《流體力學(xué)實驗》PPT課件.ppt

流體力學(xué)實驗,黃 勇 趙慶賢 環(huán)境與安全工程學(xué)院,實驗一 流體靜力學(xué)實驗,一、實驗?zāi)康?1、測定靜止液體內(nèi)部某點的靜水壓強(qiáng)，加深對流體靜力學(xué)基本方程式的理解。 2、理解位置水頭、壓強(qiáng)高度及測壓管水頭的基本概念，并觀察靜水中任意兩點測壓管水頭靜水頭為常數(shù)現(xiàn)象。 3、建立液體表面壓強(qiáng)的概念，搞清楚絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)及真空度等概念。 4、了解在壓強(qiáng)相同的條件下不同容重的液體具有不同壓強(qiáng)高度值。,圖1-1 流體靜力學(xué)實驗儀示意圖,三、實驗步驟,1、熟悉裝置，掌握測量過程和操作方法； 2、檢查裝置的氣密性，調(diào)節(jié)平衡，讀取A、B點標(biāo)高ZA、ZB； 3、打開氣閥，此時P0=Pa，平衡后，關(guān)閉氣閥，提升調(diào)壓筒，使P0Pa，待穩(wěn)定后，讀取各壓差計液面讀數(shù)記入表1中。 4、保持P0Pa的條件，緩慢提升調(diào)壓筒，改變?nèi)萜髦袎毫?，重?fù)測量3次。 5、打開氣閥，待平衡后，關(guān)閉氣閥，下調(diào)調(diào)壓筒，使P0Pa ，調(diào)節(jié)三次記錄各壓差計讀數(shù)于表1中。,四、數(shù)據(jù)記錄及計算表格,表1-1 原始數(shù)據(jù)記錄表,五、注意事項,1、移動調(diào)節(jié)筒要緩慢平穩(wěn)。 2、讀數(shù)要仔細(xì)準(zhǔn)確。 3、壓力調(diào)節(jié)的差距盡量拉大，合理策化實驗方案。,六、思考題,1、如何檢驗裝置的氣密性？ 2、在實驗過程中，欲使容器中的壓強(qiáng)為最大應(yīng)如何進(jìn)行操作？ 3、調(diào)壓筒與貯液容器兩液面間壓差和各U型管壓差之間關(guān)系如何，為什么？,一、實驗?zāi)康?1、觀察流體流動的兩種狀態(tài)層流、紊流； 2、觀察流體在不同流動狀態(tài)下質(zhì)點的運動規(guī)律，并測定其雷諾數(shù)(Re)，了解流態(tài)和Re的關(guān)系； 3、測定流體在圓管中流動時的臨界雷諾數(shù)(Recr) 。,實驗二 雷諾實驗,二、實驗原理,1、流體流動的狀態(tài) a.層流：流速低、流動慢、流體質(zhì)點平行、不互相混雜、層次分明，顏色水呈直線。 b.紊流：流速大、流動快、流體質(zhì)點作復(fù)雜紊亂的無規(guī)則運動。顏色水線破碎、完全與水混合。 c.處于兩種狀態(tài)之間為過渡流，顏色水線曲折、脈動、斷續(xù)。,2、流態(tài)的鑒別及雷諾數(shù)的測定 判別流體流動狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù)雷諾數(shù)Re 或 一般情況下，對于圓管中的液體：Re2000為層流，Re為2300為紊流。,三、實驗裝置,1.水泵；2.蓄水箱；3.上水閥；4.溢流管；5.高位水箱；6.色液調(diào)節(jié)閥；7.色液瓶；8.測壓板；9.雷諾實驗管；10.流量調(diào)節(jié)閥；11.出水口；12.計量水箱；13.放水閥 圖2-1 雷諾實驗裝置,四、實驗內(nèi)容及步驟,1、關(guān)閉所有閥門，啟動水泵。打開上水閥，使恒流水箱充滿水。 2、緩慢開啟雷諾試驗管段的出口調(diào)節(jié)閥門并打開下游各閥門，使圓管中水在較低流速下穩(wěn)定流動。 3、微啟色液調(diào)節(jié)閥，使顏色水以微小流束在玻璃管中呈直線流動，測定流量，計算Re，保持顏色水直線狀態(tài)，再調(diào)節(jié)測定次流量。,4、逐漸開大出水閥，觀察水從層流到紊流的過度過程及質(zhì)點的變化，并在這種過渡狀態(tài)下測定兩次流量。 5、繼續(xù)開大閥門到紊流狀態(tài)。顏色水與水流完全混合，看不出顏色水線的跡象，測定兩次流量，計算Re。 6、再緩慢平穩(wěn)地把閥門逐漸關(guān)小，測定從紊流到層流過渡時的臨界流量。 7、關(guān)閉顏色水閥，停泵，結(jié)束實驗。,五、數(shù)據(jù)記錄及計算項目表,雷諾實驗管段內(nèi)徑： mm 水溫： 水的運動粘度： m2/s 計量水箱截面積： cm2 表2-1 數(shù)據(jù)記錄表,六、注意事項,1、實驗中要經(jīng)常觀察水箱恒流情況，保證高位水箱的液位恒定。 