皮托管测流速和文丘里流量计测流量

1、实验须知实验一烟气流线实验2实验二液体流线实验4实验三皮托管测流速和文丘里流量计测流量6实验四流量计流量系数的测定方法10实验五雷诺实验11实验六能量方程实验13实验七圆管沿程阻力和局部阻力实验15实验八动量方程实验18实验一烟气流线演示实验一、实验目的烟风洞是利用烟流法观察空气流过物体周H；l的流动图形。二、实验原理图一是烟风洞小的张熨绕流的流谱，氏特点是：气流过翼熨时，烟流变密，流速加 人，爪力降低。魂吃前部烟流分义的地方是驻点.在该处流速等零。在翼型尾部某一 区域，烟流被冲散，反映流动极不规则，这里是旋涡区。随着冲角的加人，上卜翼面烟 流的稀密程度相差愈人。翼而上而速度v人，压力p小，产

2、生吸力。翼面下而速度v 小，压力P大，产生压力。飞机的升力是由压力差产生的。肖冲角人某一值时，气流从翼熨前缘就开始分离，旋涡区过扩人，这时升力迅 速降低，阻力急剧增加,这种现象称为“失速”。此时的冲角称为“失速冲角”低速翼 型的失速冲角般在15。20。流线密集图一翼形绕流的流谱三、设备如图二风测排出口凤澗洌试積 叭風洞啜人申图二烟气流线仪简图四、实验步骤1 点燃卫生香，使其产生烟流。2. 打开II光灯，调整机翼的冲角，使其中一根流线対准零度角，形成驻点， 使其速度V=0；3. 打开仪器风堀，使风洞内的空气流通，导直烟流；4. 改变冲角、观察烟流的变化；5. 将冲角调鏗至15。20。°

3、五、烟风洞实验现象观察烟风洞实验演示的是流线在空气中的形状和性质。流线的概念：流线是某一特定时刻，在流场中所作的空间曲线，线上的每一点处, 质点在该时刻的速度矢最都与曲线相切。通过观察了解流线的如卜性质：1不相交，否则位交点处的质点将仃两个速度欠届，这是不可能的。2. 流线不是折线，必须是光滑曲线。原因同上。3. 流线密集的地方流速人，流线稀疏的地方流速小。这类似磁场中的磁力线。4. 卑恒定流屮，流线随时间的变化而变化，在恒定流中，流线不随时间的变化而变化，与迹线熏介。但是，在令些特定的条件卜，如速度为零或为无穷犬处，即驻点或奇点处， 流线是相交的。在本实验中，我们看到机翼模型的上面流线密集，

4、机翼模型的卜而流线稀 疏，可以得到流速上大卜小的结论。根据能駅方理，可以知道机翼上面的压力小J：机翼 卜面的压力。这一压力差就是机翼的升力。附:实验报告要求1. 实验名称2. 实验目的3实验装置4. 实验原理5. 实验记录及结果计算（表格）6. 实验结论实验二液体流线演示实验一、实验目的将带有泡沫的液体加在水箱中，肖具流过导液栅后形成许炙平行的流线，把相应的不同 形状的固体试件放在水槽中,以观察比流线绕经不同固体壁面的变化,从而加深对理论 课中的流线、迹线、压强分布、阻力产生的原因等内容的理解和认识。二、实验原理液体流线仪可宜观的观察流线绕经不同固体壁面（如机翼、闘柱体桥墩、突扩、突缩管 道断

5、面）时流线的变化情况，如流线的疏密程度、扭曲变形现象及程度、旋涡、死区等，见 图一。图一模型绕流的流谱梳形输油管三、实验设备实验设备由水箱、水泵、梳形输水管、水槽、试件、回水箱、冋水管、实验桌组成。见 图二：轴槽 试件调节*Hfl '、 一LI图二液体流线仪简图四、实验步骤1 向水箱内加入少杲洗涤剂并加水；2. 接通电源；3. 调卩水槽卜游底而的两个调整旋钮，使液体流出的厚度均匀、流线平厲；4. 放入试块：5. 观察流线变化情况，调整流起调节阀使流线达到演示耍求。五、思考题1. 什么是流线？2. 什么是迹线？叙述你所观察到的现彖和所说明的问题.实验三皮托管测流速和文丘里流量计测流量1

