現(xiàn)開(kāi)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、（一）不可壓縮流體恒定流能量方程（伯諾里方程）實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、驗(yàn)證流體恒定總流的能量方程；2、通過(guò)對(duì)動(dòng)水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析研討，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；3、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)技能。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖1.1所示。圖1.1 自循環(huán)伯諾里方程實(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(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。說(shuō) 明：本儀器測(cè)壓管有兩種：1、畢托管測(cè)壓管（表1.1中標(biāo)*的測(cè)壓管），用以測(cè)讀

2、畢托管探頭對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)的總水頭，須注意一般情況下與斷面總水頭不同（因一般），它的水頭線只能定性表示總水頭變化趨勢(shì)；2、普通測(cè)壓管（表2.1未標(biāo)*者），用以定量量測(cè)測(cè)壓管水頭。實(shí)驗(yàn)流量用閥13調(diào)節(jié)，流量由體積時(shí)間法（量筒、秒表另備）、重量時(shí)間法（電子稱另備）或電測(cè)法測(cè)量（以下實(shí)驗(yàn)類同）。三、實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取個(gè)過(guò)水?dāng)嗝?。可以列出進(jìn)口斷面（1）至另一斷面的能量方程式取，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測(cè)壓管中讀出值，測(cè)出通過(guò)管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速及，從而即可得到各斷面測(cè)壓管水頭和總水頭。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，分清哪些測(cè)壓管是普通測(cè)壓管，哪些是畢托管測(cè)壓管，以及兩

3、者功能的區(qū)別。2、打開(kāi)開(kāi)關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，檢查調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后所有測(cè)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。4、打開(kāi)閥13，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（畢托管供演示，不必測(cè)記讀數(shù)）。5、改變流量2次，重復(fù)上述測(cè)量。其中一次閥門開(kāi)度大到使19號(hào)測(cè)管液面接近標(biāo)尺零點(diǎn)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理與要求1.有關(guān)常數(shù)記錄表均勻段D1= cm 縮管段D2= cm 擴(kuò)管段D3= cm水箱液面高程0= cm 上管到軸線高程z= cm測(cè)點(diǎn)編號(hào)1*23456*78*9101112*1314*1516*1718*19管徑

4、1.371.371.371.371.001.371.371.371.372.001.37兩點(diǎn)間距4466413.561019.51616注：（1）打“*”者為畢托管測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)編號(hào)見(jiàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)或儀器）； （2）2、3為直管均勻流段同一斷面上的二個(gè)測(cè)點(diǎn)，10、11為彎管非均勻流同一斷面上的二個(gè)測(cè)點(diǎn)。 （3）測(cè)點(diǎn)6、7所在的斷面內(nèi)徑為D2，測(cè)點(diǎn)16、17為D3，余下均為D12.測(cè)記數(shù)值表（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）測(cè)點(diǎn)編號(hào)2345791113151719流量次數(shù)123注：測(cè)點(diǎn)編號(hào)任意選取8個(gè)測(cè)點(diǎn)。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E-E和測(cè)壓管水頭線P-P（軸向尺寸參見(jiàn)圖

5、1.2，總水頭線和測(cè)壓管水頭先可以繪制在圖1.2上）。提示：1.P-P線依表1.2數(shù)據(jù)繪制，其中測(cè)點(diǎn)10、11、13數(shù)據(jù)不用。2.E-E線依表1.3（2）數(shù)據(jù)繪制，其中測(cè)點(diǎn)10、11數(shù)據(jù)不用。3.在等直徑管段E-E和P-P線平行。圖1.2六、結(jié)果分析與討論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. 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）的處形成真空有幾種技術(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.畢托管所顯示的總水頭線與實(shí)測(cè)繪制的總水頭線一般都略有差異，試分析

6、其原因。附件：計(jì)算數(shù)值表1.31.流速水頭計(jì)算表管徑流量 流量 流量 2.總水頭 單位：cm測(cè)點(diǎn)編號(hào)2345791113151719流量次數(shù)123（三）不可壓縮流體恒定流動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?.驗(yàn)證不可壓縮流體恒定流的動(dòng)量方程；2.通過(guò)對(duì)動(dòng)量與流速、流量、出射角度、動(dòng)量矩等因素間相關(guān)性的分析研討，進(jìn)一步掌握流體動(dòng)力學(xué)的動(dòng)量守恒定理；3.了解活塞式動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)儀原理、構(gòu)造，并進(jìn)一步啟發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖3.1所示。圖3.1 動(dòng)量定律實(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(wú)級(jí)調(diào)速器；4.水位調(diào)節(jié)閥；5.恒壓水箱；6.管嘴；7.集水箱；8.帶

