流体力学实验指导书.ppt

流体力学实验指导书,中国矿业大学（北京）朱红青,实验一 能量方程实验,中国矿业大学（北京）朱红青,实验目的,1.熟悉流动流体具有的各种能量的概念，了解它们之间的相互转换关系2.掌握一种测量流体流速的原理3.了解本实验的装置并理解流程4.掌握压头、流量和流速等水力学参数的测试技能，并对其进行比较,实验原理,本实验采用一种称之为伯努利实验仪的简单装置，实验观察不可压缩流体在导管内流动时，各种形式机械能的相互转化现象，并验证机械能守恒方程（伯努利方程）。通过实验，加深对流体流动过程基本原理的理解。流体在流动时具有位能、动能、压力能、内能，另还由于流体流动时会产生阻力，因而损耗一部分机械能，当流体在导管内作定常流动时，在导管的各截面之间的的各种形式机械能的变化规律，可由稳定流动总能量基本方程来表达。,实验仪器,1稳压水槽 2实验导管 3出口调节阀 4静压头测量管 5冲压头测量管,实验步骤,1.缓慢开启进水阀，给水箱供水，使水有适量的溢流关闭调节阀，看槽内液面是否平齐。实验前一定要将实验导管和测压管中的空气泡排除干净2.关闭试验导管出口调节阀，测量液体处于静止状态下各测试点（A、B和C三点）的压强3.开启实验导管出口调节阀，观察液体在流动情况下的各测试点的压头变化4.缓慢开启实验导管的出口调节阀，测量流体在不同流量下的各测试点的静压头，动压头和损失压头5.实验完毕整理实验设备以保持整洁,实验注意事项,1.打开调速器开关，水泵启动23分钟后，短暂关闭23秒钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气2.调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后才能进行实验,预习和思考题,1.如何将实验导管和测压管中的空气泡排干净？分析未将空气排净对实验的影响？2.在开启进水阀和实验导管出口调节阀时,为何一定要缓慢调节阀的开启度？3.为什么实验要保持在恒水位条件下进行?4.测压管与皮托管的作用相同吗？请你解释原因。5.根据实验结果分析测压管水头线及总水头线，并试做总结。,实验报告要求,1.写出实验目的、内容、步骤2.记录实验数据并进行处理3.画出实验的水力线图，写出能量方程表达方式，并说明能量方程各项物理意义,实验二 动量方程实验,中国矿业大学（北京）朱红青,实验目的,1.验证不可压缩流体恒定流的动量方程2.通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研究，进一步掌握液体动力学的动量定律守恒特性3.了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力,实验原理,恒定总流动量方程为 因滑动摩擦阻力水平分力，可忽略不计，在x方向的动量方程化为：式中：作用在活塞圆心处的水深；活塞的直径；射流的速度；射流的速度；动量修正系数。实验中，在平衡状态下，只要测量流量Q、测压管液柱，由给定的管嘴直径d和活塞直径D，便可验证动量方程并确定射流的动量修正系数值，其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的圆心处。标尺的液面读数，即为作用在活塞圆心处的水深。,实验仪器,自循环供水装置1由离心式水泵和蓄水箱组合而成，如下图所示,实验步骤,1.准备：熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能，记录有关常数2.开启水泵：打开调速器开关，水泵启动23分钟后，短暂关闭23秒钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气3.测读水位：标尺的零点已固定在活塞圆心的高程上。当测压管内液面稳定后，记下测压管内液面的标尺读数，即 4.测量流量：利用体积时间法，在上回水管的出口处测量射流的流量，流量时间根据流速定。利用量筒接水，并测量其体积5.改变水头重复实验：逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按上述步骤重复进行实验,实验注意事项,1.打开调速器开关，水泵启动23分钟后，短暂关闭23秒钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气2.调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后才能进行实验,预习和思考题,1.请问皮托管测速与测压管的作用是一样吗？为什么？2.动量方程是描述物体运动的对吗？3.为什么要设挡水板？4.挡水板下面的排水槽去掉行吗？请说明原因。5.计算平板或曲线板不同流量下受到的冲击力，并与实测值进行比较。计算实测值与计算值间的误差。分析产生误差的原因。,实验报告要求,1.写出实验目的、内容、步骤2.记录实验数据并进行处理,实验三 雷诺实验,中国矿业大学（北京）朱红青,实验目的,1.