩支風(fēng)速管的壓差讀數(shù)。改變風(fēng)速，可得出一組數(shù)據(jù)，再用最小

二乘法擬合這組數(shù)據(jù)，可求出待校風(fēng)速管的校準(zhǔn)系數(shù)。（見(jiàn)講義）

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1、實(shí)驗(yàn)前制定實(shí)驗(yàn)步驟，確定數(shù)據(jù)處理的方法。

2、在教師指導(dǎo)下把風(fēng)速管安裝低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段內(nèi)，風(fēng)速管總壓孔應(yīng)對(duì)準(zhǔn)來(lái)流方向，

不得偏斜。

3、用導(dǎo)管連接風(fēng)速管和壓力掃描測(cè)試儀，注意檢查導(dǎo)管，不得有破漏或堵塞。注意

壓力掃描測(cè)試儀的初始讀數(shù)。測(cè)壓管連接方法：

a、將風(fēng)速管兩靜壓頭通過(guò)三通與壓力變送器靜壓接頭連接（壓力掃描儀0號(hào)接

頭）。

b、將標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速管總壓接頭與壓力變送器總壓接頭連接（壓力掃描儀1號(hào)接頭）

,將待校風(fēng)速管總壓接頭也與壓力變送器總壓接頭連接（壓力掃描儀2號(hào)接

頭）。也可以選用其他接頭。兩者之間的切換通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)撥盤來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4、啟動(dòng)風(fēng)洞，設(shè)定變頻器頻率（不小于20Hz為宜）。

5、壓力掃描測(cè)試儀撥盤指針指向正確位置（與具體導(dǎo)管連接位置有關(guān)）記錄標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)

速管的讀數(shù)，改變壓力掃描測(cè)試儀撥盤指針位置，再記錄待校風(fēng)速管的讀數(shù)。

6、改變風(fēng)速（電壓頻率），重復(fù)步驟5,記下10-15組數(shù)據(jù)。

7、關(guān)閉風(fēng)洞，記錄大氣壓強(qiáng)和室內(nèi)溫度。

8,整理儀器，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)交老師簽字后離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1、每人做實(shí)驗(yàn)報(bào)告一份，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)附后。

2、實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括下述內(nèi)容：

a、實(shí)驗(yàn)名稱、目的、原理和步驟。

b、數(shù)據(jù)處理方法、過(guò)程和校準(zhǔn)曲線。

c、給出校準(zhǔn)系數(shù)和校準(zhǔn)系數(shù)的誤差，注明實(shí)驗(yàn)時(shí)變頻器顯示的電壓頻率和對(duì)應(yīng)

的風(fēng)速變化范圍。

六、思考題

1、公式(3)中的常數(shù)R的是多少？是如何得出的？如果實(shí)驗(yàn)氣體是氮?dú)猓琑是多

少？

2,你在用最小二乘法計(jì)算風(fēng)速管系數(shù)時(shí)已經(jīng)采取了什么假設(shè)？如果認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速管

和待校風(fēng)速管的誤差相同，你能否提出一種處理數(shù)據(jù)的最小二乘法。

3、你在用最小二乘法處理數(shù)據(jù)時(shí)采用的是y=ax+b,還是y=ax,為什么？

四、激波管內(nèi)壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)

1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

(4)學(xué)習(xí)激波管工作原理。

(5)學(xué)習(xí)用壓電傳感器測(cè)量激波管內(nèi)瞬態(tài)壓力的方法。

(6)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集和處理。

2實(shí)驗(yàn)裝置:

圖1激波管裝置和壓力測(cè)量示意圖

（1）激波管

（2）膜片：滌綸膜。

（3）壓電傳感器：用于測(cè)量壓力。

（4）電荷放大器，示波器，微機(jī)

激波測(cè)壓儀表設(shè)置

（供參考）

測(cè)速傳感器（陶瓷晶體）CY-YD-203TTDS210示波器

編號(hào)1726通道CH1

壓力-電荷靈敏度1550Pc/105Pa采樣幅值（Y軸）2v/格

壓力范圍0.T100105Pa采樣時(shí)間（X軸）2.5ms/格

絕緣阻抗IO10Q觸發(fā)方式單次觸發(fā)，

KD5002電荷放大器耦合直流

靈敏度1000

量程30注1：觸發(fā)通道可以選CH1,也可以選CH2

下限頻率0.3注2：觸發(fā)電平根據(jù)信號(hào)大小而定，但必需

上限頻率100在信號(hào)幅度范圍內(nèi)

測(cè)壓傳感器（石英晶體）CY-YD-205TDS210示波器

編號(hào)586通道CH2

壓力-電荷靈敏度10.57Pc/105Pa采樣幅值（Y軸）lOOmv/格

壓力范圍0~300105Pa采樣時(shí)間（X軸）2.5ms/格

絕緣阻抗10"Q耦合直流

YE5850電荷放大器

靈敏度10

輸出mv/Unit100

下限頻率0.003

上限頻率100

激波波后壓力的測(cè)量：示波器2通道給出的壓力曲線幅度大小直接反映了壓力的大小，計(jì)

算方法如下：

壓力unit=YE5850輸出電壓

mv/（100mv/unit）

分母為上表列出的YE5850電荷放大器輸出量程mv/unit

3實(shí)驗(yàn)步驟：

1.在激波管高壓段與低壓段之間安裝滌綸膜片；

2.壓氣機(jī)充壓；

3.將傳感器、電荷放大器、波形存儲(chǔ)器、計(jì)算機(jī)等連接好，檢查電荷放大器和示波器設(shè)