6、实验目的学习用皮托管测流速和文丘里流杲计测流杲的方法2实验原理<1）皮托管测量运动流体某点的流速皮托管是用以测尿运动流体屮菜点流速的仪器。梵理论依据是，在流管中沿流向取两彼 此靠近的两点1和2点。在2点安装一正对流向并弯成90 °的弯管。当1点和2点无限翕近 时，通过伯努利方程可得计算流速的公式：考偲到实际流体的粘性和流管的加L质罠和粗糙度对流速的影响，引入流速系数4进行修 正。从而皮托管流速计的流速计算公式为：其屮，$是皮托管修正系数，通常取$=0.998： pA是1点的静压强，pH是2点的总压强, 包括静压强和动压强；g是吃力加速度（nf/s）： 力是压差板显示的1点和2点

7、对应的液柱 高差；/是测压管中流体重度（kg/n?）。（2）文丘里流量计测流体流量文丘里流號计是测灵管路中流体流录的仪器，由渐缩管、喉管和渐扩管组成。分别在渐 缩管和渐扩管中轴线上収1点和2点。在过1点和2点的两过水断面上列伯努利方程，并考 虑一元管路流动的连续性方程，可得流速：从而町得流彊计算公式：Q=A =CyXh = Ky/Xh其屮3实验装置流体力学综介试验台为多用途实验装置，其结构示意图如图1所示:一 皮托管测流速和文丘里流帚计测流乗 二流最计流崑系数的测定方法三雷诺实验四能航方程实验五管路阻力实验I沿程阴力实验2局部阻力实验4实验方法与测试数据文丘里和几板流吊计的流駅系数测定町同时进

8、彳几做这两种实验时耍关闭其他阀门，以 免分流。检査务阀门的开闭状态无误后，即可启动水泵，是水循环。同时，调节流员，把导压管 中的气体排出，以保证测斥准确。待液体流动平稳后，方能进行测压和流帚计民 调节流気 进行不同流彊匸况卜的测试。在记卜孔板流晟计和丈丘里流彊计的流置和压差后，即可以读 取皮托管的测试数据，将测试的数据记在表1中。£m.nu 面积A=m2m, 而积A=nr实验装置的几何参数文丘里管：直径仏：孔板流起计：直径d,=表:测试数据记录、试 序兮流速测金计算流SQ2 (in 3/s )备注左侧测压 管指标（mm）右侧测压 管指标（mm）阻力损 失勺流速V|(m/s)文丘里管孔

9、板第次13第次13第次193第 四 次1935测试误差的消除皮托管所测的足便道砂而上某一点的流速，故用以探测哉面上的速度分布最为适立。若 定薇面的平均速度,应测定管中心之壁间若干点的速度，然后用图解积分法求其平均值. 测试时，町把管子断1何枳分成儿个等面枳的同心坏，然后测彊液体流入次环的平均流速。半 均流速的所在点是取在平分这个环面积的圆周上，山一般流速分布并不完全对称，所以， 在每个环中测两个对称点而平均之。等而积同心圆同心环的分法如F：婆分成”个同心环，因欣2=”龙彳，所以r（= /1/e ;又因为在2 =2眄2和力/ = 3眄2等等，可得r = 7/?和心=岳7?。图2所示为分为3个等面

10、枳的同心环，沿3个坏的直径线上测6个测点的流速，然后 求出总的平均流速：U =（也 + “6）/ 2 +（W, + 叫）/ 2 + （“3 + 心）/ 21 x f=（"+IJ +假+ +心 +”6）/6若要测績平均流最:232323图2等分同心圆环实验四 流量计流量系数的测定方法1. 实验目的确定文丘里及孔板流最计的流竜系数测定2. 实验原理曲J；流体流经的管路的材料、几何尺寸、便壁机械程度、流体粘度以及流动速度等 的影响，使得按理论公式计算得出的流鼠值人J：实际管路流经的流氐实际工作中用流 杲系数进行修正。流杲系数定义为实际流起0与理想流鼠©即计算流吊的比值："

