流体力学实验指导书20151007

1、工工 程程 流流 体体 力力 学学实验指导与实验报告 姓姓 名：名： 学学 号：号：班班 级：级：西南科技大学制造科学与工程学院中心实验室二零一五年十月实验一实验一实验二实验二实验三实验三总成绩总成绩西南科技大学 流体力学实验指导书I目目 录录实验说明实验说明.ITXZH-3 型流体力学综合实验装置说明型流体力学综合实验装置说明.II一、装置组成一、装置组成.II二、实验内容二、实验内容.II三、实验台参数三、实验台参数.II四、实验装置组成四、实验装置组成.III实验一实验一 雷诺实验雷诺实验.1一、实验目的一、实验目的.1二、实验装置二、实验装置.1三、实验原理三、实验原理.1四、实验方法

2、与步骤四、实验方法与步骤.1实验报告一实验报告一 雷诺实验雷诺实验.41. 实验数据表实验数据表.42. 计算过程计算过程.43. 实验结果分析实验结果分析.54. 思考题思考题.5实验二实验二 伯努利方程实验伯努利方程实验.6一、实验目的一、实验目的.6二、实验装置二、实验装置.6三、实验原理三、实验原理.6四、实验方法和步骤四、实验方法和步骤.7五、实验数据记录五、实验数据记录.8实验报告二实验报告二 伯努利方程实验伯努利方程实验.91. 实验数据表实验数据表.92. 计算过程计算过程.93. 实验结果分析实验结果分析.104. 思考题思考题.10实验三实验三 文丘里实验文丘里实验.11一

3、、实验目的一、实验目的.11二、实验装置二、实验装置.11三、实验原理三、实验原理.11四、实验操作与步骤四、实验操作与步骤.12五、实验数据记录五、实验数据记录.12实验报告三实验报告三 文丘里实验文丘里实验.131. 实验数据表实验数据表.132. 计算过程计算过程.133. 实验结果分析实验结果分析.144. 思考题思考题.14西南科技大学 流体力学实验指导书I实验说明实验说明工程流体力学实验作为液压与气压传动课程的随课实验，开设该实验的目的是通过本实验的教学，使学生初步了解流体力学的研究方法，学习流体力学实验中有关参数（如温度、流量、水位、测压管水头、总水头等）的测量；培养学生观测实验

4、现象、正确记录与处理数据和运用所学知识分析实验结果的可靠性的能力。通过实验验证工程流体力学主要理论的正确性，巩固加深对这些理论的理解。培养学员严肃、认真的科学态度和严格、细致的工作作风。本实验包括三个基础实验，包括雷诺实验、努伯利方程和文丘里实验，所用学时为 2 学时，实验数据及实验报告要求如下：1） 实验过程中，认真观察实验现象，及时记录实验结果；2） 上交一份实验报告，包括实验中所作的三个实验内容；3） 实验报告应撰写清晰，数据处理过程详细；4） 允许双面打印，所有数据处理及记录都应手写。所有数据处理及记录都应手写。西南科技大学 流体力学实验指导书IITXZH-3 型流体力学综合实验装置说

5、明型流体力学综合实验装置说明流体力学是力学的一个独立分支，主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。流体力学研究的主要内容：（1）建立流体平衡和运动规律的基本方程；（2）确定流体流经各种通道时速度、压强的分布规律；（3）探求流体运动中的能量转换及各种能量损失的计算方法；（4）解决流体与限制其流动的固体壁面间的相互作用力。一、装置组成一、装置组成本实验装置主要由储水箱、实验水箱、自制简易毕托管、文丘里流量计、孔板流量计、涡街流量计、局阻阀门、水泵、压力表、压差传感器、功率表、气液分离器、测压系统管件、管道阀门、实验台及电控箱等组成。二、实验内容