置是否正確（見(jiàn)上表），可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整；注意調(diào)整波形存儲(chǔ)器采樣時(shí)間、

采樣幅值、觸發(fā)方式、觸發(fā)電平；

4.YE5850電荷放大器（工作/復(fù)位）開(kāi)關(guān)置于工作狀態(tài)，將示波器置于運(yùn)行（Ready）

狀態(tài)，（按儀器右上角（運(yùn)行/停止）按鈕）；

5.充氣（先關(guān)閉放氣閥，打開(kāi)充氣閥直到膜片破，然后關(guān)閉充氣閥，打開(kāi)放氣閥）：

6.觀察波形存儲(chǔ)器記錄的波形。如結(jié)果不理想，調(diào)整儀表設(shè)置后重新開(kāi)始實(shí)驗(yàn)；

7.將示波曲線輸入計(jì)算機(jī)，把壓力曲線數(shù)據(jù)以電子表格格式存儲(chǔ)以供數(shù)據(jù)分析用；使用

抓圖軟件把曲線存為圖片。

8.從曲線上讀取激波從傳感器位置1運(yùn)動(dòng)到傳感器位置2所用的時(shí)間t。用以計(jì)算激

波速度；讀取傳感器2的輸出電壓值；

9.記錄當(dāng)天大氣壓和溫度。本實(shí)驗(yàn)低壓段壓力為latm,高壓段破膜壓力約為2.5atm?

10.整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4數(shù)據(jù)處理：

（1）顯示測(cè)量的壓力波形

自行編寫軟件，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為時(shí)間和壓力值。然后，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，壓力為

縱坐標(biāo)，將兩條曲線表示出來(lái)。并計(jì)算出激波速度作和激波馬赫數(shù)場(chǎng)。

（2）與理論值比較

按講義上激波管的計(jì)算公式計(jì)算激波速度和激波馬赫數(shù)。計(jì)算傳感器處理想的壓力

波形，并和測(cè)量的曲線比較。

（3）與數(shù)值結(jié)果比較（選做）

根據(jù)理想一維不定常流方程組，選擇一種差分格式，計(jì)算激波管內(nèi)的壓力分布以及

傳感器處的壓力波形。將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值、理論值比較。

5實(shí)驗(yàn)報(bào)告與討論

溫度大氣壓聲速低壓段壓力高壓段（破膜壓力）

T=p=a=Pl=P4=

實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

測(cè)量點(diǎn)間距時(shí)間間隔激波速度激波馬赫數(shù)壓力曲線電壓反射激波后壓力

1010mm△t=二V二

WsMs=P5=

理論計(jì)算（己知P產(chǎn)P4=a=）

激波速度激波馬赫數(shù)入射激波后壓力反射激波后壓力

二

WS=MsP2=P5=

（二）雷諾管實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅?/p>

1、通過(guò)層流、湍流的流態(tài)觀測(cè)和臨界雷諾數(shù)的測(cè)量分析，掌握?qǐng)A管流態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律;

2、進(jìn)一步掌握層流、湍流兩種流態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性與動(dòng)力學(xué)特性；

3、學(xué)習(xí)古典流體力學(xué)中應(yīng)用無(wú)量綱參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法，并了解其實(shí)用意義。

二、實(shí)驗(yàn)裝置：

1

自循環(huán)雷諾實(shí)驗(yàn)裝置圖

本實(shí)驗(yàn)的裝置如所示，圖中：

1.自循環(huán)供水器；2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)：3.可控硅無(wú)級(jí)調(diào)器：4.恒壓水箱；5.有色指

示水供給箱；6.穩(wěn)水孔板；7.溢流板；8.實(shí)驗(yàn)管道；9.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥。

三、實(shí)驗(yàn)原理：

vmlvT

其中：Q流量；V水體積；T時(shí)間；K系數(shù)。

四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟：

1、測(cè)記本實(shí)驗(yàn)的有關(guān)常數(shù)。

2、觀測(cè)兩種流態(tài)：

打開(kāi)開(kāi)關(guān)3使水箱充水至溢流水位，經(jīng)穩(wěn)定后，微微開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥9,并注入顏色水于

實(shí)驗(yàn)管內(nèi)，使顏色水流成一直線。通過(guò)顏色水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)觀察管內(nèi)水流的層流流態(tài)，然

后逐步開(kāi)大調(diào)節(jié)閥，通過(guò)顏色水直線的變化觀察層流轉(zhuǎn)變到湍流的水力特征，待管中出

現(xiàn)完全湍流后，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥，觀察由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯乃μ卣鳌?/p>

3、測(cè)定下臨界雷諾數(shù)：

（1）將調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，使管中呈完全湍流，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥使流量減小。當(dāng)流量調(diào)

節(jié)到使顏色水在全管剛剛拉成一直線狀態(tài)時(shí)，即為下臨界狀態(tài)。每調(diào)節(jié)閥門一次，均需

等待穩(wěn)定幾分鐘。

（2）待管中出現(xiàn)臨界狀態(tài)時(shí)，用體積法測(cè)定流量。

（3）根據(jù)所測(cè)流量計(jì)算下臨界雷諾數(shù)。

（4）重新打開(kāi)調(diào)節(jié)閥，使其形成完全湍流，按照上述步驟重復(fù)測(cè)量不少于三次。

（5）同時(shí)由水箱中的溫度計(jì)測(cè)記水溫，從而查得水的運(yùn)動(dòng)粘度。

注意：流量不可開(kāi)得過(guò)大，以免引起水箱中的水體紊動(dòng)，若因水箱中水體紊動(dòng)而干

擾進(jìn)口水流時(shí)，需關(guān)閉閥門，靜止3-5分鐘，再按步驟（1）重復(fù)進(jìn)行。

4、測(cè)定上臨界雷諾數(shù)：

逐漸開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥，使管中水流由層流過(guò)渡到湍流，當(dāng)色水線剛開(kāi)始散開(kāi)時(shí)即為上臨

界狀態(tài)，測(cè)定上臨界雷諾數(shù)廠2次.