11、;Q/2比屮，0为实际流駅，实验中可用鼠桶和计时秒表测得。02为计算流吊，直计算式 为：竺如=如耐4d4（廿）其中K =式中 儿 山分别为流届计两侧管路的直径。3实验方法与测试数据文丘里和孔板流最计的流量系数测定可同时进行，做这两种实验时要关闭其他阀门，以免分流。检查务阀门的开闭状态无谋后，即可启动水泵，使水循环。同时，调节流鼠，把导压管中的气体排出.以保证测压准确。待液体流动平稳后，方能进行测圧和流起计乗。 调节流最，进行不同流最丁况卜的测试.将测试的数据记在表2屮。实验装置的几何参数文丘里管：苴径“2=m, J=m, 面积A=m2农2序号、液体总昴 Q « (n?/s)记时时间单

12、位时间流员Qi （m、/s）计算流量Q2 （m'/s）流届系数=Qi/Q2备注第次123第次123实验五雷诺实验1. 实验目的1）观察流体在管道中的流动状态；2）测定儿种状态卜的雷诺数；3）了解流态与雷诺数的关系：2. 实验原理流体在不同条件卜，貝有两种不同的流态，即层流和素流。流体的流态町以用雷诺数表u d示。雷诺数的定义为：Re = v其中v是流体流速，单位m/s, d是管路宜径，单位m, y是流体运动粘度，单位m'/s。对 関管路，Re>2320,流体处J嗦流状态，当Re<2320,流体处层流状态。水的运动粘度与温度的关系，通过人讯的实验总结出经脸公式：0.0

13、178V =r1 + 0.0337/+ 0.00022 If2其屮y为运动粘度，厘米2/秒，f是水温，°C。也可以通过査表得到。实验数据的处理举例：某一工况卜体积流駅Q为3.467x103（,雷诺实验管内径d=0.014m,实验时的水温为5C,计算出或査出相应的运动黏度v = 1.159x10_6/5流速 a =乡=3.467 x 10张 ”/ 仍 * ° ° =O.225m / s雷诺数 Re = "% = O.O14xO.2%59xio6 = 2O75根据实验数据和计算结來，可绘制出雷诺数和流昴的关系曲线，见图3。不同温度下, 其曲线的斜率不同。图3

14、雷诺数与流最的关系曲线3实验装置什/体力学綜介试验台中，雷诺实验涉及的部分有水箱,雷诺实验管，阀门， 伯努力（能宣）方程实藏育道，颜料水（兰墨水）瓶（及其开关），上水阀，水泵和计 水最箱等，并自备秒表及温度计。4.实验前的准备1）实验台的各个阀门置J：关闭状态，开启水泵，全开上水阀门，使水箱注满水，再调 节上水阀门，使水箱的水位能保持不变。2）用温度计测翁水温5实验方法与测试数据（1）观察流态打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针中流出，颜料水和雷诺实验管中的水将迅速混合 成均匀的颜色水，此时，雷诺实验管中的水为紊流；随着出水阀门的不断关小，颜料水与雷 诺实验管屮水的掺混程度逐渐减弱，直至颜料水在

15、雷诺实验管屮成-条清晰的线流，此时， 雷诺实验管中的水为层流流动，成为层流。（2）测定几种状态下的雷诺数全开出水阀门，再逐渐关闭出水阀门，宜至能使雷诺试管内颜料水处层流状态。然 后，按照从小流駅到人流彊的顺序进行实验，在每一状态卜测帚体积流磺和水温，并求出相 应的雷诺数。（3）测定下临界雷诺数调整出水阀门，使雷诺试管的水处J嗦流状态，然后缓缓地逐渐关小阀门，观察管内颜 色水流动的变动情况，当关小到某一开度时，管内的颜料水流动开始成为一条直的线流，此 时，即为由素流转变成层流的卜临界状态。记下此时的相应的数据,填入表3中，便可求出 下临界雷诺数（4）观察层流状态卜的速度分布关闭岀水阀门，用手挤压

