流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書講解

1、流休力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書1. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：1、實(shí)驗(yàn)名稱、學(xué)生姓名、班號(hào)、學(xué)號(hào)、組別和實(shí)驗(yàn)日期;2 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅? 、實(shí)驗(yàn)原理；4 、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備（含設(shè)備的構(gòu)造）；5、實(shí)驗(yàn)步驟；6注意事項(xiàng)；7 、實(shí)驗(yàn)原始記錄；8、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理與分析。數(shù)據(jù)的整理與分析包括：數(shù)據(jù)測(cè)量，數(shù)據(jù)分析及誤差分析2. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式見附件1。 紙張A3,正反打印。2實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容參考資料見附件 3. 附件1:實(shí)驗(yàn)操作部分 湖北工業(yè)大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告據(jù)，表格及數(shù)據(jù)處理 月 日2:實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程（可用圖表示）.指導(dǎo)老師實(shí)驗(yàn)名稱3:結(jié)論:實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)基本原理2：四、實(shí)驗(yàn)步驟年學(xué)院：成績(jī)學(xué)號(hào) 組號(hào)班級(jí) 姓名

2、 一：預(yù)習(xí)部分3 :主要儀器設(shè)備（含必要的元器件，工具）實(shí)驗(yàn)數(shù)專業(yè):一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙蠖?、?shí)驗(yàn)原理五、注意事項(xiàng)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)六、實(shí)驗(yàn)成:實(shí)驗(yàn)效果分析（包括儀器設(shè)備等使用效果）教七、誤差來(lái)源分析八、思考題師評(píng)指導(dǎo)教師 語(yǔ)日月年附件21.沿程水頭損失1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量管流的沿程水頭損失系數(shù)，繪制沿程水頭損失系數(shù)與雷諾數(shù)的變化曲線，并與尼古拉茲曲線相比較。1.2實(shí)驗(yàn)裝置圖1.1沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)裝置圖1.1是本實(shí)驗(yàn)裝置，它由水泵、實(shí)驗(yàn)管段、測(cè)壓計(jì)組成。流量的測(cè)量采用手工體積法，即將水接入量筒，用秒表記下接水時(shí)間，體積除以時(shí)間就得到流量?，F(xiàn)對(duì)各種裝置介紹如下：1. 供水器由離心泵、進(jìn)水閥、分流閥組成。離心式

3、水泵將水輸入實(shí)驗(yàn)管段。分流閥的作用是控制水泵的出水壓強(qiáng)，使之保持恒定。如果水泵的壓強(qiáng)較高，就必須開大分流閥，使實(shí)驗(yàn)段的流量、壓強(qiáng)降低。分流閥的開度如果合適，則測(cè)壓 管的液面保持合適的高度。如果分流閥開度過(guò)小，實(shí)驗(yàn)段的壓強(qiáng)就會(huì)很高，水柱就會(huì)沖岀管口。調(diào)試時(shí)，應(yīng)時(shí)刻注意分流閥的開度，避免測(cè)壓管的水柱沖岀。實(shí)驗(yàn)時(shí)，要合理調(diào)節(jié)分流閥和實(shí)驗(yàn)段的尾閥，才能得到合適的水流量。2. 實(shí)驗(yàn)管段為有機(jī)玻璃管道，管段的首、尾開設(shè)有測(cè)壓管，用以測(cè)量管流的壓差。3. 測(cè)壓計(jì)：液柱式壓差計(jì)由兩支玻璃測(cè)壓管1、2組成，其上部相接通，因而這種壓差計(jì)實(shí)際上是n形管壓差計(jì)。測(cè)壓管的高度只有500mm，只能測(cè)岀低于 500mm水柱

4、的壓差。1.3實(shí)驗(yàn)原理對(duì)于實(shí)驗(yàn)管段的兩個(gè)斷面應(yīng)用伯努利方程，則有2Vplhiii I f g2dghh的值就是兩支測(cè)壓管水柱的高差。管長(zhǎng)由壓差計(jì)測(cè)量。當(dāng)使用液柱式壓差計(jì)時(shí)，ff2Vdlg等于流量除，管徑=9.807m/s的值標(biāo)示在儀器的標(biāo)牌上，重力的速度取值為。速度以管道截面積，流 量則用手工體積法測(cè)量。1.4實(shí)驗(yàn)步驟1. 關(guān)閉進(jìn)水閥和分流閥。2. 接通電源，適度打開分流閥。緩慢打開水泵的進(jìn)水閥，使流量逐漸增大。3. 對(duì)管段進(jìn)行排氣。排氣是一件較為復(fù)雜的工作，需反復(fù)操作才能完成， 排氣工作完成后，連通膠管內(nèi)不再殘留氣泡，液柱式壓差計(jì)的兩支測(cè)壓管水柱在無(wú)流動(dòng)的情況下應(yīng)高度一致。4. 準(zhǔn)備工作完成