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及要求：

1、記錄計(jì)算有關(guān)常數(shù)：

管徑d=l.37cm,水溫t=°C

運(yùn)動(dòng)粘度v=-----幽型——y=

1+0.03371+0.00022遙/s

計(jì)算常數(shù)k

2、記錄計(jì)算表格

表5.1

實(shí)驗(yàn)顏色水線水體積時(shí)間流量雷諾數(shù)閥門開(kāi)

次序形態(tài)T(s)Q（c〃/）凡度增（T）備注

V（）

或減（1）

注：顏色水形態(tài)指：（1）穩(wěn)定直線，（2）穩(wěn)定略彎曲，（3）旋轉(zhuǎn)，（4）斷續(xù)，（5）直線抖動(dòng)，（6）完全散開(kāi)

等。

六、實(shí)驗(yàn)分析與討論：

1.流態(tài)判據(jù)為何采用無(wú)量綱參數(shù)，而不采用臨界流速？

2.為何認(rèn)為上臨界雷諾數(shù)無(wú)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)?實(shí)

測(cè)下臨界雷諾數(shù)為多少？

3.雷諾實(shí)驗(yàn)得出的園管流動(dòng)下臨界雷諾數(shù)為2320,而目前一般教科書中介紹采用的下

臨界雷諾數(shù)是2000,原因何在？

4.試結(jié)合湍流機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察，分析由層流過(guò)渡到湍流的機(jī)理何在？

5.分析層流和湍流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性方面各有何差異？

二、平板邊界層速度剖面測(cè)量

1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

了解平板邊界層特性，學(xué)習(xí)測(cè)量平板邊界層速度剖面的方法。

在離平板前緣不同位置處，測(cè)量平板邊界層內(nèi)速度分布，確定邊界層厚度，并和理論

值進(jìn)行比較。

2實(shí)驗(yàn)裝置：

圖1實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

（1）平板：在三維小風(fēng)洞中安裝一塊寬240毫米、長(zhǎng)750毫米的尖前緣平板。平板表面

光滑，零攻角安裝。沿平板中線有若干靜壓孔（見(jiàn)上圖）。

（2）總壓管：頭部直徑1毫米的總壓管，用于測(cè)量邊界層內(nèi)總壓分布?？倝汗馨惭b在坐

標(biāo)架上，總壓管前端與靜壓孔齊平，小孔對(duì)準(zhǔn)氣流軸線且與平板平行。

（3）坐標(biāo)架：安裝在風(fēng)洞上方，用于調(diào)節(jié)總壓管位置。

（4）壓力掃描測(cè)試儀：用于測(cè)量壓差。使用時(shí)需注意儀表初始讀數(shù)，以便對(duì)測(cè)量值進(jìn)行

修正。儀表?yè)鼙P位置與平板上測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

3實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）安裝好平板，并使其表面與風(fēng)洞軸線平行。安裝好總壓管，使其對(duì)準(zhǔn)氣流方向并與

平板平行。

（2）將總壓管、靜壓孔分別與壓力掃描測(cè)試儀相連。

（3）記錄當(dāng)天大氣壓和溫度和儀表初讀數(shù)。

（4）將總壓管降到剛好與平板表面接觸（必須反復(fù)調(diào)整總壓管數(shù)次，以求找到最佳位置

這時(shí)總壓管中心離平板表面的高度為yi=h/2（h為總壓管，外徑此時(shí)坐

標(biāo)架的位置高度應(yīng)為0.5毫米。

（5）啟動(dòng)風(fēng)洞，調(diào)整到設(shè)定風(fēng)速（變頻器頻率植）。記錄儀表讀數(shù)。

（6）上下移動(dòng)坐標(biāo)架，改變總壓管位置，重復(fù)測(cè)量邊界層內(nèi)壓力分布和總壓管高度。由

于總壓管較細(xì)、管道較長(zhǎng)，壓力平衡需要一定時(shí)間。實(shí)驗(yàn)中要等到壓力平衡后再讀

數(shù)?？倝汗苌舷乱苿?dòng)步長(zhǎng)為1mm。

（7）重復(fù)步驟（6）,直到壓力計(jì)讀數(shù)不再隨總壓管位置不同而改變?yōu)橹埂＿@時(shí)表明總壓

管已經(jīng)到達(dá)邊界層外面。由于接近邊界層外邊界時(shí)速度變化很小，所以必須再要往

上移動(dòng)總壓管若干次，確認(rèn)總壓管已經(jīng)到達(dá)邊界層外部。

（8）改變總壓管水平位置，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)壓力掃描測(cè)試儀撥盤，使指針指向?qū)?yīng)靜壓孔位置

。重復(fù)上述步驟，測(cè)量3-5個(gè)邊界層速度剖面。

（9）風(fēng)洞停車。

（10）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

注：將總壓管處于邊界層外均勻區(qū)時(shí)測(cè)得的B一網(wǎng)應(yīng)的氣流速度作為來(lái)流速度。

4數(shù)據(jù)處理:

（1）計(jì)算邊界層內(nèi)速度分布，速度邊界層厚度。

由于邊界層速度剖面是以無(wú)量綱形式畫出的，不需要計(jì)算出每一點(diǎn)的速度，只要計(jì)

算出相對(duì)速度就可以了。設(shè)y處的速度Uy為

邊界層外緣的速度U為

其中為總壓管測(cè)得的壓力，p為靜壓孔測(cè)得的壓力，（poP）,是邊界層內(nèi)測(cè)得

的讀數(shù)。（pop）表示氣流均勻區(qū)測(cè)得的讀數(shù)，。為氣體密度。相對(duì)速度為

Uy「/（久一

UJPO-P

當(dāng)u，/U=0.99時(shí)，總壓管的高度就是該處平板邊界層的厚度。

（2）計(jì)算邊界層位移厚度及動(dòng)量厚度.

邊界層位移厚度定義是

?=7Q而）

邊界層位移厚度可寫為

5*叫卜-麗）］?力

以n為縱坐標(biāo)，以u(píng)/u為橫坐標(biāo)作出實(shí)驗(yàn)曲線。那么曲線下方的面積就是上式中的

積分。計(jì)算積分后，乘以邊界層厚度就得到位移厚度。

邊界層動(dòng)量厚度定義是

以n為縱坐標(biāo)，以u(píng)/u為橫坐標(biāo)作出實(shí)驗(yàn)曲線。積分后算出動(dòng)量厚度。

（3）計(jì)算理論值

Blasius解給出，層流邊界層

6=5.Ox/^Re~

S*=1.72x/麻7

尸=0.664X/W7

湍流邊界層（按1/7累次速度剖面）

^=0.37x/5/Rev

S*=0.046x/匹7

3**=0.664x/匹7

（4）實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

要求每個(gè)速度剖面列出實(shí)驗(yàn)條件、數(shù)據(jù)表格（自行設(shè)計(jì)）、速度剖面曲線、求出邊界

層厚度、邊界層位移厚度和邊界層動(dòng)量厚度，并與理論值比較。畫出沿平板的層流

邊界層厚度曲線，并標(biāo)出您的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置。

5實(shí)驗(yàn)報(bào)告

姓名：

室溫：濕度：

大氣壓：

實(shí)驗(yàn)名稱：

日期：年月日

平板邊界層

x=mm,poi-Poo=pa,Voo=m/s

序號(hào)i高度y(mm)壓力p(pa)速度v(m/s)V/Voo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

x=mm,poi-Poo=pa,Voo=m/s

序號(hào)i高度y(mm)壓力p(pa)速度v(m/s)V/Voo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

x=mm,poi-poo=pa,Voo=m/s

序號(hào)i高度y(mm)壓力p(pa)速度v(m/s)V/Voo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

氫氣泡顯示

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.學(xué)習(xí)氫氣泡顯示的方法。

2.了解用光學(xué)方法測(cè)量流場(chǎng)速度的原理、步驟。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1.實(shí)驗(yàn)在循環(huán)式水槽（見(jiàn)圖）中進(jìn)行。水槽由穩(wěn)定段、蜂窩器、收縮段、阻尼網(wǎng)、

實(shí)驗(yàn)段、水泵、擴(kuò)散段組成。水由軸流式水泵驅(qū)動(dòng)，在水槽內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。

2.氫氣泡發(fā)生器提供頻率可調(diào)、占空比可調(diào)、峰值在20-150伏之間的脈動(dòng)方波

。陰極是一根直徑為20-80um的鴇絲，陽(yáng)極為碳棒或銅片。

3.片光源由幻燈機(jī)組成。

4.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，CCD,計(jì)算機(jī)。

三、實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)電化學(xué)可知，水在直流電壓作用下在陰極產(chǎn)生氫氣，在陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣。當(dāng)氫氣

泡發(fā)生器的電壓加在鋁絲和碳棒上時(shí)，在鋁絲上就會(huì)產(chǎn)生和絲直徑相當(dāng)?shù)臍錃馀?/p>

o這些氣泡在強(qiáng)光的照射下成為可視的。因此就可以用這些氫氣泡顯示流場(chǎng)。當(dāng)氫

氣泡發(fā)生器發(fā)出的是脈沖式電壓時(shí)，氫氣泡也出現(xiàn)脈沖式的，這種被稱為“時(shí)間線

”。當(dāng)脈沖間隔己知時(shí)，測(cè)出時(shí)間線之間的距離，可以得到水流的速度。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.將水槽內(nèi)充滿蒸儲(chǔ)水或過(guò)濾水（一般教師已事先完成）。

2.按圖所示安裝模型，鴇絲和陽(yáng)極，并接線。

3.打開(kāi)水泵開(kāi)關(guān)，調(diào)整水流速度，打開(kāi)幻燈機(jī)開(kāi)關(guān)。

4.打開(kāi)氫氣泡發(fā)生器開(kāi)關(guān)和頻率計(jì)開(kāi)關(guān)。發(fā)生器開(kāi)關(guān)放在“直流”檔，調(diào)節(jié)電壓輸