7、活塞的測(cè)壓管；9.帶活塞和翼片的抗沖平板；10.上回水管。自循環(huán)供水裝置1由離心式水泵和蓄水箱組合而成。水泵的開(kāi)啟、流量大小的調(diào)節(jié)均由調(diào)速器3控制。水流經(jīng)供水管供給恒壓水箱5，溢流水經(jīng)回水管流回蓄水箱。流經(jīng)管嘴6的水流形成射流，沖擊帶活塞和翼片的抗沖平板9，并以與入射角成90°的方向離開(kāi)抗沖平板。抗沖平板在射流沖力和測(cè)壓管8中的水壓力作用下處于平衡狀態(tài)?；钊涡乃羁捎蓽y(cè)壓管8測(cè)得，由此可求得射流的沖力，即動(dòng)量力。沖擊后的棄水經(jīng)集水箱7匯集后，再經(jīng)上回水管10流出，最后經(jīng)漏斗和下回水管流回蓄水箱。為了自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)壓管內(nèi)的水位，以使帶活塞的平板受力平衡并減小摩擦阻力對(duì)活塞的影響，本實(shí)驗(yàn)裝

8、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)，其構(gòu)造如下：帶活塞和翼片的抗沖平板9和帶活塞套的測(cè)壓管8如圖3.2所示，該圖是活塞退出活塞套時(shí)的分部件示意圖。活塞中心設(shè)有一細(xì)導(dǎo)水管，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。在平板上設(shè)有翼片，活塞套上設(shè)有窄槽。圖3.2 圖3.3工作時(shí)，在射流沖擊力作用下，水流經(jīng)導(dǎo)水管向測(cè)壓管內(nèi)加水。當(dāng)射流沖擊力大于測(cè)壓管內(nèi)水柱對(duì)活塞的壓力時(shí)，活塞內(nèi)移，窄槽關(guān)小，水流外溢減少，使測(cè)壓管內(nèi)水位升高，水壓力增大。反之，活塞外移，窄槽開(kāi)大，水流外溢增多，測(cè)管內(nèi)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，即可以到射流沖擊力和水壓力的平衡狀態(tài)

9、。這時(shí)活塞處在半進(jìn)半出、窄槽部分開(kāi)啟的位置上，過(guò)流進(jìn)測(cè)壓管的水量和過(guò)外溢的水量相等。由于平板上設(shè)有翼片b，在水流沖擊下，平板帶動(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。為驗(yàn)證本裝置的靈敏度，只要在實(shí)驗(yàn)中的恒定流受力平衡狀態(tài)下，人為地增減測(cè)壓管中的液位高度，可發(fā)現(xiàn)即使改變量不足總液柱高度的±5（約0.51mm），活塞在旋轉(zhuǎn)下亦能有效地克服動(dòng)摩擦力而作軸向位移，開(kāi)大或減小窄槽，使過(guò)高的水位降低或過(guò)低的水位提高，恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。這表明該裝置的靈敏度高達(dá)0.5%，亦即活塞軸向動(dòng)摩擦力不足總動(dòng)量力的5。三、實(shí)驗(yàn)原理恒定總流動(dòng)量方程為取脫離體如圖3.3所示，因滑動(dòng)摩擦阻力水平分力

10、，可忽略不計(jì)，故方向的動(dòng)量方程化為即 式中：作用在活塞形心處的水深；活塞的直徑；射流流量；射流的速度；動(dòng)量修正系數(shù)。實(shí)驗(yàn)中，在平衡狀態(tài)下，只要測(cè)得流量和活塞形心水深，由給定的管嘴直徑和活塞直徑，代入上式，便可率定射流的動(dòng)量修正系數(shù)值，并驗(yàn)證動(dòng)量定律。其中，測(cè)壓管的標(biāo)尺零點(diǎn)已固定在活塞的園心處，因此液面標(biāo)尺讀數(shù)，即為作用在活塞圓心處的水深。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、準(zhǔn)備 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱、結(jié)構(gòu)特征、作用性能，記錄有關(guān)常數(shù)。2、開(kāi)啟水泵 打開(kāi)調(diào)速器開(kāi)關(guān)，水泵啟動(dòng)23分鐘后，關(guān)閉23秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣。3、調(diào)整測(cè)壓管位置 待恒壓水箱滿頂溢流后，松開(kāi)測(cè)壓管固定螺絲，調(diào)整方位，