观察液体在管道内流动状态2.测定其下临界雷诺数3.了解流态与雷诺数的关系,实验原理,流体流动有两种不同的状态，层流和紊流，用雷诺数来判断流态 液体在管道中的平均流速（m/s）d 管道内径（m）液体密度（kg/）液体动力粘度（PaS）液体运动粘度（/s）,实验仪器,雷诺实验涉及的水箱、雷诺试管、阀门、伯努利（能量）方程实验管道、孔板流量计试验管道、文丘里管、局部阻力试管、皮托管和计量水箱等，并自备秒表和温度计。,实验步骤,1.将试验台的各个阀门置于关闭状态，开启水泵，打开雷诺水箱下面控制的阀门，使水箱注满水，保持水箱少量溢流，如溢流过大，请调正桌面上的溢流阀门2.用温度计测量水温3.观察流态。打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针中流出，颜料水和雷诺试管中的水将迅速混合成均匀的淡颜色水，此时，雷诺试管中的水为紊流；随着出水阀门的不断关小，颜料水与雷诺试验管中的水的渗混程度逐渐减弱，直至颜料水在雷诺试管中成一条清晰地线流，此时，雷诺试管中的水为层流流动，称为层流4.测定雷诺数。全开出水阀门，再逐渐关闭出水阀门，直至能开始保持雷诺试管内颜料水处于层流状态。测量体积流量和水温，并求出相应的雷诺数,实验注意事项,1.打开调速器开关，水泵启动23分钟后，短暂关闭23秒钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气2.调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后才能进行实验,预习和思考题,1.为什么取2320作为临界雷诺数？2.流速、管径、管长等与雷诺数的关系？3.雷诺数意义是什么？,实验报告要求,1.写出实验目的、内容、步骤2.记录实验数据并进行处理3.作出流量与雷诺数的坐标图,实验四 沿程阻力实验,中国矿业大学（北京）朱红青,实验目的,1.观察和测试流体在等直管道中流动时的能量损失情况 2.掌握管道沿程阻力系数的测定方法3.了解阻力系数在不同流态、不同雷诺数下的变化情况,实验仪器,雷诺实验涉及的水箱、雷诺试管、阀门、伯努利（能量）方程实验管道、孔板流量计试验管道、文丘里管、局部阻力试管、皮托管和计量水箱等、并自备秒表和温度计。,实验步骤,1.首先缓慢打开（顺时针方向）流量调节阀、溢流阀、放水阀，再开启水泵给各水箱上水，使各水箱处于溢流状态，以保证测量水位稳定。2.缓慢关闭（逆时针方向）流量调节阀，排出测试管段内空气，直到测压计的所有玻璃管水位高度一致。3.缓慢打开流量调节阀到一适当开度（应预先估计，使阀在全关到全开即：00-900范围，能调出6-8个不同开度），同时观察测压计。当液柱稳定后关闭放水阀，记录所测管段进出口玻璃管液位及计量水箱接纳一定容积水所用时间。4.调节到另一开度，重复上述测量内容，共测量6-8个不同开度，将测试数据记入数据表。,实验注意事项,1.用水柱压差计测量能量损失时，由于压差不稳定而容易产生误差，特别是在小流量、小压差下，误差会更大，因此要多做几次才能准确2.实验室，开关阀门要缓慢，否则会是紊流状态提前出现，从而影响实验效果,预习和思考题,1.同一开启度，不同流量下，沿程阻力系数值应为定值或变值？2.不同开启度，如把流量调至相等，沿程阻力系数值是否相等？,实验报告要求,1.写出实验目的、内容、步骤2.记录实验数据并进行处理,实验五 局部阻力损失实验,中国矿业大学（北京）朱红青,实验目的,1.掌握三点法、四点法测量局部阻力系数的技能2.通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径3.加深对局部阻力损失机理的理解,实验仪器,雷诺实验涉及的水箱、雷诺试管、阀门、伯努利（能量）方程实验管道、孔板流量计试验管道、文丘里管、局部阻力试管、皮托管和计量水箱等，并自备秒表和温度计。,实验步骤,1.测记实验有关常数。2.打开电子调速器开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。待水箱溢流后，检查泄水阀全关时各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。3.打开泄水阀至最大开度，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法或用电测法测记流量。4.改变泄水阀开度34次，分别测记测压管读数及流量。5.实验完成后关闭泄水阀，检查测压管液面是否齐平？否则，需重做。,实验注意事项,1.实验过程中如测压管液面波动不稳，应对各测压管液面同时测读2.每次调节流量应缓慢，调节后应稳定一段时间后再进行测读。，使溢流量适中，待水头稳定后才能进行实验,预习和思考题,1.结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系2.结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？3.