5、后，可測(cè)量流量：用量筒接水，記錄充水時(shí)間和沖水體積。本實(shí)驗(yàn)旨在測(cè)岀管流的尼古拉茲曲線。為了作岀此曲線，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于10個(gè)，其中，層h小于2cm管段的沿程水頭損失，3-4個(gè)測(cè)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，在層流情況下，流段應(yīng)有fh2cm的情況下應(yīng)布設(shè) 3-4因而,在個(gè)測(cè)點(diǎn)。f調(diào)節(jié)流量時(shí)，待水流穩(wěn)定 1-2分鐘才能讀數(shù)，流量愈小，穩(wěn)定時(shí)間愈長(zhǎng)。5. 記錄原始數(shù)據(jù)，即將測(cè)量流量所需的沖水體積和充水時(shí)間、水溫（水循環(huán)使用，水泵電機(jī)的熱會(huì)傳入水流中，導(dǎo)致水溫增高），測(cè)壓管讀數(shù)填入數(shù)據(jù)表中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)給岀。利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以及時(shí)計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想，可對(duì)某些測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重新測(cè)量。表1.1沿程損

6、失數(shù)據(jù)表.測(cè)體時(shí)水左水柱右水柱水頭損失速誤%差入 粘度數(shù)Re度流量hf高 高溫間積次23/cmcm/3 cm cm s C cm cm cm/s s s123456789101.5數(shù)據(jù)表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析Re曲線中。上表是數(shù)據(jù)記錄表，沿程水頭損失系數(shù)的實(shí)測(cè)值標(biāo)在圖1.2所示的Re的實(shí)驗(yàn)曲線圖1.21.6思考題1.f論能否h?如果實(shí)驗(yàn)管傾斜放置，此結(jié)為什么說(shuō)液柱式壓差計(jì)的水柱高度就是沿程水頭損失 成立？Re曲線的層流區(qū)、過(guò)渡區(qū)、有哪些實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布落在2.試分析你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，水力光滑區(qū)?2局部水頭損失實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量管流中突擴(kuò)管和突縮管的局部水頭損失，并確定局部損失系數(shù)。2.2實(shí)驗(yàn)裝置圖2.1局部

7、水頭損失實(shí)驗(yàn)裝置圖5.1所示的局部水頭損失試驗(yàn)儀，由水泵、穩(wěn)壓水箱、實(shí)驗(yàn)管段、局部損失(截面突擴(kuò)、截面 突縮)管件、10支測(cè)壓管、回水箱組成。本實(shí)驗(yàn)用手工體積法測(cè)量管流的流量。10支測(cè)壓管中，有些是用于測(cè)量局部水頭損失，有些則用于演示管流中水流靜壓的變化情況。2.3實(shí)驗(yàn)原理對(duì)局部損失管件的上、下游某斷面應(yīng)用伯努利方程，就可以求得局部水頭損失，現(xiàn)分別予以說(shuō)明 突擴(kuò)管：用測(cè)壓管 2,5測(cè)量其所在截面的壓差，測(cè)壓管 2,5所在截面(相應(yīng)的流動(dòng)參數(shù)分別用下 標(biāo)2,5表示)的伯努利方程為222VVV 552hh( 2.1)高度和水流平均速度。速度等于和和、式中，52g2g2g2hVVh分別表示測(cè)壓管所在

8、斷面的水柱2255。水柱高度可直接讀取，流量除以管道截面積，這樣，由上式很容易求岀局部水頭損失系數(shù)22 2g(Vh h)V 5252(2.2)2V5的經(jīng)驗(yàn)公式為:A25 ) ( 1(2.3)A2將經(jīng)驗(yàn)值和實(shí)測(cè)值相比較，就可以確定測(cè)量誤差。突縮管：使用測(cè)壓管7,9測(cè)量突縮管上、下游的壓差，相應(yīng)的伯努利方程是222VVV 997 h h(2.4)97g2g22ghhVV分別表示測(cè)壓管所在斷面的水柱高度和水流平均速度。速度等于、式中，和和9797流量除以管道截面積，水柱高度可直接讀取，因而突縮管的局部損失系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值為：22 2g(Vh hV) 9977( 2.5)11i 2V9 突縮管的局部損失系