11、要求測(cè)壓管垂直、螺絲對(duì)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。4、測(cè)讀水位 標(biāo)尺的零點(diǎn)已固定在活塞園心的高程上。當(dāng)測(cè)壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記下測(cè)壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即值。5、測(cè)量流量 用體積法或重量法測(cè)流量；若用電測(cè)儀測(cè)流量時(shí)，則須在儀器量程范圍內(nèi)。每組流量均需重復(fù)測(cè)三次再取均值。6、改變水頭重復(fù)實(shí)驗(yàn) 逐次打開(kāi)不同高度上的溢水孔蓋，改變管嘴的作用水頭。調(diào)節(jié)調(diào)速器，使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后，按35步驟重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。7、驗(yàn)證對(duì)的影響 取下平板活塞，使水流沖擊到活塞套內(nèi)，調(diào)整好位置，使反射水流的回射角度一致，記錄回射角度的目估值、測(cè)壓管作用水深和管嘴作用水頭。五、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄1.有關(guān)常數(shù)

12、記錄表管嘴內(nèi)徑 活塞直徑 2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）測(cè)量次數(shù)作用在活塞圓心處的水深 射流流量123六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算表1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算表測(cè)量次數(shù)射流流速 動(dòng)量修正系數(shù)123七、實(shí)驗(yàn)誤差分析1、實(shí)測(cè)與公認(rèn)值(=1.021.05)符合與否？如不符合，試分析原因。2、帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對(duì)分析射流沖擊無(wú)翼片的平板沿x方向的動(dòng)量力有無(wú)影響？為什么？3、通過(guò)細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與相同，試問(wèn)對(duì)以上受力分析有無(wú)影響？4、滑動(dòng)摩擦力為什么可以忽略不記？試用實(shí)驗(yàn)來(lái)分析驗(yàn)證的大小，記錄觀察結(jié)果。(提示：平衡時(shí)，向測(cè)壓管內(nèi)加入或取出1mm左右深的水，觀察活塞及液位的變化)5、若不

13、為零，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)什么影響？試結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟7的結(jié)果予以說(shuō)明。（四）畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.通過(guò)對(duì)管嘴淹沒(méi)出流點(diǎn)流速及點(diǎn)流速系數(shù)的測(cè)量，掌握用畢托管測(cè)量點(diǎn)流速的技能；2.了解普朗特型畢托管的構(gòu)造和適用性，并檢驗(yàn)其量測(cè)精度，進(jìn)一步明確傳統(tǒng)流體力學(xué)量測(cè)儀器的現(xiàn)實(shí)作用。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖4.1所示。圖4.1畢托管實(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(wú)級(jí)調(diào)速器；4.水位調(diào)節(jié)閥；5.恒壓水箱；6.管嘴7.畢托管；8.尾水箱與導(dǎo)軌；9.測(cè)壓管；10.測(cè)壓計(jì)；11.滑動(dòng)測(cè)量尺（滑尺）；12.上回水管。說(shuō) 明：經(jīng)淹沒(méi)管嘴6，將高低水箱水位差的位能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，并用畢托管測(cè)出

14、其點(diǎn)流速值。測(cè)壓計(jì)10的測(cè)壓管1、2用以測(cè)量低水箱位置水頭，測(cè)壓管3、4用以測(cè)量畢托管的全壓水頭和靜壓水頭，水位調(diào)節(jié)閥4用以改變測(cè)點(diǎn)的流速大小。圖 4.2 畢托管結(jié)構(gòu)示意圖三、實(shí)驗(yàn)原理圖4.3 畢托管測(cè)速原理圖 （4.1）式中：畢托管測(cè)點(diǎn)處的點(diǎn)流速；畢托管的校正系數(shù)；畢托管全壓水頭與靜水壓頭差。 （4.2）聯(lián)解上兩式可得 （4.3）式中：測(cè)點(diǎn)處流速，由畢托管測(cè)定；測(cè)點(diǎn)流速系數(shù)；管嘴的作用水頭。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、準(zhǔn)備 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱、作用性能，搞清構(gòu)造特征、實(shí)驗(yàn)原理。用醫(yī)塑管將上、下游水箱的測(cè)點(diǎn)分別與測(cè)壓計(jì)中的測(cè)管1、2相連通。將畢托管對(duì)準(zhǔn)管嘴，距離管嘴出口處約23cm，上緊固定螺絲