6、二、实验内容TXZH-3 型流体力学综合实验装置可完成下述实验：实验一、雷诺实验 实验二、伯努利方程实验实验三、毕托管实验 实验四、沿程阻力实验(包括光滑管和粗糙管)实验五、局部阻力实验 实验六、文丘里实验实验七、孔板实验 实验八、突缩突扩演示实验实验九、离心泵实验三、实验台参数三、实验台参数实验台总尺寸：长宽高=2000mm590mm1900mm。潜水泵：型号 HQB-2500。增压泵：型号 PB088-EA。实验水箱：长宽高=370mm280mm400mm。实验管路 1：管径 202mm，测定粗糙管沿程阻力管长为 1m，测定阀门局部阻力管长为 0.17m，总长约 1.5m。可以完成粗糙管沿

7、程阻力实验。实验管路 2：总长约 1.5 m，管径 200.6mm，长约 0.84m；中间接有突扩突缩实验管，管径 401mm，长约 0.46m。可完成突缩、突扩现象的演示实验。实验管路 3：管径 202mm，测定光滑管沿程阻力管长为 0.7m，测定阀门局部阻力管长为 0.17m，总长约 1.5m。可以完成光滑管沿程阻力及局部阻力的测试实验。实验管路 4：管径 202mm，总长约 1.5m，实验管上装有孔板流量计和文丘里流量计，可以完成文丘里、孔板流量计的测试实验。实验管路 5：管内径 14mm，上管轴线高 225mm，中管轴线高 0.14m，下管轴线高西南科技大学 流体力学实验指导书III9

8、0mm，总长约 1.2m。可以完成毕托管测速及伯努利方程实验，实验水位：H=340mm 可调。实验管路 6：管内径 14mm，管长 1 m。可以完成雷诺实验。四、实验装置组成四、实验装置组成1. 系统一由水泵 P102 供水经管路 1、2、3 及 4 流入水箱 2 中，再返回到水箱 1 中循环使用。2. 系统二由潜水泵 P101 供水到实验水箱 3，水箱内液体分别由管路 5 和 6 流入水箱2，再返回到水箱 1 中循环使用。3. 雷诺实验中颜色水容器中的颜色水经显色剂调节阀门，进入管路 6，随管路 6 内的流动水一起流动，显示有色的流线；经节流阀 F1-4 流入到水箱 2 再返回到水箱 1 中

9、循环使用。当水箱 2 中水微红时，将消色剂储器中的消色剂（白醋）加入少量进其中，使有色水变清。4. 实验中基准水平面的选取：用本实验装置做以上各项实验时，其基准水平面一律选择为工作台面板的上平面。5. 实验装置流程如图 1-1 所示。图图 0-1 流体力学综合实验装置示意图流体力学综合实验装置示意图西南科技大学 流体力学实验指导书1实验一实验一 雷诺实验雷诺实验一、实验目的一、实验目的1观察液体流动时的层流和紊流现象，区分两种不同流态的特征。2测定临界雷诺数，加深对雷诺数的理解。3学习雷诺数用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。二、实验装置二、实验装置图图 1-1 雷诺实验流程雷诺

10、实验流程三、实验原理三、实验原理雷诺数是区别流体流动状态的无量纲数。对圆管流动，其下临界雷诺数 Rec为 23002320。小于该临界雷诺数的流体为层流流动状态，大于该临界雷诺数则为紊流流动状态。工程上，在计算流体流动损失时，不同的 Re 范围，采用不同的计算公式。因此观察流体流动的流态，测定临界雷诺数，是流体力学课程实验的重要内容。流体流速 (1-1)24Qd式中 Q流体流量，用容积法测量，m3/s；d管径，本实验装置中 d0.0158(m)。雷诺数 (1-2)Red式中 流体运动粘度，；4220.0177510 (/ )1 0.03370.000221msttt水温，。四、实验方法与步骤四

11、、实验方法与步骤1观察两种流态：观察两种流态：1)准备工作：（量杯、秒表、准备工作：（量杯、秒表、管径管径 d0.0158(m)）西南科技大学 流体力学实验指导书2关闭水箱 1 的排水阀 F2-2，将循环水箱 1 加水至约 2/3 处；消色：将白醋加到消色剂容器中对水消色；关闭颜色水流量调节阀，将配置好的颜色水（酚酞、氢氧化钠、水的混合物，配比可视水质情况而定，其中水最好为去离子水）加入到颜色水容器中至液位约 2/3 处。调节溢流杯的位置，使上杯沿口位于 250mm 处。2)排气及实验操作：排气及实验操作：打开阀门 F1-1、F1-2、F1-4，其余阀门闭合，启动潜水泵 P101，使实验水箱充

