熱工基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書流體力學實驗

《熱工根底》課程課程編號：438121物理與信息工程系前 言試驗總體目標: 把握熱工根本學問、熱工試驗方法和熱工試驗技能適用專業(yè)年級: 熱能與動力工程；第三學期、第四學期試驗課時安排: 36學時序號試驗工程要求類型每組試驗1 常用熱工儀表的使用必驗證人數(shù)2學時22 空氣定壓比熱測定試驗必驗證223 二氮化碳PVT關(guān)系爭論試驗必驗證224 噴管特性試驗必綜合245 雷諾和伯努利方程綜合試驗必驗證226 孔口與管嘴流量系數(shù)試驗必綜合227 文丘里流量計及孔板流量計測定試驗必綜合228 穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測量試驗必爭論229 恒熱流準穩(wěn)態(tài)平板法測定材料熱物性必爭論2210 中溫法向輻射時物體黑度測定試驗必綜合2211 空氣橫掠圓柱體時局部換熱系數(shù)的測定試驗必爭論2413 換熱器綜合試驗必綜合2414 熱電偶校驗必爭論2415 畢托管測速試驗必綜合225雷偌和伯努利方程綜合試驗A雷諾試驗1、觀看流體在不同流淌狀態(tài)時流淌質(zhì)點的運動規(guī)律。2、觀看流體由層流變?yōu)槲闪骷坝晌闪髯優(yōu)閷恿鞯倪^渡過程。3、測定液體〔水〕在圓管中流淌的臨界雷諾數(shù)即下臨界雷諾數(shù)，學會其測定的方法。二、試驗設(shè)備及要求本試驗主要使用設(shè)備為：LBZ-1雷偌和伯努利方程綜合試驗臺。5-1所示。顏色罐恒定水箱恒定水箱測壓板調(diào)整器放氣閥佰努力管調(diào)整閥雷諾管供水調(diào)整閥水箱及水泵回水管1雷偌和伯努利方程綜合試驗裝置示意圖三、試驗原理保持水箱的水位恒定，即水頭H不變。假設(shè)管路中出水閥門開啟較小，在管路中就有穩(wěn)定的平均流速V一條紅色直線，其流體質(zhì)點沒有垂直于主流方向的橫向運動，紅色直線沒有與四周的液體混雜，象，液體的流淌呈臨界狀態(tài)。假設(shè)將出水閥門連續(xù)開大，消滅流體質(zhì)點的橫向脈動，使紅色線完全集中與自來水混合，此時流體的流淌狀態(tài)為紊流運動。雷諾數(shù)就是表征流體流淌特性的一個重要參數(shù)。用 Re表示，有：ReVd/ 〔5-1〕式中，Vdd=27mm；為水的運動粘性系數(shù)。其中，流速V有： VQ/A 〔5-2〕式中，Q為流量；A為管路的橫截面積，有Ad2/4。流量Q用體積法可測出，即在Δt時間內(nèi)流入量筒中流體的體積V。QV/t 〔5-3〕四、試驗內(nèi)容與步驟1、試驗前的預(yù)備翻開進水閥門后，啟動水泵，向恒水位水箱加水。在水箱的水位到達溢流水平，并保持肯定的溢流。測量流體溫度。2、測定臨界雷諾數(shù)Recr將試驗管中的水流調(diào)到較小的流速，將一般鋼筆水倒進顏色水盒。開啟下部小閥門，動，顏色水沒有與四周的液體混雜，而是層次清楚的向前流淌。此時的流體即為層流〔假設(shè)看不到這種現(xiàn)象，可再認真調(diào)整上水閥門和尾部閥門，知道看到有色直線為止〕緩慢地漸漸開大出水閥門，可觀看到有色流線開頭消滅脈動，但流體質(zhì)點還沒有到達相互交換的程度，即象征為流體流淌狀態(tài)開頭轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài)〔上臨界點，此時的流速即為上臨界流速。連續(xù)開大閥門，會消滅流體質(zhì)點的橫向脈動，色線與水全部混合，此時流態(tài)為湍流。度時，可看到試驗管中色液出口處開頭有有色脈動流線消滅，但還沒有到達轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯臓顟B(tài)，此時，即象征為湍流裝變?yōu)閷恿鞯呐R界狀態(tài)〔下臨界點。連續(xù)關(guān)小閥門，試驗管中會再次消滅細直色線，流體流態(tài)變?yōu)閷恿?。測定此時的流量，用記錄水箱測量出水流的流量體積。重復(fù)三次，即可算出下臨界雷諾數(shù)。將測試結(jié)果記入試驗記錄表中。五、記錄與計算表5-1測試結(jié)果記錄表次數(shù)次數(shù)V〔m3〕tsQ(m3/s)V(m/s)Recr123水溫= ℃； 運動粘性系數(shù)= m2/s；〔查表見附表1〕六、思考題1、試驗時為什么要保持溢流狀態(tài)？2、比較實測的臨界雷諾數(shù)和工程上采的臨界雷諾數(shù)，分析誤差緣由。七、留意事項1、操作過程需要認真認真，試驗時需要相互協(xié)作，分工合作，觀看與記錄試驗過程。2、試驗時要保持溢流狀態(tài)。一、試驗?zāi)康?、觀看流體流經(jīng)試驗管的能量轉(zhuǎn)化狀況，對現(xiàn)象進展分析，加深對能量方程的理解。2、驗證靜壓原理。3、把握一種測量流體流速的方法。二、試驗設(shè)備及要求本試驗主要使用設(shè)備為：LBZ-1雷偌和伯努利方程綜合試驗臺。5-1所示。三、試驗原理與步驟1、驗證靜壓原理的位勢能和壓力勢能之和保持不變，測點的高度和測點的前后位置無關(guān)。2、伯努利方程實際流體都是有粘性的，在流淌過程中由于磨擦而造成能量損失，能量方程變?yōu)椋簆 2 p 2Z11 Z 22