15、。2、開(kāi)啟水泵 順時(shí)針打開(kāi)調(diào)速器開(kāi)關(guān)3，將流量調(diào)節(jié)到最大。3、排氣 待上、下游溢流后，用吸氣球（如醫(yī)用洗耳球）放在測(cè)壓管口部抽吸，排除畢托管及各連通管中的氣體，用靜水匣罩住畢托管，可檢查測(cè)壓計(jì)液面是否齊平，液面不齊平可能是空氣沒(méi)有排盡，必須重新排氣。4、測(cè)記各有關(guān)常數(shù)和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，填入實(shí)驗(yàn)表格。5、改變流速 操作調(diào)節(jié)閥4并相應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)速器3，使溢流量適中，共可獲得三個(gè)不同恒定水位與相應(yīng)的不同流速。改變流速后，按上述方法重復(fù)測(cè)量。6、完成下述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：（1）分別沿垂向和沿流向改變測(cè)點(diǎn)的位置，觀察管嘴淹沒(méi)射流的流速分布；（2）在有壓管道測(cè)量中，管道直徑相對(duì)畢托管的直徑在610倍以內(nèi)時(shí)，誤差在25%以上

16、，不宜使用。試將畢托管頭部伸入到管嘴中，予以驗(yàn)證。7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，按上述3的方法檢查畢托管比壓計(jì)是否齊平。六、實(shí)驗(yàn)分析與討論1. 利用測(cè)壓管測(cè)量點(diǎn)壓強(qiáng)時(shí)，為什么要排氣？怎樣檢驗(yàn)排凈與否？2. 畢托管的壓頭差h和管嘴上下游水位差H 之間的大小關(guān)系怎樣？為什么？3. 所測(cè)的流速系數(shù)說(shuō)明了什么？4. 據(jù)激光測(cè)速儀檢測(cè)，距孔口2-3 cm軸心處，其點(diǎn)流速系數(shù)為0.996，試問(wèn)本實(shí)驗(yàn)的畢托管精度如何？如何率定畢托管的矯正系數(shù)c ？5. 普朗特畢托管的測(cè)速范圍為0.2-2m/ s，流速過(guò)小過(guò)大都不宜采用，為什么？另測(cè)速時(shí)要求探頭對(duì)正水流方向(軸向安裝偏差不大于10 度)，試說(shuō)明其原因（低流速可用傾斜壓差計(jì)

17、）。6. 為什么在光、聲、電技術(shù)高度發(fā)展的今天，仍然常用畢托管這一傳統(tǒng)的流體測(cè)速儀器？（五）雷諾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、觀察層流、紊流的流態(tài)及其轉(zhuǎn)換特征；2、測(cè)定臨界雷諾數(shù)，掌握?qǐng)@管流態(tài)判別準(zhǔn)則；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)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖5.1所示：圖5.1 自循環(huán)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(wú)級(jí)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)管道； 9實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥。供水流量由無(wú)級(jí)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。本恒壓水箱還設(shè)有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水

18、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(kāi)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。三、實(shí)驗(yàn)原理 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、觀察兩種流態(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)變到紊流的水力特征，待管中出現(xiàn)完全紊流后，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥，觀察由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯乃μ卣鳌?、測(cè)定下臨界雷諾數(shù)。（1）將調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，使管中呈完全紊流，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥使流量減小。當(dāng)流量調(diào)