出，得到鴇絲表面產(chǎn)生許多氣泡。這些氣泡隨水一起流動(dòng)。

5.調(diào)節(jié)水泵電位器，改變水流速度，直到圖象清晰為止。

6.調(diào)好CCD焦距，用計(jì)算機(jī)采集圖象。

7.把氫氣泡發(fā)生器開(kāi)關(guān)放在“方波”檔，調(diào)節(jié)頻率和脈寬，直到出現(xiàn)滿意的圖象為

止。

8.用計(jì)算機(jī)采集圖象。

自循環(huán)流動(dòng)演示儀（1套7件）

*可顯示多種邊界流場(chǎng)，包括30余種流譜

的邊界層分離、旋渦、紊流擴(kuò)散、射流附

壁效應(yīng)等；圖片

*可供實(shí)驗(yàn)分析局部水頭損失機(jī)理，及其

與邊界形狀的定性關(guān)系。

流譜流線顯示儀（1套3件）

圖片

顯示多種幾何邊界的平面勢(shì)流流線簇。

雷諾管

用于測(cè)定水流轉(zhuǎn)波臨界雷諾數(shù)。

佰努利方程儀

1、用于實(shí)驗(yàn)分析研究管流總水頭與測(cè)壓管

水頭的沿程變化規(guī)律及位能、壓能、動(dòng)

能、損失能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；

2、驗(yàn)證流體恒定總流的能量方程。

沿程阻力測(cè)量?jī)x

用于測(cè)量管流沿程阻力系數(shù)，訓(xùn)練利用氣-

-水壓差計(jì)測(cè)量小壓差和利用電測(cè)儀測(cè)量大

壓差的技術(shù)；

實(shí)驗(yàn)研究圓管層流和紊流的沿程損失與平

均流速的定量關(guān)系。

水擊演示儀

*可演示水擊現(xiàn)象及其傳遞過(guò)程；

*能測(cè)得間接水擊的最大升壓值；

*可演示水擊揚(yáng)水機(jī)工作原理；

*可演示調(diào)壓井消減水擊壓強(qiáng)的工作原理

虹吸原理實(shí)驗(yàn)儀

靜壓傳遞揚(yáng)水實(shí)驗(yàn)儀

用以演示靜壓傳遞作用下自動(dòng)揚(yáng)水的水力

現(xiàn)象；

可供實(shí)驗(yàn)分析流體靜壓傳遞特性、揚(yáng)水原

理及其發(fā)生條件，以及虹吸原理等。

水洞1

小型回流式水槽由有機(jī)玻璃制成，實(shí)驗(yàn)段

尺寸1280mmX135mmX120mm,主要用

丁流動(dòng)顯示。

水洞2

相位激光多普勒粒

徑、流速測(cè)量?jī)x

本儀器是在激光流速儀（LDV）的基礎(chǔ)上功

能擴(kuò)展而成，即可以測(cè)量流體速度，又可

以測(cè)量球型粒子的直徑

小型超聲速風(fēng)洞

小型低速風(fēng)洞

本實(shí)驗(yàn)室四個(gè)小型吹氣式低速風(fēng)洞，電機(jī)

功率1.1KW,由VFD-A變頻器控制，可實(shí)現(xiàn)無(wú)

級(jí)調(diào)速。實(shí)驗(yàn)段尺寸分別為900mmX125mm

X320mm（二維）和900mmX240mmX240mm

（三維），風(fēng)速0-23m/s可調(diào)。

小型激波風(fēng)洞

該設(shè)備可用作激波管和反射型激波風(fēng)洞

使用。作激波管使用時(shí)，可在低壓段安裝

壓力傳感器測(cè)量壓力和激波速度，在低壓

段末端安裝傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓力標(biāo)定。

激波管高壓段長(zhǎng)2030mm,低壓段長(zhǎng)4045

mm,由內(nèi)徑67mm不銹鋼管制造。激波風(fēng)洞

具有二維型面噴管，實(shí)驗(yàn)段M數(shù)為3.0,橫

截面尺寸65mmx40mm。可用于進(jìn)行可壓

縮流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

標(biāo)定激波管

主要參數(shù)

高壓段500mm,低壓段2000mm,

管徑68mm

主要用途

激波后壓力測(cè)量；激波速度測(cè)量；傳感器

動(dòng)態(tài)壓力標(biāo)定。

（四）水擊實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅?/p>

1、了解水擊原理及水擊產(chǎn)生的原因；

2、了解水擊清除的方法，水擊的利用;

二、實(shí)驗(yàn)裝置：

本實(shí)驗(yàn)儀器由恒壓水箱、供水管、調(diào)壓筒、水擊室、壓力室、氣壓表、揚(yáng)水機(jī)出水

管、水擊發(fā)生閥、逆止閥、水泵、可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器、水泵過(guò)熱保護(hù)器及集水箱等組成

。其裝置如下圖所示。

圖1水擊裝置圖

圖中：

1、恒壓水箱2、揚(yáng)水機(jī)出水管供水管3、氣壓表4、揚(yáng)水機(jī)截止閥5、壓力室

6、調(diào)壓筒7、水泵8、水泵吸水管9、供水管10、調(diào)壓截止閥11、水擊發(fā)生閥

12、逆止閥13、水擊室14、集水箱15、底座

三、實(shí)驗(yàn)方法：

1、打開(kāi)供水開(kāi)關(guān)；

2、啟動(dòng)水擊發(fā)生閥：?jiǎn)?dòng)閥11必須先向下推開(kāi)，并使過(guò)水系統(tǒng)中的空氣全部排出（

打開(kāi)調(diào)壓筒截止閥可排出空氣）。然后松手，閥11就會(huì)自動(dòng)地往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)，時(shí)開(kāi)時(shí)閉