〔5-6〕1 r 2g 2 r 2g L其中能量損失hL

是由沿程損失hf

和局部損失hm

兩局部組成。3、觀看和計算流體流經(jīng)試驗管中能量損失的狀況過水斷面的能量由位能、壓能、動能三局部組成。在試驗管道各斷面設(shè)置測壓管和測速管，即可測出三種能量沿程變化的實際狀況。測壓管中水位顯示的是位能和壓能之和，即能量方程中之前兩項：Zp，即靜壓；測速rp p 管中水位顯示的是位能、壓能、動能之和，即能量方程中三項之和：Z ，為全壓。r 2g計算。測試的數(shù)據(jù)填入表中。伯努利試驗管工況點試驗數(shù)據(jù)記錄體積〔cm3〕時間(s)流量體積〔cm3〕時間(s)流量(cm3/s)序12345號全靜全靜全靜全靜全靜壓壓壓壓壓壓壓壓壓壓1234564、測量管內(nèi)軸心處流體速度2gh能量方程試驗管上的每一組測壓管都相當于一個皮托管，可測得管內(nèi)任意一點的流體點速2gh皮托管求點速度公式：V P

〔5-4〕求平均流速公式：V

Q 〔5-5〕A依據(jù)以上公式計算某一工況各測點處的軸心速度和平均流速添入表格，可驗證出連續(xù)性方程。對于不行壓縮流體穩(wěn)定的流淌，當流量肯定時，管徑粗的地方流速小，細的地方流速大。工程1234工程1234序號點速度點速度Vp〔m/s〕平均速度V〔m/s〕.管內(nèi)徑〔mm〕1t/℃標準大氣下水的物理性質(zhì)密度/kgm-3 運動粘度×10-6/m2s-10999.81.78551000.01.57910999.71.30615999.11.13920998.21.00325997.00.89330995.70.80040992.20.65850988.00.55360983.20.47470977.80.41380971.80.36490955.30.3266孔口與管嘴流量系數(shù)試驗一、試驗?zāi)康?、觀看典型孔口和管嘴自由出流的水力現(xiàn)象與圓柱管嘴的局部真空現(xiàn)象。2、測定孔口、管嘴出流的各項系數(shù)：出流斷面收縮系數(shù)，流量系數(shù)，流速系數(shù)和阻力系數(shù)。二、試驗設(shè)備及要求本試驗主要使用設(shè)備為：KGZ-1孔口管嘴試驗儀。持水頭恒定，孔口和管嘴上安裝門蓋以掌握出流。三、試驗原理1、孔口出流原理d/H0.1d/2C—CAc