12、水至溢流水位，排出管路中的空气；排气结束后，调节阀 F1-1，使实验水箱始终保持微溢流状态，以保证管路 6 进水的稳定度；待稳定后，微微开启阀 F1-4 和颜色水流量调节阀，注入颜色水于管路 6 内，使颜色水线呈一条直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态；显色剂经导入管注入管路 6，调节阀 F1-4 和颜色水流量调节阀，使颜色水流线形态清晰可见，观察颜色水线的状态变化(稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等全散开等)。然后逐渐开大节流阀 F1-4，观察颜色水直线的变化，记录层流转变为紊流的水力特征。待管中出现完全紊

13、流后，再逐步关小节流阀 F1-4，观察由紊流转变为层流的水力特征 (显色剂的流量也应根据节流阀显色剂的流量也应根据节流阀 F1-4 的开度大小相应调大或调小的开度大小相应调大或调小) 。视水箱 2 内颜色是否变红，通过消色剂流量调节阀加入适量消色剂。2测定下临界雷诺数：测定下临界雷诺数：将阀 F1-4 打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小节流阀使流量减小。当流量调节到当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一条稳定直线时，即为下临界状态；使颜色水在全管刚呈现出一条稳定直线时，即为下临界状态；待管中出现临界状态时，用容积法容积法测出流量（使用量杯和秒表测量） ；测记恒压水箱内水温计读数(以备计算水的运动

14、粘度 )；根据所测流量，计算出管中的平均流速，并根据所测的实验水温求出水的运动粘度，求出下临界雷诺数 Rec，并与公认值比较。若偏离过大，需重测。重测步骤与上述 1)4)的操作相同，根据重测数据再次计算 Rec值，直到 Rec的值在20002300 之间。3实验结束后断开电源，整理实验台。注意事项：注意事项：每调节阀门一次，均需等待稳定 5 分钟；关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；颜色水由氢氧化钠水溶液和酚酞配比而成，因氢氧化钠具有很强的腐蚀性，使用时西南科技大学 流体力学实验指导书3请注意安全，如皮肤接触到，请用大量清水冲洗；4随出水流量减小，应适当调小进水节流阀 F1-1 的开度，以减小

15、溢流量引发的扰动。五、实验数据记录五、实验数据记录仪器编号： 有关常数：管径 ， 水温 ，运动粘滞系数 dcmTCscm /2表表 1-1 雷诺实验记录表雷诺实验记录表序号颜色水形态颜色水形态计量体积计量体积 V(mL)计量时间计量时间 (s)雷诺数雷诺数1西南科技大学 流体力学实验指导书4实验报告一实验报告一 雷诺实验雷诺实验学号姓名班级日期指导教师成绩同组同学1. 实验数据表实验数据表仪器编号： 有关常数：管径 ， 水温 ，运动粘滞系数 dcmTCscm /2表表 1-1 雷诺实验记录表雷诺实验记录表序号颜色水形态颜色水形态计量体积计量体积 V(mL)计量时间计量时间 (s)雷诺数雷诺数1

16、2. 计算过程计算过程选取一组数据进行计算，写出完整的计算过程，其余计算结果列表格展示：西南科技大学 流体力学实验指导书5表表 1-2 雷诺实验结果表雷诺实验结果表序号颜色水形态颜色水形态计量体积计量体积 V(mL)计量时间计量时间 (s)雷诺数雷诺数13. 实验结果分析实验结果分析（对得到的实验结果进行分析讨论；主要分析雷诺数与流动形态之间的关系。 ）4. 思考题思考题为什么颜色水的形态不稳定影响，实验效果的原因有哪些？ 实验水箱内中间隔板的有何作用？西南科技大学 流体力学实验指导书6实验二实验二 伯努利方程实验伯努利方程实验一、实验目的一、实验目的1验证流体恒定流动时的总流伯努利方程；2进