而發(fā)生水擊。

3、測(cè)量水擊壓強(qiáng)：測(cè)量時(shí)，應(yīng)全關(guān)閉閥10和4,且應(yīng)關(guān)緊不漏水。

4、水擊揚(yáng)水實(shí)驗(yàn)：應(yīng)全開(kāi)閥4,全關(guān)閥10。

5、調(diào)壓筒實(shí)驗(yàn)：應(yīng)全關(guān)閥4,全開(kāi)閥10。

6、流量調(diào)節(jié)：可通過(guò)調(diào)控可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器旋鈕，改變流量大小。

7、其它注意事項(xiàng)：若供水管、壓力室或閥10下部調(diào)壓筒中的滯留空氣未排凈，或水

質(zhì)不潔等而導(dǎo)致逆止閥漏水，或集水箱水位偏低，都有可能使水擊壓強(qiáng)達(dá)不到額定值

。此時(shí)應(yīng)按前述過(guò)程重新操作，或更換水質(zhì)增加集水箱水量.

四、實(shí)驗(yàn)原理：

1、水擊的產(chǎn)生和傳播：

水泵能把集水箱14中的水送入恒壓供水箱1中，水箱1設(shè)有溢流板和回水管，能使水

箱中的水位保持恒定。工作水流自水箱1經(jīng)供水管9和水擊室13再通過(guò)水擊發(fā)生閥11的閥

孔流出，回到集水箱14。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，先全關(guān)閥10和4,觸發(fā)起動(dòng)閥11。當(dāng)水流通過(guò)閥11時(shí)，水的沖擊力使閥11上

移關(guān)閉而快速截止水流，因而在供水管9的末端首先產(chǎn)生最大的水擊升壓。并事水擊室13

同時(shí)承受到這一水擊壓強(qiáng)。水擊升壓以水擊波的形式迅速沿著壓力管道向上游傳播，到

達(dá)進(jìn)口以后，由進(jìn)口反射回來(lái)一個(gè)減壓波，使管9末端和水擊室13內(nèi)發(fā)生負(fù)的水擊壓強(qiáng)。

本實(shí)驗(yàn)儀能通過(guò)閥11和12的動(dòng)作過(guò)程觀察到水擊波的來(lái)回傳播變化現(xiàn)象。即閥11關(guān)

閉，產(chǎn)生水擊升壓，使逆止閥12克服壓力室5的壓力而瞬時(shí)開(kāi)啟，水也隨即注入壓力室內(nèi)

,并可看到壓力表3隨著產(chǎn)生的壓力波動(dòng)。然后，在進(jìn)口傳來(lái)的負(fù)水擊作用下，水擊室13

的壓強(qiáng)低于壓力室5,使逆止閥12關(guān)閉。同時(shí)，負(fù)水擊又使閥11下移而開(kāi)啟。這一動(dòng)作過(guò)

程既能觀察到水擊波的傳播變化現(xiàn)象，又能使本實(shí)驗(yàn)儀保持往復(fù)的自動(dòng)工作狀態(tài)，即當(dāng)

閥11再次開(kāi)啟后，水流又經(jīng)閥孔流出，回復(fù)到初始工作狀態(tài)。這樣周而復(fù)始，閥11不斷

地啟閉，水擊現(xiàn)象也就不斷地重復(fù)發(fā)生。

2、水擊壓強(qiáng)的定量觀測(cè)：

水擊可在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大的壓強(qiáng)，尢如重錘錘擊管道一般，可造成管道的破

壞。由于水擊的作用時(shí)間短，升壓大，通常需用復(fù)雜而昂貴的電測(cè)系統(tǒng)作瞬態(tài)測(cè)量，而

本儀器用簡(jiǎn)便的方法可直接地量測(cè)出水擊升壓值。此法的測(cè)壓系統(tǒng)是由逆止閥12、壓力

室5和氣壓表3組成。閥11每一開(kāi)一關(guān)都能產(chǎn)生一次水擊升壓，由于作用水頭、管道特性

和閥的開(kāi)度均相同，故每次水擊升壓值相同。每當(dāng)水擊波往返一次，都將向壓力室5內(nèi)注

入一定水量，因而壓力室內(nèi)的壓力隨水量的增加而增大，一直到其值達(dá)到與最大水擊壓

強(qiáng)相等時(shí)，逆止閥12才不打開(kāi)，水流也不再注入壓力室5,壓力室內(nèi)的壓力也就不再增高

。這時(shí)，可從連接與壓力室空腔的壓力表3測(cè)量壓力室5中的壓強(qiáng)，此壓強(qiáng)即為閥11關(guān)閉

時(shí)產(chǎn)生的最大水擊壓強(qiáng)，這一測(cè)量原理可用一個(gè)日常生活例子來(lái)加深理解：如一個(gè)人用

氣筒每次以3kg/cm2的壓強(qiáng)向輪胎內(nèi)打氣，顯然，只有反復(fù)多次打，輪胎內(nèi)的壓強(qiáng)方可達(dá)

到且只能達(dá)到3kg/cm2。

本實(shí)驗(yàn)儀工作水頭為25cm左右，氣壓表顯示的水擊壓強(qiáng)值最大可達(dá)300mm汞柱以上，

即達(dá)到20倍左右的工作水頭。表明水擊有可能造成工程破壞。

3、水擊的利用一水擊揚(yáng)水原理：

水擊揚(yáng)水機(jī)由圖中的1、9、H、12、13、5、4、2等部件組成。水擊發(fā)生閥11每關(guān)