19、節(jié)到使顏色水在全管剛呈現(xiàn)出一穩(wěn)定直線時(shí)，即為下臨界狀態(tài)；（2）待管中出現(xiàn)下臨界狀態(tài)時(shí)，用體積法或電測(cè)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)，并與公認(rèn)值（2320）比較，偏離過(guò)大，需重測(cè)；（4）重新打開(kāi)調(diào)節(jié)閥，使其形成完全紊流，按照上述步驟重復(fù)測(cè)量不少于三次；（5）同時(shí)用水箱中的溫度計(jì)測(cè)記水溫，從而求得水的運(yùn)動(dòng)粘度。注意：a、每調(diào)節(jié)閥門一次，均需等待穩(wěn)定幾分鐘；b、關(guān)小閥門過(guò)程中，只許漸小，不許開(kāi)大；c、隨出水流量減小，應(yīng)適當(dāng)調(diào)小開(kāi)關(guān)（右旋），以減小溢流量引發(fā)的擾動(dòng)。4、測(cè)定上臨界雷諾數(shù)逐漸開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥，使管中的水流由層流過(guò)渡到紊流，當(dāng)顏料有色水線剛開(kāi)始散開(kāi)時(shí)候，即為上臨界雷諾數(shù)，測(cè)定上臨

20、界雷諾數(shù)12次。五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與要求1.記錄、計(jì)算有關(guān)常數(shù)管徑：d= cm； 水溫：t= ；計(jì)算常數(shù)：K= s/cm3。運(yùn)動(dòng)粘度：v=0.01775/（1+0.0377t+0.000221t2）= cm2/s2.整理、記錄計(jì)算表實(shí)驗(yàn)次數(shù)顏色水線形態(tài)水體積V（cm3）時(shí)間T（s）流量Q（cm3/s）雷諾數(shù)Re閥門開(kāi)度增減備注123456實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)（平均值）Rec=注：顏色水形態(tài)：穩(wěn)定直線、 穩(wěn)定略彎曲、直線擺動(dòng)、直線抖動(dòng)、斷續(xù)、完全散開(kāi)等六 實(shí)驗(yàn)分析與討論1.流態(tài)判斷依據(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)作為層流與紊流的判斷依據(jù)？實(shí)測(cè)

21、下臨界雷諾數(shù)是多少？3.雷諾實(shí)驗(yàn)得出的圓管流動(dòng)下臨界雷諾數(shù)為2320，而目前有些教科書(shū)中介紹采用的下臨界雷諾數(shù)是2000，原因何在？4.試結(jié)合紊流機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察，分析有層流過(guò)渡到紊流的機(jī)理何在？5.分析層流和紊流在運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力學(xué)特性方面各有何差異？（七）沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、加深了解圓管層流和紊流的沿程水頭損失隨平均流速變化的規(guī)律，繪制曲線；2、掌握管道沿程阻力系數(shù)的量測(cè)技術(shù)和應(yīng)用氣水壓差計(jì)及電測(cè)儀測(cè)量壓差的方法；3、將測(cè)得的關(guān)系值與莫迪圖對(duì)比，分析其合理性，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)成果分析能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖7.1所示圖7.1 自循環(huán)沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)裝置圖1自循環(huán)高壓恒定

22、全自動(dòng)供水器； 2實(shí)驗(yàn)臺(tái)； 3回水管； 4水壓差計(jì)； 6實(shí)驗(yàn)管道； 7水銀壓差計(jì)；8滑支測(cè)量尺； 9測(cè)壓點(diǎn)； 10實(shí)驗(yàn)流旱調(diào)節(jié)閥； 11供水管與供水閥； 12旁通管與旁通閥； 13穩(wěn)壓筒。根據(jù)壓差測(cè)法不同，有兩種方式測(cè)壓差：1、低壓差時(shí)用水壓差計(jì)量測(cè)；2、高壓差時(shí)用電子量測(cè)儀（簡(jiǎn)稱電測(cè)儀）量測(cè)。本實(shí)驗(yàn)裝置配備有：1、自動(dòng)水泵與穩(wěn)壓器自循環(huán)高壓恒定全自動(dòng)供水器由離心泵、自動(dòng)壓力開(kāi)關(guān)、氣水壓力罐式穩(wěn)壓器等組成。壓力超高時(shí)能自動(dòng)停機(jī)，過(guò)低時(shí)能自動(dòng)開(kāi)機(jī)。為避免因水泵直接向?qū)嶒?yàn)管道供水而造成的壓力波動(dòng)等影響，離心泵的輸水是先進(jìn)入穩(wěn)壓器的壓力罐，經(jīng)穩(wěn)壓后再送向?qū)嶒?yàn)管道。圖7.2 1.壓力傳感器； 2.排氣