17、一步掌握有压管流中，流动液体能量转换特性；3掌握流速、流量、压强等动水力学水流要素的实际量测技能。二、实验装置二、实验装置 图图 2-1 伯努利方程实验流程图伯努利方程实验流程图实验管路 5：管内径 14mm，上管轴线高 225mm，中管轴线高 140mm，下管轴线高90mm，总长约 1.2m。可以完成毕托管测速及伯努利方程实验，实验水位：H=340mm 可调。三、实验原理三、实验原理液体流动时的机械能，以位能、压力能和动能三种形式出现，这三种形式的能量可以互相转换，在无流动能量损失的理想情况下，它们三者总和是一定的。伯努利方程表明了流动液体的能量守恒定律。对不可压缩流体恒定流动的理想情况，总

18、流伯努利方程可表示为： (C 为常数) (2-1)221 1222222ppzCgggg 11z对实际液体要考虑流动时水头损失，此时方程变为： (2-2)221 122221 22211zfppzhgggg 式中 z1、z2 流体位压头，m；流体静压头，m；pg西南科技大学 流体力学实验指导书7流体动压力，m；22g流体密度，kg/m3；g重力加速度，m/s2；1、2流体平均流速，m/s；hF2-2两个过流断面之间的单位重量流体的水头损失，m；以热能的形式消失掉的，在管路中是不能再恢复的。1、2动能修正系数，无量纲。选测压点 2、4、6、8、10，从相应各测压管的水面读数测得值，并分别计算各z

19、pg测点速度水头，并将各过流断面处的与相加。22gzpg22g 值(动能修正系数)可参考表 2-1，根据雷诺数 Re 的范围确定。雷诺数雷诺数 Re41032.31041.11051.1106最大速度与平均速度之比最大速度与平均速度之比max1.261.241.221.17动能修正系数动能修正系数 1.111.071.061.03表表 2-1 水力光滑管紊流速度分布规律及动能修正系数水力光滑管紊流速度分布规律及动能修正系数说明说明（1）各测量截面上的两个测压管，）各测量截面上的两个测压管， 一个测压管测定的是相应截面的总水头线，另一一个测压管测定的是相应截面的总水头线，另一个测压管测定的是同一

20、截面上的测压管压头个测压管测定的是同一截面上的测压管压头，把这些实验数据直接记入实验记录表，把这些实验数据直接记入实验记录表zpg的相应栏目中。的相应栏目中。（2）测速：）测速：能量方程试验管上的四组测压管的任一组都相当于一个毕托管，可测得管内任一点的流体点速度，本试验已将测压管开口位置在能量方程试验管的轴心，故所测得的动压为轴心处的，即最大速度。毕托管求点速度公式： ghVB2利用这一公式和求平均流速公式（FQV/）计算某一工况各测点处的轴心速度和平均流速。四、实验方法和步骤四、实验方法和步骤1准备工作：关闭水箱 1 的排水阀 F2-2，将水箱 1 加水至约 2/3 处，调节溢流杯上沿口至

21、340mm 处。2排气及实验操作：打开阀门 F1-1、F1-2、F1-3，其余阀门闭合，启动潜水泵P101， 使实验水箱充水至溢流水位，排出管路中的空气。排气结束后，关闭阀 F1-3，调节阀 F1-1，使实验水箱始终保持微溢流状态，检查测压管 110 水面是否平齐(以工作台面为基准)。如不平，则应仔细检查，找出故障原因(连通管受阻、漏气、有气泡) ，并加以排西南科技大学 流体力学实验指导书8除，直至所有测压管水面平齐。3打开节流阀 F1-3，观察测压管 2、4、6、8、10 的水位变化趋势，观察流量增大或减小时测压管水位如何变化。4当节流阀 F1-3 的开度固定后，记录各测压管液位高度，同时用