閉一次，在水擊室13內(nèi)就產(chǎn)生一次水擊升壓，逆止閥12隨之被瞬時(shí)開(kāi)啟，部分高壓水被

注入壓力室5,當(dāng)閥4開(kāi)啟時(shí)，壓力室的水便經(jīng)出水管2流向高處。由于閥11的不斷動(dòng)作，

水擊連續(xù)多次發(fā)生，水流亦一次一次地不斷注入壓力室，因而便源源不斷地把水提升到

高處。這正是水擊揚(yáng)水機(jī)工作原理，本儀器揚(yáng)水高度為37cm,即超過(guò)恒壓供水箱的液面

達(dá)1.5倍的作用水頭。

水擊揚(yáng)水雖然能使水流從低處流向高處，但它仍然遵循能量守恒定律。揚(yáng)水提升的

水量?jī)H僅是流過(guò)供水管的一部分，另一部分水量通過(guò)閥11的閥孔流出了水擊室。正是這

后一部分水量把自身具有的勢(shì)能（其值等于供水箱液面到閥11出口處的高度差）以動(dòng)量

傳輸?shù)姆绞剑峁┙o了揚(yáng)水機(jī)揚(yáng)水。由于水擊的升壓可達(dá)幾十倍的作用水頭，因而若提

高揚(yáng)水機(jī)出水管2的高度，水擊揚(yáng)水機(jī)的揚(yáng)程也可相應(yīng)提高，但出水量會(huì)隨著高度的增加

而減小。

4、水擊危害的消除一調(diào)壓筒（井）工作原理：

如上所述，水擊有可利用的一面，但更多的是它對(duì)工程具有危害性的一面。例如，

水擊有可能使輸水管爆裂。為了消除水擊的危害，常在閥門附近設(shè)置減壓閥或調(diào)壓筒（

井），氣壓室等設(shè)施。本儀器設(shè)有由閥10和調(diào)壓筒6組成水擊消減裝置。

實(shí)驗(yàn)時(shí)全關(guān)閥4,全開(kāi)閥10,然后手動(dòng)控制閥11的開(kāi)與閉。由氣壓表3可見(jiàn)，此時(shí)，

水擊升壓最大值約為100mm汞柱，其值僅為閥10關(guān)閉時(shí)的峰值的1/3。同時(shí)，該裝置還能

演示調(diào)壓系統(tǒng)中的水位波動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)閥11開(kāi)啟時(shí)，調(diào)壓筒中水位低于供水箱水位（以下

稱庫(kù)水位），而當(dāng)閥11突然關(guān)閉時(shí)，調(diào)壓筒中水位很快涌高并且超過(guò)庫(kù)水位，并出現(xiàn)和

豎立U型水管中水體擺動(dòng)現(xiàn)象性質(zhì)相同的振蕩，上下波動(dòng)的幅度逐次衰減，直至靜止。

調(diào)壓系統(tǒng)中的非定常流和水擊的消減作用，在實(shí)驗(yàn)中可作如下說(shuō)明：

設(shè)置了調(diào)壓筒，在閥11全開(kāi)下的定常流時(shí)，調(diào)壓筒中維持低于庫(kù)水位的固定自由水

面。當(dāng)閥11突然關(guān)閉時(shí)，供水管9中的水流因慣性作用繼續(xù)向下流動(dòng)，流入調(diào)壓筒，使其

水位上升，一直上升到高出庫(kù)水位的某一最大高度后才停止。這時(shí)全管流速等于零，流

動(dòng)處于暫時(shí)停止?fàn)顟B(tài)，由于調(diào)壓筒水位高于庫(kù)水位，故水體作反向流動(dòng)，從調(diào)壓筒流向

水庫(kù)。又由于慣性作用，調(diào)壓筒中的水位逐漸下降，至低于庫(kù)水位，直到反向流速等于

零為止。此后供水管中的水流又開(kāi)始流向調(diào)壓筒，調(diào)壓筒中的水位再次回升。這樣，伴

隨著供水管中水流的往返運(yùn)動(dòng)，調(diào)壓筒中水位也不斷上下波動(dòng)，這種波動(dòng)由于供水管和

調(diào)壓筒的阻力作用而逐漸衰減，最后，調(diào)壓筒水位穩(wěn)定在正常水位。

設(shè)置調(diào)壓筒后，在過(guò)流量急劇改變時(shí)仍有水擊發(fā)生，但調(diào)壓筒的設(shè)置建立了一個(gè)邊

界條件，在相當(dāng)大程度上限制或完全制止了水擊向上游傳播。同時(shí)水擊波的傳播距離因

設(shè)置調(diào)壓筒而大為縮短，這樣既能避免直接水擊的發(fā)生，又加快了減壓波返回，因而使

水擊壓強(qiáng)峰值大為降低，這就是利用調(diào)壓筒消減水擊危害的原理。

文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?/p>

1.通過(guò)測(cè)定流量系數(shù)，掌握文丘里流量計(jì)量測(cè)管道流量的技術(shù)和應(yīng)用氣一

水多管壓差計(jì)量測(cè)壓差的技術(shù)；

2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)與量綱分析，了解與實(shí)驗(yàn)結(jié)合研究水力學(xué)問(wèn)題的途徑，進(jìn)而

掌握文丘里流量計(jì)的水力特性。

二、實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖6.1所示。

96.1文丘1流時(shí)軸黃飄

1,自翻供水器；2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3,可齷無(wú)級(jí)觸櫥4.恒壓水箱；5放流板；6.穩(wěn)水孔板；7.文丘

