流体力学实验PPT课件

.,1,流体力学实验课件,山东建筑大学热能工程实验教学中心,.,2,实验目录,动量方程实验文丘里流量计实验气体紊流射流实验雷诺实验管路沿程阻力实验管路局部阻力实验孔口、管嘴实验阀门不同开启度阻力系数的测定,.,3,动量方程实验,实验一,.,4,实验目的,动量方程理论值,测定喷射水流对平板冲击力,验证恒定总流的动量方程,.,5,实验装置,取喷嘴出口断面、射流表面及沿平板出流的截面为控制面对x轴列动量方程：,动量方程实验仪,实验原理,-动量修正系数，取为1；Rx-平板对水流的作用力，N；-水的密度，1000kg/m3；Q-流量，m3/sV1x-喷嘴出口断面平均流速在x轴投影，m/s；V2x-平板面上水流平均流速在x轴投影，m/s。,.,6,实验步骤,接通电源，启动水泵打开喷嘴阀门，调整挡板与射流相互垂直实测射流对平板的冲击力Rx用体积法量测射流流量Q计算射流流速V、射流对平板冲击力Rx,与实测值比较调节进水阀门开启度，按步骤3-5重复实验实验结束，关闭水泵，切断电源,实验量测需在水流稳定后再进行数显表零点飘移较大，需经常校正（不受力读数为零）,注意事项,.,7,记录格式,仪器常数：喷嘴直径d=8mm,喷嘴断面面积A=0.5cm2,分析用动量定律求得的力和实测力之间产生误差的原因,实验分析与问题讨论,.,8,文丘里流量计实验,实验二,.,9,实验目的,了解文丘里流量计构造、适用条件测定流量系数，学习量测管道流量原理、技巧验证能量方程正确性,实验装置多功能水力学实验台,.,10,实验原理,流量计入口处取-断面，喉部收缩段处取-断面，不计水头损失，能量方程、连续性方程如下：,实际上两个断面间存在水头损失，实际流量略小于计算流量，令,流量系数,.,11,实验步骤,准备工作记录仪器常数d1、d2，计算流量计系数k检查测压计液面是否水平（Q0）关闭测点310小阀门打开阀门7、8、9、10，关闭阀门3、4、5、6阀门2（实验阀门）调至较小开度收缩断面（测点2）处于负压状态，实验前将连接胶管灌满水，再进行实验进行实验开泵（1、2测压管出现较小高差）缓慢开启阀门2，将压差调到最大如果2号测压管中液位降得太低，关小阀门10抬高液位如果测压计中液位太高，可用压气球加压，压低液位,.,12,实验纪录,注意事项实验量测需在水流稳定后再进行，调节出水阀门应缓慢，并注意测压管液面高差控制读压差、控制阀门、量测流量需相互配合如果出现测压管冒水现象，阀门10全开或停泵重做思考题实验若将文丘里流量计倾斜放置，各测压管内液面高度差是否会变化？,.,13,气体紊流射流实验,实验三,.,14,实验目的,观测气体紊流射流结构测定紊流射流断面流速分布，了解紊流射流运动规律,实验原理,紊流射流起始段长度较短射流主体段是工程研究和利用重心，断面纵向速度分布具有相似性，无量纲半经验公式表示如下：,v-测点流速；vm-量测断面中心流速；y-测点距射流轴线距离；R-所测断面射流半宽度,其中：,.,15,实验步骤,实验设备,空气动力学多功能实验台圆柱型喷嘴，喷嘴半径,调平斜管压力计水平，将毕托管全压管接到斜管压力计“+”接头，静压管接到斜管压力计“-”头打开实验台活动盖板，接通风机电源开机打开风门调好风量，将毕托管放到测量断面量测。流体出口速度、不同射程s与断面速度、轴心速度测定大气压、气温实验完毕停机，关闭电源整理仪器设备,.,16,实验结果和计算,将实测数据填入记录表格绘出射流结构图计算量测断面测点流速，确定中心点最大流速，绘出速度分布图计算主体断面无因次速度v/vm、无因次坐标y/R，绘出无因次速度分布图,思考题,为什么用无量纲（因次）数来分析射流的运动？,.,17,实验记录表,.,18,雷诺实验,实验四,.,19,实验目的,观察层流、紊流、流动特征及其转变情况，加深对层流、紊流形态感性认识测定层流、紊流水头损失与断面平均流速关系绘制lghf-lgv曲线，计算图中的斜率m、临界雷诺数Rec,实验设备,.,20,实验原理,水头损失,沿程水头损失与断面平均流速的关系可由能量方程导出:,圆管流动中采用雷诺数来判别流态,当ReRec（上临界雷诺数）时为紊流状态，4000Rec12000,.,21,实验步骤,观察流动状态打开进水管，使水箱充满水保持溢流状态微微打开尾部阀门调节流量，待稳定后注入颜色水当颜色水在试验管中呈现一条稳定而明显流线时，为层流流态渐渐开大尾部阀门增大流量，颜色水颤动、弯曲、逐渐扩散，当扩散至全管，水流紊乱进入紊流状态流动状态实验演示：层流过渡紊流,.,22,实验步骤,测定hfv关系及临界雷诺数熟悉仪器，测记有关常数检查尾阀全关压差计液面是否齐平，排气调平尾部阀门开至最大，逐步关小阀门减少管内流量，测定稳定后流量、水温、水头损失流量Q用体积法测量，Q=V/T断面平均流速vQ/A用尾阀调节流量，共做10次（压差减小值35mm）温度计量测当日水温，查运动粘滞系数计算雷诺数将调节阀由小逐步开大，管内流速慢慢加大，重复上述步骤,.,23,注意事项,整个试验过程注意保持水箱内水头稳定，待水头稳定后再量测流量和水头损失流动形态转变点附近，流量变化间隔小，准确测量临界雷诺数层流流速小，水头损失较小，应耐心、细致地多测几次不要碰撞设备并保持实验环境的安静，减少扰动,思考问题,要使注入颜色水能确切反映水流状态，应注意什么问题？