16、颜料水开关卜的胶管二到三下，使颜料水在一小段管内扩散 到整个断而，然后，再微微打开水阀门，使管内呈层流状态流动，这时，就可以看到水在层 流流动时呈抛物线状，演示出管水流流速的分布。表3、项目序号流量雷诺数Re备注水鼠 (n?)时间（S）体积流量Q （m3/s）流速 v(ni/s)第次第次第次实验六能量方程实验1. 实验目的（1）观察流体流经能杲方程实验管时的能杲转化情况，并对实验屮出现的现象进行分 析，从而加深对能最方程的理解。（2）掌握-种测鱼流体速度的原理。2. 实验原理单位豆帚不可斥缩粘性流体总流的伯努利方程为：Z, +-+-=乙 4- 4- +/?/7 2gy 2g比中每一项都有相应的

17、能最意义和儿何意义。z为流体流经给定点时所具有的位置高度， 称为位置水头："Y为流体流经给定点时所具有的斥强高度，称为压强水头：a v2/2g为流 体流经给定点时所口仃的动能，称为速度水头，a为动能修正系数，实际工作屮取值为1。 加为单位重鼠流体在流动过程中所损失的机械能，称为能帚损失水头。皮托管求点速度的公式为：匕=J2曲h而管内的平均流速可以通过流吊來确定，平均流速公式为：u=%3. 实验装置流体力学综合实验台中，能彊方程实验部分涉及的勺上卜水箱，能彊方程实验管，雷诺实验 管,上水阀门，水泵,测压板（图中未绘出）和计量水量等。4. 实验前的准备工作开启水泵，全开上水阀门使水箱注满

18、水，再调节上水阀门，使水箱水位能保持不变，佇少彊 溢流。5. 实验方法与测试数据（1）能最方法实验调节阀门至一定开度，测彊能最实验管内的四个断面网组测斥管液柱再度，并利用计 彊水箱和秒表测定流彊。改变阀门的开度，巫复上述方法进彳J：测试。将这些数据记入衣4 中。衣4：IIIIIIIV备注左(1)右(2)左(3)右(4)左(5)右(6)左(7)右(8)1液柱高度位置水头压强水头速度水头总水头能鼠损失水头2液柱高度位置水头压强水头速度水头总水头能鼠损失水头能龟方程管径(mm)根拯测试数据和计算结來，在图4中绘出某-流届卜们努利方程的齐种水头线，并运用 能吊方程进行分析，解释各测点各种能头的变化规律

19、。可以看出，能杲损失沿着流体流动方 向是增人的；6点与8点比较，两点管径相同，所以动能头基本相同，但8点处的斥力能头 比6点处增人了，这是曲J：位置能转化而來的；2点与4点与比较，其位置能头相同，但4 点处点比2点的压力能头人，这是由管V径变粗：速度减慢，动能头转变为压力能头：4 点与6点比较，位置能头相同，但压力能头小了，可以明显看出，是斥力能头转化为速度能 头了。实验结果还清楚地说明了连续方程，对J：不町压缩流体稳定流动，当流彊定时，便径 粗的地方流速小，细的地方流速大。500 -400 .300 -200 -1000 1003005007009001100图4水头坡度图2)测速能磺方程实

20、验管上的四组测压管的任一组都相当J：一个皮托管，可测得管内的流体速度 由J本实脸台将总测压管宣J能届方程实验管的轴线，所以测得的动压头代衷了轴心处的坡 大流速。在进行能最方程实验的同时,就可以测定出各点的轴心速度和平均速度。测试的结果可 记入农5中，如果用皮托管求出所在截面的理论平均流速，可根据该截面屮心处的坡人流速. 雷诺数与平均流速的关系，参考有关流体力学求出。表5：I小=mmII2=mmIIIds=mmIVmm轴心速度u(m/s)平均速度U(m/s)速度比ll/U实验七 管路阻力实验1. 实验目的1) 观察和测定流体稳定地在的等直管道屮流动及通过阀门时的能杲损失情况。2) 掌握管道沿程阻