9、數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為 A9 ) .5(1 0(2.6)A比較實(shí)測(cè)值和經(jīng)驗(yàn)值，就可以計(jì)算測(cè)量誤差。hhhh。共測(cè)量5組數(shù)據(jù)。、測(cè)量?jī)?nèi)容：流量(用體積法)，29572.4實(shí)驗(yàn)步驟1. 關(guān)閉進(jìn)水閥和分流閥。2. 啟動(dòng)水泵。打開進(jìn)水閥，向水箱充水，同時(shí)稍微打開尾閥，使水流穩(wěn)定。如果流量太大，則再開大分流閥，使水流向回水箱。3. 觀察管道中，測(cè)壓管內(nèi)是否岀現(xiàn)氣泡，若有氣泡，應(yīng)設(shè)法排除。4. 調(diào)節(jié)尾閥，待水流穩(wěn)定后，記錄各測(cè)壓管的讀數(shù)。5. 用量筒和秒表測(cè)量流量。注意：對(duì)于突擴(kuò)管，讀取測(cè)壓管2,5的水柱高度。對(duì)于突縮管，讀取測(cè)壓管7,9的水柱高度，其他的測(cè)壓管用于演示壓強(qiáng)變化情況。6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉進(jìn)水閥和

10、分流閥。關(guān)閉水泵，切斷電源。2.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計(jì)算各種數(shù)據(jù)。只要將流量，測(cè)壓管水柱高度填入表格，系統(tǒng)自動(dòng)算岀各種局部損失系數(shù)，并給出誤差，詳見表2.1.2.6思考題1. 數(shù)據(jù)表中為什么沒(méi)有計(jì)算雷諾數(shù)？2. 當(dāng)測(cè)壓管、實(shí)驗(yàn)管段岀現(xiàn)氣泡時(shí)，你如何將其排除？3. 如果用測(cè)壓管2,3的水柱高度計(jì)算突擴(kuò)管的局部水頭損失，將會(huì)岀現(xiàn)什么樣的誤差？表2.1局部損失數(shù)據(jù)表.測(cè)體時(shí)水h2h5h7h9流突擴(kuò)突擴(kuò)管誤突縮突縮管誤/scmccm%sc%cmcm123453文丘里流量計(jì)、孔板流量計(jì)的標(biāo)定試驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量文丘里流量計(jì)和孔板流量計(jì)的流量系數(shù)。3.2實(shí)驗(yàn)裝置圖3.1是本實(shí)儀置，它又水泵、實(shí)

11、驗(yàn)管段、測(cè)壓計(jì)組成。流量的測(cè)量采用手工體積法，即將接水接入量筒，用秒表記下接水時(shí)間，體積除以時(shí)間就是流量?，F(xiàn)對(duì)裝置介紹如下：1. 供水器由離心泵、進(jìn)水閥、分流閥組成。離心式水泵將水輸入穩(wěn)壓水箱。分流閥的作用是控制水泵的出水壓強(qiáng)，使之保持恒定。如果水泵的壓強(qiáng)較高，穩(wěn)壓水箱的水面就岀現(xiàn)波動(dòng)，此時(shí)應(yīng)開大分流閥，使壓強(qiáng)降低，波動(dòng)消失。，圖3.1文丘里流量計(jì)、孔板流量計(jì)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置2. 文丘里流量計(jì)和孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)和孔板流量計(jì)安裝在實(shí)驗(yàn)管段上。圖3.2是文丘里流量計(jì)。測(cè)壓管 1、3用于測(cè)量文丘里流量計(jì)的壓差，其他測(cè)壓管用于演示文丘里管的壓強(qiáng)變化。圖3.3是孔板流量計(jì)，其壓差用測(cè)壓管8 9測(cè)量。.

12、孔板流量計(jì)3.3圖文丘里流量計(jì) 3.2圖即在管流中接入文丘里管或安裝一塊文丘里流量計(jì)和孔板流量計(jì)都屬于節(jié)流式流量計(jì)?？装澹瑥?qiáng)制地改變局部地方的管流速度和壓強(qiáng)，測(cè)量其壓差就可以計(jì)算管道流量。，折角處圓滑，盡量接30 文丘里流量計(jì)由收縮段、喉部、擴(kuò)散段組成。收縮角為20流動(dòng)可視此處的流線曲率半徑相當(dāng)大，近流線型。喉部是文丘里流量計(jì)的斷面最小的部位，。為緩變流，擴(kuò)散角一般為515 這個(gè)內(nèi)孔迫孔板上開設(shè)一個(gè)內(nèi)孔，孔板流量計(jì)是一塊外徑與管道內(nèi)徑相同的不銹鋼板。使過(guò)流斷面突然變小，流蘇變大，壓強(qiáng)降低。稱為要預(yù)先測(cè)量它們的流量系數(shù)，文丘里管和孔板都是測(cè)量流量的儀器，在使用之前，流量計(jì)的標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)原理3.31