23、旋鈕； 3.連接管； 4.主機(jī)2、旁通管與旁通閥由于本實(shí)驗(yàn)裝置所采用水泵的特性，在供小流量時(shí)有可能時(shí)開(kāi)時(shí)停，從而造成供水壓力的較大波動(dòng)，為了避免這種情況出現(xiàn)，供水器設(shè)有與蓄水箱直通的旁通管（圖中未標(biāo)出）。通過(guò)分流可使水泵持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。旁通管中設(shè)有調(diào)節(jié)分流量至蓄水箱的閥門，即旁通閥，實(shí)驗(yàn)流量隨旁通閥開(kāi)度減?。ǚ至髁繙p?。┒龃?。實(shí)際上旁通閥又是本裝置用以調(diào)節(jié)流量的重要閥門之一。3、穩(wěn)壓筒 為了簡(jiǎn)化排氣，并防止實(shí)驗(yàn)中再進(jìn)氣，在傳感器前連接由2只充水（不滿頂）之密封立筒構(gòu)成。4、電測(cè)儀 由壓力傳感器和主機(jī)兩部分組成 ，經(jīng)由連通管將其接入測(cè)點(diǎn)（圖7.2），壓差讀數(shù)（以厘米水柱為單位）通過(guò)主機(jī)顯示。三、

24、實(shí)驗(yàn)原理由達(dá)西公式 得 （7.1）另由能量方程對(duì)水平等直徑園管可得 （7.2）壓差可用壓差計(jì)或電測(cè)。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟準(zhǔn)備I 對(duì)照裝置圖和說(shuō)明，搞清各組成部件的名稱、作用及其工作原理；檢查蓄水箱水位是否夠高及旁通閥12是否已關(guān)閉。否則予以補(bǔ)水并關(guān)閉閥門；記錄有關(guān)實(shí)驗(yàn)常數(shù)：工作管內(nèi)徑和實(shí)驗(yàn)管長(zhǎng)（標(biāo)志于蓄水箱）。準(zhǔn)備II 啟動(dòng)水泵。本供水裝置采用的是自動(dòng)水泵，接通電源，全開(kāi)閥12，打開(kāi)供水閥II，水泵自動(dòng)開(kāi)啟供水。準(zhǔn)備III 調(diào)通量測(cè)系統(tǒng)。1、夾緊水壓計(jì)止水夾，打開(kāi)出水閥10和進(jìn)水閥11（逆時(shí)針），關(guān)閉旁通閥12（順時(shí)針），啟動(dòng)水泵排除管道中的氣體。2、全開(kāi)閥12、關(guān)閉閥10，松開(kāi)水壓計(jì)止水夾，并

25、旋松水壓計(jì)之旋塞，排除水壓計(jì)中的氣體。隨后，關(guān)閥11，開(kāi)閥10，使水壓計(jì)的液面降至標(biāo)尺零指示附近，即旋緊。再次開(kāi)啟閥11并立即關(guān)閉閥10。稍侯片刻檢查水壓計(jì)是否齊平，如不平則需重調(diào)。3、水壓計(jì)齊平時(shí)，則右旋開(kāi)電測(cè)儀排氣旋扭，對(duì)電測(cè)儀的連接水管通水、排氣，并將電測(cè)儀調(diào)至“000”顯示。4、實(shí)驗(yàn)裝置通水排氣后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。在閥12、閥11全開(kāi)的前提下，逐次開(kāi)大出水閥10，每次調(diào)節(jié)流量時(shí)，均需穩(wěn)定23分鐘，流量愈小，穩(wěn)定時(shí)間愈長(zhǎng)；測(cè)流時(shí)間不小于810秒；測(cè)流量的同時(shí)，需測(cè)記水壓計(jì)（或電測(cè)儀）、溫度計(jì)（溫度表應(yīng)掛在水箱中）等讀數(shù)：層流段：應(yīng)在水壓計(jì)（夏季）（冬季）量程范圍內(nèi)，測(cè)記35組數(shù)據(jù)。紊流