现备有一段长度及联接方式与调节阀相同，内径与实验管道相同的直管段，如何用两点法测量阀门的局部阻力系数?,实验报告要求,1.写出实验目的、内容、步骤2.记录实验数据并进行处理,实验六 串并联管路实验,中国矿业大学（北京）朱红青,实验目的,1.验证并联管路的流量分配规律。2.学习并掌握用孔板式流量计测量流量,实验原理,流体流过孔板时，孔板前后产生压差，其差值随流量而变，两者之间有确定的关系，因此可通过测量压差来测定流量。,实验仪器,1.串并联管路实验台2.秒表3.温度计,实验步骤,1、准备工作（1）记录仪器常数D、e、d。（2）检查当qv=0时测压管液面是否水平，如果不在同一水平面上，必须将橡皮管内空气排尽，使测压管液面处于水平状态，才能进行以后的实验。（3）全部开启出口阀门与各管路阀门，微开入口阀门1。（4）将测压计排气阀关闭。2、进行实验（1）打开电机，经进水阀门组件开启至最大流量，使3，4测压管高度差达到最大值，则为第一个实验点，测读出并记录测压及内液面的读数。（2）逐渐关小进水阀门，读出10个测压点的高度，共测三次。（3）关闭电机，检查测出液面是否在同一水平面上，从而检查实验过程中橡皮管内是否有气泡。,实验注意事项,1.实验过程中如测压管液面波动不稳，应对各测压管液面同时测读2.每次调节流量应缓慢，调节后应稳定一段时间后再进行测读,预习和思考题,1.如何将实验导管和测压管中的空气泡排干净？分析未将空气排净对实验的影响？2.在开启进水阀和实验导管出口调节阀时,为何一定要缓慢调节阀的开启度？3.为什么实验要保持在恒水位条件下进行?,实验报告要求,1.按照实验步骤完成实验，并记录数据2.对记录数据进行处理,实验七 流量计流量系数的测定方法,中国矿业大学（北京）朱红青,实验目的,测定文丘里及孔板流量计的流量系数,实验仪器,雷诺实验涉及的水箱、雷诺试管、阀门、伯努利（能量）方程实验管道、孔板流量计试验管道、文丘里管、局部阻力试管、皮托管和计量水箱等，并自备秒表和温度计。,实验步骤,1.文丘里和孔板流量计的流量系数测定可同时进行，水经上水管流进管道17，再流经管道15后，流回水箱。2.打开水泵，使文丘里和孔板达到一定的流量，如有空气，请排气。3.测记各有关常数，并检查在水阀全关时，测管液面读数是否为0，不为0时，需查出原因并予以排除；4.打开回水阀至最大开度，等流量稳定后测记测压管读数和流量。打开回水阀开度34次，分别测记测压器读数，并用秒表、量筒测定流量；5.实验完成后关闭9水泵。,实验注意事项,1.打开调速器开关，水泵启动23分钟后，短暂关闭23秒钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气2.调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后才能进行实验3.如管内液面波动时，应读取时均值,预习和思考题,1.文丘里的实际流量与理论流量为什么会有差别？这种差别是由哪些因素造成的？2.文丘里流量计的流量系数为什么小于1.0？3.为什么在实验中要反复强调保持水流恒定的重要性？4.影响文丘里流量系数m 的因素有哪些？5.文丘里流量计水平或垂直放置对m 值有无影响？,实验报告要求,1.记录实验方法表中数据2.测定文丘里及孔板流量计的流量系数,实验八 皮托管测速实验,中国矿业大学（北京）朱红青,实验目的,1.通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用皮托管测量点流速的技能2.了解普朗特型皮托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体力学量测仪器的现实作用,实验仪器,雷诺实验涉及的水箱、雷诺试管、阀门、伯努利（能量）方程实验管道、孔板流量计试验管道、文丘里管、局部阻力试管、皮托管和计量水箱等，并自备秒表和温度计。,实验步骤,1.文丘里和孔板流量计的流量系数测定可同时进行，水经上水管流进管道17，再流经管道15后，流回水箱2.打开水泵，使文丘里和孔板达到一定的流量，如有空气，请排气。打开回水阀至最大开度，等流量稳定后测记测压管读数和流量。打开回水阀开度34次，分别测记测压器读数和流量。按照图示分成3个等面积同心环，沿直径线测6个测点的流速3.实验完成后关闭水泵9,实验注意事项,1.打开调速器开关，水泵启动23分钟后，短暂关闭23秒钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气2.调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后才能进行实验,预习和思考题,1如何将实验导管和测压管中的空气泡排干净？分析未将空气排净对实验的影响？2在开启进水阀和实验导管出口调节阀时,为何一定要缓慢调节阀的开启度？3为什么实验要保持在恒水位条件下进行?4测压管与皮托管的作用相同吗？请你解释原因？,实验报告要求,1.根据实验步骤完成实验2.根据实验结果分析绘制圆管内速度分布图,