AAc

A。稱為收縮系數(shù)。1-1，收縮斷面C-Cp v2

p v2

v2H 1 11

c cc

c 〔6-1〕0 g 2g g 2g 2gV2H0由〔6-2〕可得

)c 〔6-2〕c 2g112112gH0cc1c2gH0令 1c2gH0c

〔6-4〕式中：Vc

——孔口出流斷面上的流速m/s。 ——孔口流速系數(shù)，依據(jù)實測，由于

=0.06，所以c1c10.061c10.06

0.97H0——孔口的作用水頭〔m〕QAVcc設(shè),則有：

A2gH2gH02gH0Q2gH0

Ac22gH0

A，即有

〔6-4〕〔6-5〕Q——孔口出流的流量?！卓诘牧髁肯禂?shù)。QA 2gH0將以上各式進展反推，可得孔口出流的各項系數(shù)QA 2gH0

cAAA流速系數(shù)：阻力系數(shù)：112因此，測出Q、H、A、Ac。即可求出各項系數(shù)。2、管嘴出流原理如圖二所示，當器壁較厚或孔口上加接短管并且器壁厚度或管長相當于孔口直徑的3～4倍時，則稱作管嘴，也叫做厚壁孔口。這種出流現(xiàn)象稱作管嘴出流。管嘴出流的特點是，水股先在管局部阻力損失和水股收縮斷面擴大的局部阻力損失，沿程損失無視不計。QA 2gH01。管嘴出流各項系數(shù)計算公式如下：QA 2gH01管嘴流速系數(shù)：

管嘴阻力系數(shù)：112四、試驗內(nèi)容與步驟一、記錄試驗儀器尺寸參數(shù)d孔口

d管嘴

H體積法，由計量水箱計量。秒表自備。二、孔口與管嘴出流的流量測量1、啟動水泵，并調(diào)整供水閥門使水箱有微量溢流，使液面保持恒定不變，分別翻開各孔口管嘴的前蓋進展試驗。2、觀看各種薄壁孔口出流水股的收縮現(xiàn)象，測量出流收縮斷面尺寸，計算收縮斷面面積，測量孔口收縮管嘴的作用水頭，一般應(yīng)測3～53、依據(jù)泄流槽上的刻度讀出孔口與管嘴出流的流量，將試驗結(jié)果記錄入表6-14、依據(jù)實測數(shù)據(jù)，計算各項系數(shù),分析爭論試驗結(jié)果。6-1試驗結(jié)果記錄表儀器常數(shù)：孔口直徑d孔口

= cm； 水頭H = cm；管嘴直徑d管嘴

= cm分布類別分布類別孔口圓形孔口矩形管嘴直管嘴管嘴錐管嘴A〔cm3〕收縮直徑dc〔cm〕收縮斷面c真空度收縮系數(shù)流量系數(shù)流速系數(shù)：流股形態(tài)五、思考題流速系數(shù)1.0？為什么？六、留意事項1、過程中應(yīng)保持微小溢流；2、本儀器有實測管嘴真空值的裝置，但一般達不到理論值，即作用水頭的0.75倍。14畢托管測速試驗一、試驗?zāi)康?2二、試驗設(shè)備試驗臺由試驗桌、自循環(huán)供水箱、水位調(diào)整閥、穩(wěn)壓水箱、漂浮管嘴、畢托管、滑軌、回水箱、測壓管、滑動測尺等組成。三、試驗原理1、畢托管測速公式：

2ghu2gh

〔14-1〕式中：u——畢托管測點處的點流速C——畢托管的校正系數(shù)，C=1。2gHΔh2gHu

〔14-2〕式中：u——測點處流速，由畢托管測定——測點流速系數(shù)ΔH——管嘴的作用水頭由以上兩式可得測點流速系數(shù)計算式：h/h/H

〔14-3〕四、試驗內(nèi)容與步驟1、生疏試驗裝置各局部的名稱，作用性能和畢托管的構(gòu)造特征，以及試驗原理。并測記各有關(guān)的常數(shù)和試驗參數(shù)，添入試驗表格。2、用軟膠管將上、下游水箱的測點分別與測壓計中的測管相連通，將畢托管對準管嘴，距離3CM，在滑軌上進展固定。3、開啟水泵，將流量調(diào)整至最大。待上下游溢流后，準時排解畢托管及連通管中的氣體，方可進展試驗。測點流速測點流速系數(shù)測點流速測點流速系數(shù)44、分別沿縱向和垂向轉(zhuǎn)變測點位