工程流体力学实验报告.doc

福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心学生实验报告工程流体力学实验题目：实验项目1：毕托管测速实验实验项目2：管路沿程阻力系数测定实验实验项目3：管路局部阻力系数测定实验实验项目4：流体静力学实验姓名：李威 学号：051001509组别：_实验指导教师姓名：_ 同组成员：_2011年月日实验一 毕托管测速实验一、实验目的要求：1通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用测压管测量点流速的技术和使用方法。2通过对毕托管的构造和适用性的了解及其测量精度的检验，进一步明确水力学量测仪器的现实作用。二、实验成果及要求 实验装置台号No 表1 记录计算表 校正系数c= ，k= cm0.5/s实验次序上、下游水位差（cm）毕托管水头差（cm）测点流速（cm/s）测点流速系数h1h2Hh3h4h1234 三、实验分析与讨论1利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？答：若测压管内存有气体，在测量压强时，水柱因含气泡而虚高，使压强测得不准确。排气后的测压管一端通静止的小水箱中（此小水箱可用有透明的机玻璃制作，以便看到箱内的水面），装有玻璃管的另一端抬高到与水箱水面略高些，静止后看液面是否与水箱中的水面齐平，齐平则表示排气已干净。2毕托管的压头差h和管嘴上、下游水位差H之间的大小关系怎样？为什么？答：这两个差值分别和动能及势能有关。在势能转换为动能的过程中，由于粘性的存在而有能量损失，所以压头差较小。3所测的流速系数说明了什么？实验二 管路沿程阻力系数测定实验一、实验目的要求：1 掌握沿程阻力的测定方法；2. 测定流体流过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数与Re的关系；3测定流体流过直管时的局部阻力，并求出阻力系数；4学会压差计和流量计的使用。二、实验成果及要求1有关常数。 实验装置台号 圆管直径d= cm， 量测段长度L=85cm。及计算（见表1）。2绘图分析* 附录1 实验曲线绘法建议1图纸 绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于1212cm；2坐标确定 若采用厘米纸，取lghf为纵坐标（绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标），lgv为横坐标；采用对数纸，纵坐标写hf，横坐标用v，即不写成对数；3标注 在坐标轴上，分别标明变量名称、符号、单位以及分度值；4绘点 据实验数据绘出实验点；5绘曲线 据实验点分布绘制曲线，应使位于曲线两侧的实验点数大致相等，且各点相对曲线的垂直距离总和也不致相等。 绘制lglghf曲线，并确定指数关系值m的大小。在厘米纸上以lg为横坐标，以lghf为纵坐标，点绘所测的lglghf关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率将从图上求得的m值与已知各流区的m值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流区m=2.0，紊流过渡区1.75m2.0）进行比较，确定流区。16表1 记录及计算表常数K=2gd5/8 L= cm5/s2次序体积cm3时间s流量Qcm3/s流速vcm3/s水温C粘度vcm2/s雷诺数Re比压计数cm沿程损失hfcm流程损失系数Re2320h1h21234567891011121314三、实验分析与讨论1.为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响实验成果？答：在管道中的，水头损失直接反应于水头压力。测力水头两端压差就等于水头损失。如果管道倾斜安装，不影响实验结果。但压差计应垂直，如果在特殊情况下无法垂直，可乘以倾斜角度转化值。2据实测m值判别本实验的流动型态和流区。答：曲线的斜率m=1.01.8，即与成正比，表明流动为层流（m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。3本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。答：钢管的当量粗糙度一般为0.2mm，常温下，经济流速，若实用管径D=（20100）cm，其，相应的=0.00020.001，由莫迪图可知，流动均处在过渡区。若需达到阻力平方区，那么相应的，流速应达到(59)m/s。这样高速的有压管流在实际工程中非常少见。而泄洪洞的当量粗糙度可达(19)mm，洞径一般为（23）m，过流速往往在(510)m/s以上，其大于，故一般均处于阻力平方区。实验三 管路局部阻力系数测定实验一、实验目的要求：二、实验成果及要求1记录计算有关常数。 实验装置台号No d1=D1= cm， d2=d3= d4= D2= cm，d5=d6=D3= cm， l12=12cm， l23=24cm，l34=12cm， l4B=6cm， lB5=6cm， l56=6cm，= ，= 。2整理记录、计算表。3将实测值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。表1 记录表序号流量cm3/s测压管读数cm体积时间流量12345678表2计算表阻力形式次序流量cm3/s前断面后断面hjcmhjcmcmEcmcmEcm突然扩大1234突然缩小1234三、实验分析与讨论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：1）不同Re的突扩e是否相同？2）在管径比变化相同的条件下，其突扩e是否一定大于突缩s？答：由式及表明影响局部阻力损失的因素是和。由于有突扩：突缩：则有当 或 时，突然扩大的水头损失比相应的突然收缩的要大。在本实验最大流量Q下，突然扩大损失较突然缩小损失约大一倍，即。 接近于1时，突然扩大的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，因而阻力损失显著减小。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？答：流动演示仪1-7型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十多种内、外流的流动图谱。据此对于局部阻力损失的机理分析如下：从显示的图谱可见，凡流道边界突变处，形成大小不一的漩涡区。漩涡是产生损失的主要根源。由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互磨擦，便消耗了部分水体的自储能量。另外，当这部分低能流体被主流的高能流体带走时，还须克服剪切流的速度梯度，经质点间的动能交换，达到流速的重新组合，这也损耗了部分能量。这样就造成了局部阻力损失。从流动仪可见，突扩段的漩涡主要发生在突扩断面以后，而且与扩大系数有关，扩大系数越大，漩涡区也越大，损失也越大，所以产生突扩局部阻力损失的主要部位在突扩断面的后部。而突缩段的漩涡在收缩断面均有。突缩前仅在死角区有小漩涡，且强度较小，而突缩的后部产生了紊动度较大的漩涡环区。可见产生突缩水头损失的主要部位是在突缩断面后。从以上分析可知，为了减小局部阻力损失，在设计变断面管道几何边界形状时应流线型化或昼接近流线形，以避免漩涡的形成，或使漩涡区尽可能小。如欲减小管道的局部阻力，就应减小管径比以降低突扩段的漩涡区域；或把突缩进口的直角改为圆角，以消除突缩断面后的漩涡环带，可使突缩局部阻力系数减小到原来的。突然收缩实验管道使用年份长以后，实测阻力系数减小，主要原因也在这里。实验四 流体静力学实验一、实验目的要求：1.通过本实验加强对静力学概念的理解2应用U形压力计测定容器A内液面上的气体压强（即表压和真空度的测定）。3测定不同指示液时U形压力计的读数。二、实验成果及要求1记录有关常数。 实验装置台号No 各测点的标尺读数为：B = 1.10cm，C= -3.50cm，D= -6.50cm， = 9800N/cm3。2分别求出各次测量时，A、B、C、D点的压强，并选择一基准检验同一静止液体内的任意二点C、D的是否为常数。3求出油的容重。4测出4#测压重管插入小水杯水中深度。三、实验分析与讨论1同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？答：测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。2当pB019.1025.3016.2024.2028.8031.8025.3025.3029.0830.8021.7229.7034.3037.3030.8030.8039.0637.0027.9435.9