工程流体力学(土木09).doc

工程流体力学及流体机械 实实 验验 指指 导导 书书 王云中 杨成建 编 西安建筑科技大学 环境与市政工程实验中心 二 七年四月 实验课规则实验课规则 1 每次实验必须按时到达 2 实验前先预习有关实验内容 对实验目的及原理 设备图 操作步骤和方法 须 了解清楚 来实验时应携带计算工具 记录纸张 指导书等 3 实验前由指导教师抽问 对有关问题如答复不正确 不准参加操作 直至了解清 楚为止 4 实验时应听从指导人员指导 同学轮流担任各项工作 务须每人均能认真动手操 作 了解实验各项内容 对贵重 精密仪表应在教师直接指导下进行操作 5 爱护公共财物 若仪器和设备有破损时应立即报告指导教师 听候处理 按实验 室管理制度办理 6 实验进行时不许大声喧哗 并禁止吸烟 以保持良好的实验课秩序和环境卫生 实验完后 整理好设备 如数完好地归还所用的仪表和工具 7 实验数据记录在实验结束前 应交指导教师查阅 经教师认为可以后方为有效 如结果误差太大 应查明原因重做实验 8 实验报告的内容一般应当包括实验目的 实验原理 实验仪器简图 实验结果 对实验讨论题的分析等 关于实验原理 设备图 实验步骤等 因实验指导书已有 为节 省时间 可不在实验报告中重复 9 作实验报告时 除原始记录数据外 其余皆应各人自行计算分析和作出结果 不 得互相抄袭 并按时送交报告 10 不得无故缺席 否则不能参加本课程的考试或考查 如因故缺席者 须实验前或 后 持证明报告教师 请示补作办法 否则以无故缺席论 本规则在实施中若与校 院规定不符 则按校 院规定办理 绪绪 言言 实验课的目的是使同学们巩固和验证所学的知识 受到实验方法和基本试验技能的训 练 养成严肃认真 实事求是的科学态度和作风 并培养处理实验数据 分析实验结果 书写实验报告的能力 本实验指导书是用于 工程流体力学 和 流体机械 等课程 在工程流体力学的实验项目中 主要是其分支之一 水力学方面的实验 另有专门 水力学 气体力学方面的实验 流体机械的实验项目则包括泵与通风机的实验 根据不同 专业的要求而对实验项目有所选择 工程流体力学和流体机械都是应用科学 它们的发展同样体现了理论与实践相结合的 辩证关系 而实验则是在特定条件下的实践 由于流体的运动非常复杂 常常是用实验的 方法把自然现象在实验室内重复进行 观察其中物理本质 用实验来验证和发展理论 指 导实践 解决实际问题 而实践上升到理论又为实验提供了发展趋向 故实验在发展理论 和解决实际问题中是很重要的一种手段 实验结果的准确决定于测量仪器设备的精确性 高度的实验技术及实事求是的科学态 度和作风 有关每个实验的工作原理等将在各实验中分别介绍 这里仅就一些常见的共同性的的 问题作一说明 1 我们认为实验中的工作液体 水是不可压缩的 即 牛顿 米 3 常数 9807v 2 水的粘性系数随温度而变 通常我们使用的是运动粘性系数 为水的动 v 力粘性系数 为水的密度 运动粘性系数与温度的关系见实验 3 中所述 v 3 流体的压力是采用测压管来测量 读数据应正视测压管的液柱面 如水的自由表 面 这样才能读数准确 因数据在大多数情况下仅读取其压差值 此时可不考虑测压管的 毛细现象对读取数据的影响 4 液体流量的测定 通常在实验中采用下列方法 1 体积法 用量水桶和秒表来测定 2 重量法 用盛水桶磅秤和秒表来测定 也可用电子秤 3 差压法 用文德里管 毕托管 管中孔板或管嘴等来测定 4 堰流体 利用各种形式的水堰来测定 本室多用三角形量水堰 如下图所示 三角堰堰顶水位及水位用水位标尺读出 0 HH 当已知三角堰水头 可根据以下方法决定流量 0 HHH 根据关系曲线图查得 见上图 QfH 根据公式 2 52 47 1 40 1 343 QHQH 或 应当指出 差压法 堰流法是间接测量法 事先常用体积法或重量法来校正 此工作 由本室作 另外 当需记录单向水流管道内流量的总和 非瞬时流量 可采用叶轮湿式水表超 声波流量计 涡轮流量计等 对测定非浑浊液体 气体流量 可采用转子流量计 对测量 各种酸 碱溶液及含有纤维或固体悬浮导电液体的流量 可采用电磁流量计 还可采用现代技术 如用恒温测速仪 缩写为 CTA 即热线流速仪 激光多普勒测 速仪 测定过流断面流速分布 进而得出流量 5 实验操作时应注意的几个问题 1 因我们是作稳定流情况下 运动要素不随时间变化 的各种实验 故实验时需要 有稳定的作用水头 这样流经实验设备时的水流是稳定流 2 在改变流量后 需经一段时间让水流稳定后再读取实验数据 如读取量水堰的堰 前水头等 由此读取之数据才是改变流量后的真正数据 3 管路及测压管中的空气应排尽 接头处不应漏气 测压管应通畅 4 对电器设备 应熟识后才可动手操作 注意安全用电 5 实验完成后关闭电源 H Q H Q 水位标尺三角堰 进水管 H