21、力系数和局部阻力系数的测定方法。3) 了解阻力系数在不同流态，不同雷诺系数卜的变化情况。2. 实验原理粘性流体在管路中流动受到两种阻力,即沿程阻力和局部阻力,产生相应的两种能量损 失，这两种损失分别用沿程阻力损失和局部阻力损失表示。(1)沿程阻力损失根据沿程阻力损失计算沿程阻力系数几：Ah ( = 2 x Lid xu212gA = 2gd/u1 x A/?z = 2gz2d5 /16LQxAh式中：d-试验管道内径，单位m厶一试验管道实验段长度，单位m0试验时的体积流量，单位nf相应的雷诺数：心%亠73%式中："实验工况下水的运动黏度，单位m%U试验工况卜水流的平均流速，单位m/s

22、(2)局部阻力损失进行此项实验时，被阀门两侧的压力信号在侧压板所拆的液柱差也，驶示出流体经 门时的能杲损失，由此，即可确定该阀门的局部阻力系数g=2g/，3实验前准备工作将实验各阀门置于关闭状态,开启实验管道阀门,将泵开启,检验系统是否有淤露:排 放导压胶管屮的空气。1) 等直径管道沿程阻力实验 开启水泵待压差稳定后，读取冇关数据，填入表6中。因此，调节不同的流昴，进行 不同的流最下的测试。 实验数据处理和分析将实验结果绘制在坐标系中，可以看出，在Re (2000 (LgRe=3.3)时，所得实验数据 均落在肖线几= 6%e附近，此时久仅与Rc有关，而与管壁的粗糙度无关，这与理论的推 导结果一

23、致。在2000<Re<4000( 3.3vLgRcv3.6 范围内，几值很不稳定。因为在此区间，流态可能是层流，也可能是紊流，是个过度区，从而出现这种现彖。当 4000 <Rc <8000(3.6<lgRc<3.9 )时，人部分实验数据落在2线久=0.3164/Re°25附近，这与拨拉休斯(H Blasius )给出的计算公式相吻合，这是因为实验管段采用的焊接 钢管，当量粗糙度为0.04-0.Io由丁水泵及试验台结构的限制，不能作出高雷诺数Rc与不同粗糙度管子阻力系数的关 系。2) 阀门阻力实验实验管的阀门为彼测阀门，压力损失信兮出导压管引入压差板

24、。调节不同流起，把测駅不同的流帚卜的能駁损失及有关的数据记入表6中.进行计算 后,即可获得阀门的阻力系数及其与雷诺数的关系。注意：1)用水柱压表计测量能量损失时,由于压差不稳定而容易产生误差，特别是在小流最，小压差下，误差会更人，因此耍多做几个工况才能准确。2)实验时，开关阀门要缓慢，否则会使紊流状态提前出现，从而影响实验结果。 表6试 序号流速测压管指标 (水柱mm)阻力 损矢A/iy局部 阻力 系数§备注水8(m3)时间(s)体积流最 (m'/s)平均流速 U (m/s)左侧右侧123121212123123实验八动量方程实验一、实验目的通过以卜两种方法验证也i定流磧方程

25、。1、射流对水箱的反作用力；2、射流对平板的作用力。二、实验装置（如图一）图一实验装置简图1. 实验水箱2.控制喷嘴3.高位水孔4.低位水孔5.碓码6.转动轴承7.档板&固插销9.水 平仪10.喷嘴11.水泵12水箱13扌肖水板14实验台支架三、实验原理及步骤1、射流对水箱的反作用力1）原理：以水箱水面1一1,出丨1断【何11一11及箱壁为控制面，对X轴列动杲方程：工Fx = Rx冬X i()“X)式屮：/?x水箱对水流的反作用力（N）；P 水的密度（Rg/r）；Q 流昴（F/s）：。02、“01动量修正系数,取;V1X-水箱水面的平均流速在X轴的投彫,取0；冬x -出I I断面的平均流速在X轴的投影（m/s）；由对转轴计口力矩 M二 Rx L=pQvL-pQL/Till2式中:L出丨1中心至转轴的距离（m）；d出丨1直径（m）；v出 I I流速（m/s）。移动平衡磁码得到实测力矩M。:M（） = G*A5 （N m）；式屮:G平衡祛码重量（N）：SS=S S o （m）；S。一未出流时（静态）平衡祛码至转轴的距