如果压差计用倾斜管安装，压差计的读数差是不是沿程水头损失值？管内用什么性质的液体比较好？其读数怎样进行换算为实际压强差值？,.,24,管路沿程阻力实验,实验五,.,25,实验目的,观察和测试流体在等直管道中流动时能量损失情况掌握测定管道沿程水头损失系数方法了解阻力系数在不同雷诺数下的变化情况，绘制沿程水头损失系数与雷诺数Re对数关系曲线,实验设备,多功能水力学实验台上涉及沿程阻力实验部件有水泵、上水管及阀门2、计量箱、沿程阻力实验管道、突扩、突缩实验管道，测压板等实验仪器：L=2m，d=14mm,.,26,实验原理,通过一等直径管道中恒定水流，在任意两过水断面1-1、2-2上写能量方程：,一般认为与相对粗糙度ks/k及雷诺数Re有关,.,27,实验步骤,熟悉实验设备，记录仪器常数关闭测点1、2、5、6、7、8、9、10的小阀门打开阀门3、4、5、6开泵、调节阀门2，调整流量至最大，水流稳定后记录测压管读数，用体积法量测其流量逐渐关闭阀门2，减小流量，量测流量、相应压差值用温度计测记实验水温t，查得值计算雷诺数Re,思考题,如果将实验管道倾斜安装，压差计中读数差是不是沿程水头损失值？随着管道使用年限的增加,-Re关系曲线将有什么变化？,.,28,注意事项,阀门2要缓慢关闭，待1-2分钟水流稳定后再测读数据，保证实验结果正确性。层流时压差为35mm，紊流时压差可适当大些水流紊动造成压差计液面微小波动，待水流稳定读取上下波动范围平均值用开始和结束两次测记水温平均值求雷诺数如测压管出现冒水，把阀门全开或停泵重做,.,29,管路局部阻力实验,实验六,.,30,实验目的,掌握测定管路局部水头损失系数方法将管道局部水头损失系数实测值与理论值进行比较观察水流经局部阻力区测压管水头及水流变化情况,实验装置,多功能水力学实验台上涉及局部阻力实验的部件有水泵、上水管及阀门2、计量箱、阀门局部阻力实验管道、突扩、突缩实验管道，测压板等仪器常数：d=26mm，D=60mm,.,31,实验原理,突然扩大：在扩大前后取1-1及2-2断面，能量方程如下,突然缩小：在缩小前后取3-3及4-4断面，列能量方程,.,32,实验步骤,熟悉仪器，记录有关常数关闭测点1、2、3、4、5、6、7、8的小阀门打开阀门2、7、8、9、10关闭阀门3、4、5、6开泵调节阀门2，使测压管9、10、11、12出现压差，待流动稳定后，记录测压管液面高度，量测流量调节阀门2，改变流量，重复测量三次,注意事项,实验需在水流稳定后再进行计算局部水头损失系数，应注意选择相应流速水头量测断面应在渐变流断面上，下游断面应选在旋涡区末端,.,33,思考题,试分析实测hm与理论计算有什么不同？原因何在？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？,.,34,孔口、管嘴实验,实验七,.,35,实验目的,观察孔口、管嘴自由出流的水力现象测定孔口、管嘴出流收缩系数，流量系数，流速系数，阻力系数,实验设备,孔口、管嘴实验仪,.,36,实验原理,孔口出流：对水面-、收缩断面C-C列能量方程式,管嘴出流：对水面与管嘴出口断面列能量方程式,量测作用水头H、流量Q、孔口直径及收缩断面直径，即可计算各项系数,.,37,实验步骤,开动水泵待水箱水位恒定后，实测作用水头及收缩断面直径用体积法实测流量完成孔口出流各项测定后，改换管嘴出流进行测定,注意事项,实验过程保持微小溢流改变出流情况，可转动旋转圆盘仪器有实测管嘴真空值装置，但达不到理论值孔口出流收缩系数，不易量测，计算中可采用=0.64,.,38,实验分析与问题讨论,结合实验中观测到的不同类型管嘴与孔口出流的流股特征，分析流量系数不同的原因及增大过流能力的途径。,实验记录,.,39,阀门不同开启度阻力系数的测定实验,实验八,.,40,实验目的,测定阀门不同开启度时（全开、30o、45o）阻力系数掌握局部水头损失的测定方法,实验装置,多功能水力学实验台上,所涉及的实验部件与突扩突缩阻力系数的测定相同,.,41,实验原理,对测点5、6断面列能量方程式，可求得阀门局部水头损失及L1+L2长度上沿程水头损失，以hm1表示,对测点7、8断面列能量方程式，可求得阀