里實(shí)殷管段；8.測(cè)壓收岫9.測(cè)壓計(jì)；10,滑尺；1】,多管壓蚪；12.實(shí)麟翻節(jié)就

在文丘里流量計(jì)的兩個(gè)測(cè)量斷面上，分別有2個(gè)測(cè)壓孔與相應(yīng)的均壓環(huán)連

通，經(jīng)均壓環(huán)均壓后的斷面壓強(qiáng)由氣一水多管壓差計(jì)9測(cè)量（亦可用電測(cè)儀量

測(cè)）。

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(guò)水能力關(guān)系式

_4^1____________________________________

Q*=下了y2g[(Zl+pl//)-(Z2+p2/y)J=K/ZA

K=8/^"(di/d2)4-l

&=(Z1+^)-(Z2+^)

式中：A力為兩斷面測(cè)壓管水頭差。

由于阻力的存在，實(shí)際通過(guò)的流量Q恒小于Q'。今引入一無(wú)量綱系數(shù)

u=Q/Q'(□稱為流量系數(shù))，對(duì)計(jì)算所得的流量值進(jìn)行修正。

即Q=uQ'=uKVAh

另，由水靜力學(xué)基本方程可得氣一一水多管壓差計(jì)的4h為

Ah=Ai—hi-\-hi—力4

四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟

1.側(cè)記各有關(guān)常數(shù)。

2.打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，全關(guān)閥12,檢核測(cè)管液面讀數(shù)為1一左+加一力4是否為0

,不為0時(shí)，需查出原因并予以排除。

3.全開(kāi)調(diào)節(jié)閥12檢查各測(cè)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)：擰開(kāi)氣閥8/將清水注入測(cè)管2、3/待左=ZsQ24cm,打

開(kāi)電源開(kāi)關(guān)充水/待連通管無(wú)氣泡，漸關(guān)閥12,并調(diào)開(kāi)關(guān)3/至4=力4%

28.5cm,既速擰緊氣閥8。

4.全開(kāi)調(diào)節(jié)閥門12,待水流穩(wěn)定后，讀取各測(cè)壓管的液面讀數(shù)加、"

加、力4,并用秒表、量筒測(cè)定流量。

5.逐次關(guān)小調(diào)節(jié)閥，改變流量7?9次，重復(fù)步驟4,注意調(diào)節(jié)閥門應(yīng)

緩慢。

“6.把測(cè)量值記錄在實(shí)驗(yàn)表格內(nèi)，并進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。

7.如測(cè)管內(nèi)液面波動(dòng)時(shí)，應(yīng)取時(shí)均值。

8.實(shí)驗(yàn)結(jié)束，需按步驟2校核壓差計(jì)是否回零。

五、實(shí)驗(yàn)成果及要求

1.記錄計(jì)算有關(guān)常數(shù)。

dl=cm,d2=cm,

水溫t=℃,u=cm2/s，

水箱液面標(biāo)尺值cm,

管軸線高程標(biāo)尺值▽=cm。

2.整理記錄計(jì)算表

表6.1記錄表

次序測(cè)壓管讀數(shù)(cm)水量測(cè)量時(shí)間

h\hihi力4(cm3)(s)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

表6.2計(jì)算表K=cm2,5/s

次QAh=Q'二(KVAh)

h\—電+h-力4Rei|J=Q/QZ

序(cm3/s(cm)(cm3/s)

)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

3.用方格紙繪制Q?Ah與Re?口曲線圖。分別取Ah、口為縱坐標(biāo)。

六、實(shí)驗(yàn)分析與討論

1.本實(shí)驗(yàn)中，影響管流量系數(shù)大小的因素有哪些？哪個(gè)因素最敏感？對(duì)本

實(shí)驗(yàn)的管道而言，若因加工精度影響，誤將（d2—0.01）cm值取代上述d2值時(shí)

,本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的口值將變?yōu)槎嗌伲?/p>

2.為什么計(jì)算流量Q與實(shí)際流量Q不相等？

3.試證氣一一水多管壓差計(jì)（圖6.2）有下列關(guān)系：

△h={Z\+p\/y）—（馬+必/丫）二力i—左+加一/4

4.試應(yīng)用量綱分析法，闡明文丘里流量計(jì)的水力特性。

5.文氏管喉頸處容易產(chǎn)生真空，允許最大真空度為6~7mH20o工程中應(yīng)用

文氏管口寸，應(yīng)檢驗(yàn)其最大真空度是否在允許范圍內(nèi)。據(jù)你的實(shí)驗(yàn)成果，分析本

實(shí)驗(yàn)流量計(jì)喉頸最大真空值為多少？

紋影法測(cè)量氣體密度

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解紋影儀原理和紋影儀結(jié)構(gòu)

2.掌握紋影儀的基本調(diào)節(jié)方法

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

紋影儀、酒精燈、CCD、計(jì)算機(jī)

三、實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)講義第九章介紹，紋影儀測(cè)量了沿刀口垂直方向的密度梯度。本實(shí)驗(yàn)中

用紋影儀觀測(cè)酒精燈火焰形成的溫度場(chǎng)。由于我們近似認(rèn)為火焰中是等壓的，因此溫度T

正比于密度P。用紋影儀同樣可以測(cè)量火焰的溫度場(chǎng)?，F(xiàn)在紋影儀測(cè)得的是刀口垂直方

向的溫度梯度。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

a）首先應(yīng)復(fù)習(xí)講義中有關(guān)紋影法原理的介紹。

b）安裝好紋影儀兩塊球面反射鏡和M2,確定光源S的位置，應(yīng)使光