2、閥門調(diào)節(jié)要緩慢平穩(wěn)，尤其在過渡狀態(tài)時盡量避免設(shè)備融碰及振動。 3、在流量從最小逐漸到最大，或從最大到最小的調(diào)節(jié)過程中，閥門只允許往一個方向旋轉(zhuǎn)，中間不得逆轉(zhuǎn)。,七、思考題,1、從層流到紊流與從紊流到層流所測得的雷諾數(shù)是否相同？為什么？ 2、如果實驗裝置不變，改用其他液體為流動介質(zhì)，或改變管徑，其臨界雷諾數(shù)是否改變？為什么？,實驗三 能量方程實驗,一、實驗?zāi)康?1、加深對總水頭、測壓管水頭、水頭損失等概念的理解。 2、觀察流體流經(jīng)能量方程試驗管時能量的轉(zhuǎn)化情況，對實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，加深對能量方程式的理解。 3、測定水流各項水頭和水頭損失，繪制測壓管水頭線和總水頭線。 4、掌握一種測量流體流速的方法，熟悉畢托管測流速的原理。,二、實驗原理,1、對于理想流體的流動，有：,流體的總機(jī)械能保持不變，總水頭線是一條水平直線。 2、對于實際流體，由于流體的粘滯性和水流紊動，一定會產(chǎn)生水頭損失。所以，粘性流體總流的伯努利方程為：,三、實驗步驟,1、熟悉裝置，看懂流程，了解實驗的大體過程。 2、關(guān)閉所有閥門，啟動水泵，緩慢開啟上水閥門，使上位水箱保持恒定液位，溢流管中有一定量的溢流。 3、開啟能量方程管進(jìn)口閥門（即流量調(diào)節(jié)閥）及下游各閥門，使水流流過能量方程試驗段。對試驗管段及各斷面處的測壓管進(jìn)行排氣調(diào)整，并注意隨時調(diào)整上水閥門使高位水箱液位保持恒定。 4、測定流量，記錄各測量斷面測管的高度，填入表中。 5、改變閥門開度，調(diào)節(jié)流量，測定幾組流量和水頭高度，填入表中。 6、關(guān)閉，停泵。,四、注意事項,1、實驗過程中，要經(jīng)常觀察高位水箱的恒流情況，隨時調(diào)整上水閥門，保證液位恒定。 2、測壓管中液位要適中，方便讀數(shù)。 3、流量調(diào)節(jié)要緩慢平穩(wěn)，測點并盡量拉開。 4、備好記錄紙，分工明確，讀數(shù)仔細(xì)準(zhǔn)確。,五、數(shù)據(jù)記錄及計算項目表,表3-1 數(shù)據(jù)記錄表,六、思考題,1、為什么實際流體的總水頭線是沿流向逐漸降低的？ 2、在調(diào)節(jié)流量時，沿能量方程試驗段，請問哪根測管內(nèi)的液面變動最大，試分析原因？ 3、根據(jù)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，并結(jié)合實驗結(jié)果，繪制某一流量下能量方程管段的測壓管水頭線和總水頭線。,實驗四 沿程阻力實驗,一、實驗?zāi)康?1、研究穩(wěn)定狀態(tài)下均勻流動時壓力管中水流沿程阻力的變化規(guī)律。 2、管道阻力的類型和計算方法，了解阻力系數(shù)在不同的流態(tài)，不同雷諾數(shù)下的變化情況。 3、學(xué)會測定管道沿程阻力系數(shù)的方法。,二、實驗原理,1、沿程水頭損失與流速的關(guān)系 對沿程阻力兩測點的斷面列伯努利方程 因?qū)嶒灩芏嗡?，且為均勻流動，所?由此得 即管路兩點的沿程水頭損失等于測壓管水頭差。 由此式求得沿程水頭損失，同時根據(jù)實測流量計算平均流速，將所得和數(shù)據(jù)繪在對數(shù)坐標(biāo)紙上，就可確定沿程水頭損失與平均流速的關(guān)系。,2、沿程阻力系數(shù)的測定 由上面的分析可以得到： 由達(dá)西公式： 用體積法測得流量，并計算出斷面平均流速，即可求得沿程阻力系數(shù)：,三、實驗裝置,管道阻力實驗裝置如圖所示：,圖4-1 管道阻力實驗裝置,四、實驗步驟,1、熟悉裝置、原理、流程。 2、調(diào)整流程，檢查壓差計，排氣、調(diào)平衡。 3、調(diào)節(jié)尾閥，待管道流量穩(wěn)定后，測定流量，記下壓差計讀數(shù)。流量可通過磅秤、水桶、秒表，求出體積流量。 4、改變尾閥的開度，調(diào)節(jié)流量，共測量10次，記錄壓差，測定流量。,五、數(shù)據(jù)記錄計算表格,表4-1 數(shù)據(jù)記錄表,六、