22、体积法测量出管路5 中的流量。5测记实验水箱实验水温(以备计算 用)。6记录测压管 2、4、6、8、10 的液位高度，并记录于表 2-2 中。6改变流量再做一次。7实验结束后断开电源，整理实验台。五、实验数据记录五、实验数据记录仪器编号： 有关常数：管径 ， dcm表表 2-2 测压管高度表测压管高度表 12345678910测点编号H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10V（ml）T(s)流量 3/ms直径（mm）速度（m/s）1实验次数2西南科技大学 流体力学实验指导书9实验报告二实验报告二 伯努利方程实验伯努利方程实验学号姓名班级日期指导教师成绩同组同学1. 实验数据表实验数据表仪器编

23、号： 有关常数：管径 ， 液面高度： mmdcm表表 2-1 测压管高度记录表测压管高度记录表 12345678910测点编号H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10V（ml）T(s)流量 3/ms直径（mm）速度（m/s）1实验次数2表表 2-2 动能修正系数动能修正系数 测点编号项目12346678910管中内径（mm）点速度 Vs（m/s）平均速度（m/s）动能修正系数 （查表）2. 计算过程计算过程选取一组数据，写出完整的计算过程，其余计算结果列表格展示：西南科技大学 流体力学实验指导书10表表 2-3 伯努利实验记录表伯努利实验记录表246810流量3/ms测压管压头（测压管读数）

24、zpg速度水头22g总压头（计算值）22pggz压头损失 hf1测压管压头（测压管读数）zpg速度水头22g总压头（计算值）22pggz2压头损失 hf测点编号液柱高或差工况序号西南科技大学 流体力学实验指导书11能量方程实验管中心线距基准线的高度(位压头)z (mm)3. 实验结果分析实验结果分析（对得到的实验结果进行分析讨论）4. 思考题思考题1测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？2流量增大时，测压管水头线有何变化？西南科技大学 流体力学实验指导书12实验三实验三 文丘里实验文丘里实验一、实验目的一、实验目的1掌握流量计性能测试的一般实验方法；2验证文丘里流量计的孔流系数 C

25、v与雷诺数 Re 的关系曲线。二、实验装置二、实验装置图图 3-1 文丘里流量计校核流程图文丘里流量计校核流程图三、实验原理三、实验原理流体流过文丘里流量计时，都会产生一定的压差，而这个压差与流体流过的流速存在着一定的关系。对非标准化的各种流量仪表在出厂前都必须进行流量标定，建立流量刻度标尺（如转子流量计） 、给出孔流系数（如涡轮流量计） 、给出校正曲线（如孔板流量计） 。使用者在使用时，如工作介质、温度、压强等操作条件与原来标定时的条件不同，就需要根据现场情况，对流量计进行标定。1文丘里流量计的标定流体在管内的实际流量 V实可用体积法测量。文丘里流量计测得的流量 Q理可用以下公式计算： (3

26、-1)0.4996QgRl 理式中 Q理文丘里流量计的计算流量，m3/h。R文丘里流量计的压差读数（R=R11-R12） ，m。2孔流系数 CV与雷诺数 Re 关系测定流体在管内的流量和被测流量计的压差 R 存在如下的关系： (3-2)224VV CdgR=于是文丘里流量计的孔流系数 (3-3)242VVCdgR式中 d文丘里流量计的孔径，本实验中文丘里流量计喉径本实验中文丘里流量计喉径 d=0.010618m；Cv文丘里流量计的孔流系数；g重力加速度，g=9.807m/s2。西南科技大学 流体力学实验指导书13又知 (3-4)Redu式中 Re雷诺数；d流体管径，本实验中本实验中 d =0.016m；u水管内流体流速， （m/s） ； 流体的运动粘度， （m2/s） 。其中 (3-5)24Vud根据实验所测到的 R 和流量 V 值，即可算出一系列的 CVRe 值，将这些计算结果分别标绘在单对数坐标纸上（Re 取对数坐标）取对数坐标） ，便可得到 CvRe 关系曲线。四、实验操作与步骤四、实验操作与步骤1准备工作：关闭阀 F2-2，将水箱 1 加水至约 2/3 处。