26、段：夾緊水壓計(jì)止水夾、開(kāi)大流量，用電測(cè)儀記錄值，每次增量可按遞加，直至測(cè)出最大的值。閥的操作次序是當(dāng)閥11、閥10開(kāi)至最大后，逐漸關(guān)閥12，直至顯示最大值。5、結(jié)束實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)全開(kāi)閥12，關(guān)閉閥10，檢查水壓計(jì)與電測(cè)儀是否指示為零，若均為零，則關(guān)閉閥11，切斷電源。否則，表明壓力計(jì)已進(jìn)氣，需重做實(shí)驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及要求1.有關(guān)常數(shù) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)編號(hào)： 圓管直徑d= cm，測(cè)量段長(zhǎng)度L=85cm。2記錄及計(jì)算（見(jiàn)表7.1表）3.繪圖分析，繪制lgvlghf曲線，并確定指數(shù)關(guān)系值m的大小。在厘米紙上以lgv為橫坐標(biāo)，以lghf為縱坐標(biāo)，點(diǎn)繪制所測(cè)量的lgvlghf關(guān)系曲線，根據(jù)具體情況連成一段或幾段直線。

27、求厘米紙上直線的斜率將從圖上求得的m值與已知個(gè)流區(qū)的m值（即層流m=1，光滑管流區(qū)m=1.75，粗糙管紊流區(qū)m=2.0，紊流過(guò)渡區(qū)1.75<m<2.0）進(jìn)行比較，確定流區(qū)。六、實(shí)驗(yàn)分析與討論1. 為什么壓差計(jì)的水柱差就是沿程水力損失？如實(shí)驗(yàn)管道安裝成傾斜，是否影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？2. 根據(jù)實(shí)際測(cè)量m值判斷本實(shí)驗(yàn)的流區(qū)？3. 實(shí)際工程中鋼管中的流動(dòng)大多數(shù)為光滑紊流或者紊流過(guò)渡區(qū)，而水電站泄洪洞流動(dòng)大多數(shù)為紊流阻力平方區(qū)，其原因是什么？4. 管道的當(dāng)量粗糙度如何測(cè)得？5. 本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與莫迪圖吻合與否？試分析其原因？（八）局部阻力損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、掌握三點(diǎn)法、四點(diǎn)法量測(cè)局部阻力系數(shù)的

28、技能；2、通過(guò)對(duì)園管突擴(kuò)局部阻力系數(shù)的表達(dá)公式和突縮局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析，熟悉用理論分析法和經(jīng)驗(yàn)法建立函數(shù)式的途徑：3、加深對(duì)局部阻力損失機(jī)理的理解。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置如圖8.1所示 實(shí)驗(yàn)管道由小大小三種已知管徑的管道組成，共設(shè)有六個(gè)測(cè)壓孔，測(cè)孔13和36分別測(cè)量突擴(kuò)和突縮的局部阻力系數(shù)。其中測(cè)孔1位于突擴(kuò)界面處，用以測(cè)量小管出口端壓強(qiáng)值。三、實(shí)驗(yàn)原理寫出局部阻力前后兩斷面能量方程，根據(jù)推導(dǎo)條件，扣除沿程水頭損失可得：1、突然擴(kuò)大采用三點(diǎn)法計(jì)算，下式中由按流長(zhǎng)比例換算得出。實(shí)測(cè) 理論 2、突然縮小采用四點(diǎn)法計(jì)算，下式中B點(diǎn)為突縮點(diǎn)，由換算得出，由換算得出。實(shí)測(cè) 經(jīng)驗(yàn) 四、

29、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、測(cè)記實(shí)驗(yàn)有關(guān)常數(shù)。2、打開(kāi)電子調(diào)速器開(kāi)關(guān)，使恒壓水箱充水，排除實(shí)驗(yàn)管道中的滯留氣體。待水箱溢流后，檢查泄水閥全關(guān)時(shí)，各測(cè)壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。3、打開(kāi)泄水閥至最大開(kāi)度，待流量穩(wěn)定后，測(cè)記測(cè)壓管讀數(shù)，同時(shí)用體積法或用電測(cè)法測(cè)記流量。4、改變泄水閥開(kāi)度34次，分別測(cè)記測(cè)壓管讀數(shù)及流量。5、實(shí)驗(yàn)完成后關(guān)閉泄水閥，檢查測(cè)壓管液面是否齊平？否則，需重做。表1 局部阻力損失實(shí)驗(yàn)記錄表表2 局部阻力損失實(shí)驗(yàn)記錄表(二) 泵特性曲線實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?. 掌握水泵的基本測(cè)試技術(shù)，了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器儀表的性能和操作方法；2. 測(cè)定P-100自吸泵的工作特性，畫(huà)出特性曲線；