13、,3中所示的測(cè)壓管為了計(jì)算管道的流量，在管道中安裝一個(gè)文丘里流量計(jì)。對(duì)于圖3.2所在斷面應(yīng)用伯努利方程，則有22VpVp 3311)( 3.134)d1 (d/13 )h p hg(p利用測(cè)壓管的水柱高差表示壓差，則有，于是3311 )hh 2g(31 V 3.3)34)d1 (/d13流量的表達(dá)式可上面的計(jì)算中沒(méi)有考慮粘性的影響，因此，速度與截面積相乘就得到流量，修正為2 2g(h hd)313AVQ(3.4) 3344)(1 d/d13式中，卩稱為文丘里管的流量系數(shù)，工藝精良的文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)卩達(dá)0.99以上。利用孔板裝置也可以測(cè)量管道的流量。如圖3.3所示，流體受到孔板的節(jié)制，在孔

14、板的下游形成一股射流，圖中的斷面 C是射流喉部，對(duì)斷面 8和斷面C應(yīng)用伯努利方程。22VpVpc8c8(3.5) i g2gg2gVA VA，則得到射流喉部的流速為管道面積)利用連續(xù)性方程A (，C88C/)p p2(c8 V( 3.6)c2)/A1 (Ac小于孔口面積 A即，用A表示孔板的孔口截面積，顯然，射流喉部面積 Aoco A A )( 3.7( 1) 0c稱為射流喉部的截面收縮系數(shù)。p喉部的壓強(qiáng)不能直接測(cè)岀，一般用管壁上的靜壓代替。9 ) p hg(hp ( 3.8 )9C88射流喉部的速度為)h2g(h98 V 3.9)( C2 )/ 1(AA0 AAV VAQ A是孔的面積，流量

15、，式中是管道截面積。0CCC0 A2g(h hQ )(3.10 ) 9082 )/A(1 A0引入流量系數(shù)，則A2g(h Q h)(3.1 1 )908的取值除了受到粘性的影響之外，還取決于孔口面積與管道面積的顯然，流量系數(shù)A/A。比值0 Q，讀取標(biāo)定文丘里流量計(jì)或孔板流量計(jì)的流量系數(shù)的方法是：用體積法測(cè)岀流量 的值。)確定 測(cè)壓管的液柱高差。利用式(3.4)或式(實(shí)驗(yàn)步驟1. 排除測(cè)壓管的氣體啟動(dòng)水泵，向水箱充水，關(guān)閉尾閥。此時(shí)，各測(cè)壓管的液面應(yīng)該平齊。如果不平齊，則在測(cè)壓管內(nèi)存在氣泡，應(yīng)設(shè)法將其排除。2. 合理調(diào)節(jié)進(jìn)水閥、分流閥、尾閥，使流量穩(wěn)定，測(cè)壓管的液面高度適中。記錄各測(cè)壓管的液柱高

16、度。3. 用體積法測(cè)量管流的流量。流量要求改變6次。改變流量時(shí)，要等待3-5分鐘，水流穩(wěn)定后方可讀數(shù)。測(cè)量數(shù)據(jù)：流量(體積 /時(shí)間)，4支測(cè)壓管的水柱高度：h,h,h,h。共測(cè)量5組數(shù)據(jù)。91383.5數(shù)據(jù)表實(shí)驗(yàn)值，=0.9760.99是數(shù)據(jù)記錄表，由表中看岀，文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)，3.1表.取) 中,，而變化較大。另外，孔板的流量系數(shù)可以進(jìn)行估算。例如，在式(2 p)D/A (dA代。此外，還應(yīng)考慮粘性的影響，用=0.6603，因而，式(3.11)中的90 p=0.6273。可以看岀，孔板的流量系數(shù)替 0.95也影響，則的值。因此，再乘一個(gè)系數(shù)c與實(shí)測(cè)值也有較大誤差。產(chǎn)生誤差的原因，主要是