H H0 1 实验一实验一 静水压力实验静水压力实验 一 实验目的 1 测定静水中任一点的压力和真空值 2 测定有色液体的重率 二 应用的仪器设备 静水压力实验器 三 仪器设备简图 四 实验原理 1 容器内静水中任一点 K 处的静水压力 k P 1 hhhhhhhPPK 452110 式中 Pk K 点处静水压力 牛顿 米 2 P0 容器 E 流体表面压力 牛顿 米 2 容器 E 中液体的重率 牛顿 米3 1 U 形管内有色液体的重率 牛顿 米3 h1 h3 h5 上端开口通气的测压管读数 米 h2 h4 h6 上端通向容器空气室的测压管读数 米 KE hhh hE 容器 E 液面读数 米 hK K 点标高 米 2 2 容器内静水中任一点 K 处的真空值 Pk 真空 2 hhhhhhhPPk 541210真空 有色液体的重率 1 54 1 12 hh hh 五 实验步骤 1 测静水压力 或剩余压力 这时容器 E 液体表面压力 P0 大气压力 Pa 1 打开容器上端的排气阀观看各测压连通管内液面是否齐平 是否在同一个水平面 上 如不齐平检查各管内是否阻塞 并加以疏通 2 关紧容器上端的排气阀 抬高活动水箱至一定的高度 待水面稳定后读出各处测 压管内液面的水位 3 抬高活动水箱至三个不同的高度 测量三组数据 2 测真空值 或负压 这时容器 E 液体表面压力 P0Pa 3 1 2P0Pa 3 1 2P0 Pa 3 七 讨论问题 1 在 6 个玻璃管中的液面 哪些是压力相等面 2 在连续的同一重力液体中任取两点 其 常数 试用实验数据阐明这个规律 p z 3 实测 K 点的压力及真空值时 为什么事前都将排气阀处于打开状态 然后再关闭 实验报告完成日期 年 月 日 4 实验设备号数 指导教师 签字 5 实验二实验二 管路沿程阻力实验管路沿程阻力实验 一 实验目的 在管壁相对粗糙度一定时 确定管路沿程阻力系数值与雷诺数的关系 并对 K d e R 已有公式进行验证 二 应用的仪器设备 1 三根不同管径的管路 安装在一套固定设备上 每根管路设备如下图所示 2 测量水箱 秒表 直尺 温度计 三 实验设备示意图 四 实验原理 实际液体流经管路 由于有阻力必然产生水头损失 因沿程阻力产生的水头损失 称 沿程水头损失 其表达式为 f h 2 2 f L h dg 若写断面 1 1 及 2 2 的伯诺里方程 可得 21 PP hf 则 2 21 2 22 L gdPP L gd hf 回水管 6 式中 沿程阻力系数 无因次数 水管内径 米 d L 两测压断面间距离 米 平均流速 米 秒 2 4Q d 1 1 断面的测压管水头 米 1 P 2 2 断面的测压管水头 米 2 P 如果管径 两测压断面间距离 L 以及作用水头固定不变 则沿程阻力系数值与流d 速有关 亦即与液体的流动形态有关 因而可以建立阻力系数值与雷诺数的关系 e R 在不同流速下雷诺数的值为 e R e R d v 式中符号同实验 3 待求出不同的值和相应的沿程阻力系数值后 即可绘出的关系曲线 e R e f R 并酌情与下述公式比较之 布拉修斯公式 适用于紊流光滑区 当 2300 100000 谢才系数 c 可用曼宁公式计算 2 8g c e R 建议取 0 011 水力半径 R 的单位以米计 1 6 1 cR n 对于给排水工程旧钢管和旧铸铁管的水力计算 还常采用舍维列夫公式 紊流过渡区 1 2 米 秒 0 3 0 3 0 07190 867 1 d 7 紊流粗糙区 1 2 米 秒 0 3 0 021 d 式中为管道内径 单位以米计 d 五 实验步骤 1 开启水泵 打开进水阀门 A 及出水阀门 B 以排除管路及测压管中的空气 2 全开阀门 A B 使水流达最大流量 3 待水流稳定后读取测压管水头值 并测量流量 流量测法与实验二相同 4 调节出水阀门 B 使流量逐渐减小 顺序改变 5 次 每次改变后重复步骤 3 5 测定水温 断面距离 L 及内管径 d 六 计算步骤 1 计算平均流速 根据测得的测量水箱水位及时间 T 计算流量 Q 由此得平 H 均流速 米 秒 2 4Q d 2 计算阻力损失 j h 3 计算阻力系数值 4 计算雷诺数 e R e R d v 式中运动粘性系数见实验三 v 5 用上述布拉修斯 莫迪等公式验证 七 记录计算表格 管 路 两断面 间距离 L 米 管路内径 米 d 管路断 面面积 A 米 2 水温 t 水的粘 性系数 v 米 2 秒 量水水箱 水位读数 H 米 测量 时间 秒 T 1 20 10 3 2 14 10 3 已 定 数 值 3 10 10 3 8 实验项目计 算 项 目 1 P 米 2 P 米 H 米 T 秒 流量 Q 米 3 秒 流速 A Q 米 秒 水头 损失 hf 米 实测阻力系数 2 2 L gd hf 雷 诺 数 Re 流动