30、二、 實(shí)驗(yàn)裝置儀器裝置簡(jiǎn)圖如下圖所示。1. 功率表；2. 電機(jī)電源插座；3. 光電轉(zhuǎn)速儀；4. 電動(dòng)機(jī)；5. 穩(wěn)水壓力灌；6. 功率表開(kāi)關(guān)；7. 輸水管道；8. P-100自吸泵；9. 流量調(diào)節(jié)閥；10. 壓力表；11. 壓力傳感器；12. 文丘里流量計(jì)；13. 儲(chǔ)水箱；14. 進(jìn)水閥；15. 壓力真空表；16. 壓差電測(cè)儀；17. 電測(cè)儀穩(wěn)壓筒；18. 壓力表;19. 穩(wěn)壓筒； 三、 實(shí)驗(yàn)原理對(duì)應(yīng)某一額定轉(zhuǎn)速n，泵的實(shí)際揚(yáng)程H，軸功率N，總效率與泵的出水流量Q之間的系以曲線表示，稱為泵的特征曲線。它反映出泵的工作性能，可以作為選擇泵的依據(jù)。泵的特征曲線可用下列三個(gè)函數(shù)關(guān)系表示H=f1（Q）

31、N=f2（Q） =f3（Q）這些函數(shù)關(guān)系均可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，其測(cè)定方法如下：1、流量Q（10-6m3/s）用文丘里流量計(jì)12，壓差電測(cè)儀16測(cè)量，并根據(jù)下式確定Q值Q=A（h）B （1）式中：A、B預(yù)先經(jīng)過(guò)標(biāo)定得出的系數(shù)，隨儀器提供； h文丘里流量計(jì)的測(cè)壓管水頭差，由壓差電測(cè)儀16讀出（單位cm水柱）； Q流量（10-6m3/s）；2、實(shí)際揚(yáng)程H（m水柱）泵的實(shí)際揚(yáng)程是指水泵出口斷面與進(jìn)口斷面之間總能頭差，是在測(cè)定泵進(jìn)、出口壓強(qiáng)，流速和測(cè)壓表表位差后，經(jīng)計(jì)算求得。由于本實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)各點(diǎn)流速較小，流速水頭可以忽略不計(jì)，故有：H=102（hdhs） （2）式中：H揚(yáng)程（m水柱）； hd水泵出口壓強(qiáng)（Mp

32、a）； hs水泵進(jìn)口壓強(qiáng)（Mpa），真空值用“-”表示；3、軸功率（泵的輸入功率）N（W）N=P0×電 （3）P0=K×P （4） （5）式中：K功率表表頭值轉(zhuǎn)換成實(shí)際功率瓦特?cái)?shù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)；P功率表讀數(shù)值（W）；電電動(dòng)機(jī)效率；a、b、c、d電機(jī)效率擬合公式系數(shù)，預(yù)先標(biāo)定提供。4、總效率 （6）式中：水的容重1000kg/m3； g重量加速度（g=9.8m/s2）；5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果按額定轉(zhuǎn)速的換算 如果泵實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速n與額定轉(zhuǎn)速nsp不同，且轉(zhuǎn)速滿足|（n-nsp）/nsp×100%|<20%，則應(yīng)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果按下面各式進(jìn)行換算： （7） （8） （9） （10）式中：帶下標(biāo)“0”的各參數(shù)都指額定轉(zhuǎn)速下的值。四、 實(shí)驗(yàn)方法與步驟1. 準(zhǔn)備：對(duì)照實(shí)驗(yàn)圖，熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱與作用，檢查水系統(tǒng)和電系統(tǒng)的連接是否正確，蓄水箱的水量是否達(dá)到規(guī)定要求，記錄有關(guān)常數(shù)。2. 排氣：全開(kāi)閥門9和14，接通電源開(kāi)啟水泵（泵啟動(dòng)前，功率表開(kāi)關(guān)6一定要置于“關(guān)”的位置）。待供水管7中氣體排盡后，關(guān)閉閥門9，然后開(kāi)啟傳感器11上的兩只螺絲，對(duì)傳感器和連接管排氣，排氣完成后將螺絲擰緊。3