17、測(cè)壓管讀數(shù)不夠精確。一方面，高度讀數(shù)刻度只精確到mm，而且用人工判讀也產(chǎn)生誤差。此外，水柱液面常發(fā)生波動(dòng)，其高度不易確定。3.6 思考題的值可能大于1嗎？ 1.取值的因素有哪些？影響2.3請(qǐng)推導(dǎo)式(3.10)4. 請(qǐng)仔細(xì)觀察孔板流量計(jì)。在射流喉部處是否裝有測(cè)壓管？測(cè)壓管裝在喉部的上游還是下游? 這樣做會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生哪些影響？表3.1文丘里流量計(jì)、孔板流量計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表測(cè)次體積時(shí)間h1 h3 h8 h9流量文丘里流量系數(shù)孔板流量系數(shù)33 口 cm cm cm cm cm s cm/s 口 124雷諾實(shí)驗(yàn)4.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察紅色液線所演示的流態(tài)。2. 測(cè)量管流的沿程水頭損失，繪制沿程水頭損失與

18、管流速度的對(duì)數(shù)曲線，并確定管流臨界雷諾 數(shù)。4.2實(shí)驗(yàn)裝置.圖4.1雷諾實(shí)驗(yàn)裝置圖4.1的實(shí)驗(yàn)裝置由水泵、穩(wěn)壓水箱、實(shí)驗(yàn)管段、紅色液線注射器、測(cè)壓計(jì)組成。穩(wěn)壓水箱向管 道提供恒定水流。管段的壓強(qiáng)差用測(cè)壓計(jì)測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)用量筒和秒表測(cè)流量。4.3 實(shí)驗(yàn)原理對(duì)于圖4.1的兩個(gè)測(cè)壓孔所在斷面1-1,2-2應(yīng)用伯努利方程，則有p p21 h(4.4)22VppV221 吃z h (4.1) .f21 g22ggg管段水平放置，流速處處相同，因而(4.2) f g。即：用測(cè)壓管測(cè)量壓差p-p21 g(h h p p)(4.3) 2211h hh21f沖水小流量的測(cè)量比較費(fèi)時(shí)。秒表測(cè)量。流量用量筒、管流速度

19、等于流量除以截面積。 時(shí)間往往超過(guò)1分鐘?？梢圆橛?jì)算管流雷諾數(shù)時(shí)，需用到水的運(yùn)動(dòng)粘度。運(yùn)動(dòng)粘度與水溫有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)用溫度計(jì)測(cè)量表，也可以用經(jīng)驗(yàn)公式求 ：水溫，水的運(yùn)動(dòng)粘度 610.775 1（ 4.5）201 2t單位是C, /s的單位是 m。式中，水溫hh與V與流態(tài)有關(guān)，層流時(shí)， 沿程水頭損失的一次方成正比，紊流的值與速度 Vffhhloglogvi.752.0次方成正比，將實(shí)測(cè)值標(biāo)在對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。如如果時(shí)，與V的ff實(shí)驗(yàn)曲線斜率為 45,則說(shuō)明流態(tài)為層流，否則為紊流。值得注意的是，流量從小變大的曲線與流量從大變小的曲線是不重合的。4.4 實(shí)驗(yàn)步驟1. 啟動(dòng)水泵，向水箱流水，待水位穩(wěn)定后才全開

20、尾閥，以便沖洗管道，排除管內(nèi)氣體。2. 排除測(cè)壓計(jì)內(nèi)的氣泡。3. 微微打開尾閥，使流量盡量地小。觀察紅色液線的形狀，判別流態(tài)。記錄測(cè)壓管水柱高度。 測(cè)量流量。層流時(shí)，水流大穩(wěn)定狀態(tài)所用的時(shí)間往往比較長(zhǎng)，要耐心等待。4. 稍微調(diào)大流量，觀察紅色液線的形狀，測(cè)量數(shù)據(jù)。然后進(jìn)一步調(diào)大流量，水流速度從小變大，流態(tài)從層流變?yōu)槲闪?。層流的?shí)驗(yàn)點(diǎn)不少于4點(diǎn)。紊流的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)約為4-5個(gè)。5. 當(dāng)流量達(dá)到最大值之后，慢慢關(guān)小尾閥，使流速?gòu)拇笞冃。鲬B(tài)從紊流變?yōu)閷恿?。改變流?時(shí)，待水流穩(wěn)定后，測(cè)量流量，記錄測(cè)壓計(jì)液柱讀數(shù)。6. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，流量從小變大。當(dāng)流量達(dá)到最大值以后，再將流量逐漸變小。請(qǐng)嚴(yán)格按照此順序調(diào)節(jié)流量。流量不可時(shí)大時(shí)小，也不能將流量先由大變小，再由小變大。