流体力学实验报告.doc

实 验 一专业班级：环工二班 日期：2013年12月8号实验名称雷诺实验指导老师陈登平姓名李玉洁学号0121108290226成绩一：预习部分 1：实验目的 2:实验基本原理 3：主要仪器设备（含必要的元器件，工具）一：目的要求1.测定沿程水头损失与断面平均流速的关系，并确定临界雷诺数。2.加深对不同流态的阻力和损失规律的认识。二: 实验原理 1. 列量测段1-1与2-2断面的能量方程： 由于是等直径管道恒定均匀流，所以 v1=v2，a1=a2，hw(1-2)=hf(1-2)，即沿程水头损失等于流段的测压管水头差:hf=(z1+p2/a)-(z2+p2/a) 断面1-1与2-2的测压管接读数为 h1 及h2 ，量测长度为L，则水力坡度 J=(h1-h2)sina/L 2.用体积法测定流量. 利用量筒与秒表，得到量筒盛水的时间T及T时间内盛水的体积V。则流量Q=V/T，相应的断面平均流速v=Q/A。3量测水温，查相关曲线得运动粘滞性系数或用下式计算：V=0.01775/(1+0.0337t+0.000221t2）（cm2/s）式中t单位： 则可得到相应于不同流速时的雷诺数：Re=ud/v三：实验仪器 设备如图213所示。另备打气筒一个，量筒一个，秒表一只，温度计一只（由实验小组向实验室借用）。图2-13 管流流态试验简图二：实验操作部分 1：实验数据，表格及数据处理 2：实验操作过程（可用图表示） 3结论四：实验步骤1.打开水箱下的进水阀向水箱充水，使水箱稍有溢水。再全开管道上的前阀与尾阀，以冲洗管道。2.反复开关尾阀，排出管道中空气。3.从紊流做到层流，将尾阀开到一定的开度，开始实验，待水流稳定后，测读 h1 ,h1、W, T 便完成了第一个测次。尔后逐次关小尾阀，重复上述操作与测读，一直做到管道出流几乎成滴淋状，方才做完了从紊流到层流的实验过程。4.再从层流做到紊流，逐次开大尾阀，逐次测读（若时间有限，可不做此步骤）。5.实验过程中，每半小时量测一次水温，取用水温平均值。6.对实测数据进行分析计算，以logJ为纵座标，以logv为横坐标，在方格纸上点绘其关系曲线，再从该图上确定出临界流速值vk，从而计算出临界雷诺数Rek的值，并标明实验成果线段的坡度，即为本次实验的成果。五:注意事项 1.应尽可能减少外界对水流的干扰，在实验过程中，要保持环境安静，不要碰撞管道以及与管道有联系的器件，要仔细轻巧地操作，尾阀开度的改变对水流也是一个干扰，因而操作阀门要轻微缓慢，而且切忌在关小的过程中有开大，或在开大的过程中有关小的现象发生。2.尾阀开度的变化不宜过大。当接近临界区Rek=(23002000)，更要细心操作，一个单程的量测（从紊流到层流；或从层流到紊流），应做1520个以上的测次，预计全部实测的雷诺数约在5008000之间，但在雷诺数小于2500以下时约需10个测次才能保证实验成果比较完满。3.每调节一次尾阀，必须等待3分钟，使水流稳定后，方可施测。4.量测水温时，要把温度计放在量筒的水中来读数，不可将它拿出水面之外读数。六：量测与计算 1实验数据 管径d= 0.80 cm； 管道过水面积A= 0.50 cm2； 量测段长度L= 65 cm； 水温t= 18.2；运动粘性系数v= 0.0105 cm2/s比压计倾斜率sin a= 0.5 ;。 2. 数据记录及计算表测次比压计读数水头损失hf cm 水力坡度J体积Vcm3 时间T（s）流量Qcm3/s 流速Vcm/s Re logJlogv 1cm2cm1-2cm1250801139013.69000.08753231032.364.649221.941.8122328613.5444.74200.03652731027.354.641601.561.74321060169564.10400.03162441516.2732.5424791.501.51419470179621.50800.01162492012.4524.9018971.061.40518900186620.23800.00181521860.8171.634124.50.260.21619034186180.41600.00321602081612190.511.20719830176582.17200.01672291512.2724.5418701.223.40821432159245.50800.042431515214232001.631.32 3. 由表格做出logJ与logv关系曲线。 Re与log J 的关系01000200030004000500060001.941.561.51.060.260.51Re log V与Re的关系00.20.40.60.811.21.41.61.824922416024791897124.51219 log Vlog v与log J 的关系00.511.522.533.541.941.561.51.060.260.511.221.63log v 三： 实验效果分析（包括仪器设备等使用效果）七、思考题1、实验成果评价 答:本次实验对环境因素以及技术要求较高，因为雷诺数的测定会受到很多因素的影响。通过实验，我们发现下临界雷诺数大约在20002300左右。在实验过程中，实验室条件有限，很多因素会导致实验误差，比如：由于水流原故，管道会产生一定振动，实验过程中声响比较大，同时水压使连接比压计的胶管变形，胶管固定效果不好实验中发生摇晃影响读数；这些都会影响实验成果。2、为什么上下临界雷诺数不一样？ 答:雷诺数Re表示一些影响流体流动形态的因素， Re=urd/m， 从层流转变成紊流时的Re称为上临界雷诺数，从紊流转变成层流时的Re称为下临界雷诺数R。一般而言， Re2000 层流区 2000Re4000 湍流区。达到上临界雷诺数以后为完全湍流，刚达到下临界雷诺数为湍流起始。3、若将管道倾斜放置，对临界雷诺数是否有影响？为什么？ 答：有影响。流速、流体的密度、动力粘度以及流道管径d都会对临街雷诺数产生影响，因此当温度一定和管道直径一定时，管道倾斜放置时流速会改变，所以导致临界雷诺数改变。、 实 验 二实验名称局部阻力系数测定实验.指导老师陈登平一：预习部分 1：实验目的 2:实验基本原理 3：主要仪器设备（含必要的元器件，工具）一、实验目的1、掌握测定管道局部水头损失系数的方法。2、将管道局部水头损失系数的实测值与理论值进行比较。3、观测管经突然扩大时旋涡区测压管水头线的变化情况和水流情况，以及其他各种边界突变情况下的测压管水头线的变化情况。二、实验原理由于边界形状的急剧改变，水流就会与边界分离出现旋涡以及水流流速分布的改组，从而消耗一部分机械能。单位重量液体的能量损失就是水头损失。边界形状的改变有水流断面的突然扩大或突然缩小、弯道及管路上安装阀门等。局部水头损失常用流速水头与与系列的乘积表示。式中：局部水头损失系数。系数是流动形状与边界形状的函数，即= f（Re，边界形状）。一般水流Re数足够大时，可认为系数不再随Re数而变化，而看作常数。管道局部水头损失目前仅有突然扩大可采用理论分析，并可得出足够精确的结果。其他情况则需要用实验方法测定值。突然扩大的局部水头损失可应用动量方程与能量方程及连续方程联合求解得到如下公式：式中，A1和v1分别为突然扩大上游管段的断面面积和平均流速；A2和v2分别为突然扩大下游管段的断面面积和平均流速。三、实验设备实验设备及各部分名称如图一所示。二：实验操作部分 1：实验数据，表格及数据处理 2：实验操作过程（可用图表示） 3结论图一 局部水头损失实验仪四、实验步骤1、熟悉仪器，记录管道直径D和d。2、检查各测压管的橡皮管接头是否接紧。3、启动抽水机，打开进水阀门，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。4、检查尾阀K全关时测压管的液面是否齐平，并保持溢流，使水位恒定。5、慢慢打开尾阀K，使流量在测压管量程范围内最大，待流动稳定后，记录测压管液面标高，用体积法测量管道流量。6、调节尾阀改变流量，重复测量5次。五、注意事项1、实验必须在水流稳定后方可进行。2、计算局部水头损失系数时，应注意选择相应流速水头；所选量测断面应选在渐变流上，尤其下游断面应选在旋涡区的末端，即主流恢复并充满全管的断面上。六、实验成果及要求1、有关常数。圆管直径D= 3.01cm ，圆管直径d= 1.58cm 2、记录及计算（见计算表）。 3、成果分析：将实测的局部水头损失数与理论计算值进行比较，试分析产生误差的原因。 突然扩大：测次12345体积w (cm3)379669994678811时间T (s)10101055流量Q (cm3/s)37.966.999.4135.6162.2流速v1 (cm/s)19.3334.1250.7069.1682.73流速v2 (cm/s)5.339.4013.9719.0622.80测压管高度h1 (cm)29.8028.9527.6925.8024.76测压管高度h2 (cm)29.8529.0027.7025.6924.55断面1总水头H1(cm)48.8688.35158.84269.84373.96断面2总水头H2(cm)31.3033.5137.6644.2251.07实测的局部水头损失hj (cm)17.5655.20121.18225.62322.89实测的局部水头损失系数0.920.930.920.920.92理论的局部水头损失系数0.230.230.230.230.23实测的局部水头损失系数平均值0.922突然缩小：测次12345体积w (cm3)379669994678811时间T (s)10101055流量Q (cm3/s)37.966.999.4135.6162.2流速v1 (cm/s)19.3334.1250.7069.1682.73流速v2 (cm/s)5.339.4013.9719.0622.80测压管高度h1 (cm)30.1529.4028.3526.7525.80测压管高度h2 (cm)29.9328.5026.6823.6521.95断面1总水头H1(cm)49.1288.80159.50270.79375.00断面2总水头H2(cm)31.3833.0136.6442.1848.47实测的局部水头损失hj (cm)17.7455.79122.86228.61326.53实测的局部水头损失系数0.930.940.940.940.94理论的局部水头损失系数0.240.240.240.240.24实测的局部水头损失系数平均值0.9383、结论： 流量的大小对流量系数的测定影响较大，当流量较小时，沿程水头损失可以忽略。而流量较大时，沿程损失不可忽略并造成很大影响。实测的局部水头损失远大于理论、的局部水头损失。三： 实验效果分析（包括仪器设备等使用效果）七、误差来源分析 误差主要来源于流量测定时产生的误差以及读数误差，另外，改变流量时，没有等流量稳定就开始读数也会产生较大误差。八、思考题1、试分析实测hj与理论计算hj有什么不同？原因何在？ 答：不同的原因有：1、测流量时，人为因素导致误差，比如计时读数；2、测量时用的量具不准确导致误差；3、实验用具的光滑程度对实测hj 会产生影响；4、管道产生的阻力会随着流速的增大而增大，损失也会越严重；5、忽略管段的沿程水头损失hj。2、如不忽略管段的沿程水头损失hj，所测出的值比实际的值偏大还是偏小？在使用此值是否可靠？ 答： 所测的值比实际的值偏大；但由于测点间距离很短，故对实验结果影响不大，在此使用此值是可靠的。3、在相同管径变化条件下，相应于同一流量，其突然扩大的值是否一定大于突然缩小的值？ 答：不一定，由公式：扩大：1=（A1A21）2，2=(A2A11）2，缩小：缩小0.5（1A1A2），可知的大小只与A1A2有关。4、不同的Re数时，局部水头损失系数值是否相同？通常值是否为一常数？答：值与流态有关，特别是在紊流区和层流区，不同Re数，表示不同的流态。但是在一般常见的Re数下，变化非常小，故值可看为一常数。实 验 三实验名称文丘里流量计及孔板流量计率定实验指导教师陈登平一、预习部分1 实验目的2 实验基本原理3 主要仪器设备（含必要的元器件、工具）1、 实验目的：(1) 了解文丘里流量计和孔板流量计的原理及其实验装置。(2) 绘出压差与流量的关系曲线，确定文丘里流量计和孔板流量计的流量系数值。2、 实验基本原理： 文丘里流量计是在管道中常用的流量计，它包括收缩段、喉管、扩散段三部分。由于喉管过水断面的收缩，该断面水流动能加大，势能减小，造成收缩段前后断面压强不同而产生的势能差。此势能差可由压差计测得。孔板流量计原理与文丘里流量计相同，根据能量方程以及等压面原理可得出不计阻力作用时的文丘里流量计（孔板流量计）的流量计算公式：其中： 对于文丘里流量计：对于孔板流量计：根据实验室设备条件，管道的实测流量Q实由体积法测出。在实际液体中，由于阻力的存在，水流通过文丘里流量计（或孔板流量计）时有能量损失，故实际通过的流量Q实一般比Q理稍小，因此在实际应用时，上式应予以修正，实测流量与理想液体情况下的流量之比称为流量系数，即3、主要仪器：量筒、秒表温度计各一个，其他设备如下图所示：二、实验操作部分 1 实验数据、表格及数据处理2 实验操作过程（可用图表示）3 结论1. 实验步骤（1） 熟悉仪器，记录管道直径D和d。（2） 启动抽水机，打开进水开关，使水进入水箱，并使水箱保持溢流，使水位恒定。（3） 检查尾阀K，压差计液面是否齐平，若不平，则需排气调平。（4） 调节尾阀K，依次增大流量和依次减小流量。量测各次流量相应的压差值。共做5次。用体积法测量流量。实验过程注意事项（1） 改变流量时，需待开关改变后，水流稳定（至少35分钟），方可记录。（2） 当管内流量较大时，测压管内水面会有波动现象。应读取波动水面的最高与最低读数的平均值作为该次读数。2. 实验数据，表格及数据处理（1） 有关常数圆管直径D= 2.0cm，圆管直径d= 0.95 cm 。（1） 实验数据及计算结果：3、实验结论: