工程流体力学试验指导书

1、工程流体力学实验指导书过控教研室目录实验一沿程阻力损失实验1实验二局部阻力系数实验4实验三自循环水击综合试验 8实验一一沿程阻力损失实验、实验目的1、学会测定管道沿程水头损失系数入的方法。2、 分析圆管恒定流动的水头损失规律，验证在各种情况下沿程水头损失hf与 平均流速V的关系以及入随雷诺数Re和相对粗糙度ks d的变化规律。3、根据紊流粗糙区的实验结果，计算实验管壁的粗糙系数 n值及管壁当量粗 糙ks值，并与莫迪图比较。二、实验原理图3-1沿程阻力损失实验装置2 实验台3 回水管4水压差计1 自循环咼压恒定全自动供水器5测压计6实验管道7 电测仪8滑动测量尺9测压点10实验流量调节阀11供水

2、管与供水阀12旁通管与旁通阀管道沿程阻力由达西公式：13稳压筒hfd 2g得:2gdhfhfv210对于水平等直径圆管可得:K =：2gd5.8lhf =（口- P2）.hf由压差计和电测仪量测，低压差用水压差计量测；高压差用电子量测仪（电 测仪）量测。三、实验步骤1、实验准备(1) 检查实验装置，连接好实验设备。(2) 开启所有阀门，包括进水阀、旁通阀、流量调节阀。(3) 打开水泵防尘罩，接通电源。(4) 排气。测压架端软管排气：连续开关旁通阀数次，待水从测压架中经过即可。排气 完毕，打开旁通阀。若测压管内水柱过高，可打开测压架顶部放气阀，(所有阀门都打开，)水柱自动降落至正常水位，拧紧放气

3、阀。传感器端软管排气：关闭流量调节阀，打开传感器端排气阀，传感器内连续出水，关闭排气阀，排气完成。关闭流量调节阀，观察测压架内两水柱是否齐平，如果不平，找出原因并排除；如果齐平，实验准备完成，开始实验。2、层流实验(1) 全开进水阀、旁通阀、微开流量调节阀，当实验管道两点压差小于2cm(夏 天)3cm (冬天)时，管道内呈层流状态，待压力稳定，用体积法测定流量，同 时测量水温、测压管内压差。(2) 改变流量34次，重复上述步骤。其中第一次实验压差-：h = 0.50.8cm, 逐次增加:h = 0.30.5cm。3、紊流实验(1) 关闭流量调节阀，将电测仪读数(即管道两测点压差)调零。(2)

4、夹紧测压架两端夹子，防止水流经测压架。(3) 全开流量调节阀、进水阀，适当关小旁通阀开度，增大实验管道内流量， 待流量稳定之后，用重量法测定流量，同时测量水温、记录电测仪读数(即两测 点压差)。(4) 改变流量56次，重复上述步骤。其中第一次实验压差 h = 50100cm，逐次增加=h = 100150cm，直至流量最大。4、实验完成，打开所有阀门，关闭电源。四、实验记录1、有关常数实验台号No.圆管直径d =cm测量段长度1二cm常数 K = "gd5 81 =5 2-cm . s2、实验记录及计算表次序体 积V3cm时 间ts流量Q cm3/s流速Vcm/s水 温t?C粘度V2

5、, cm /s雷 诺 数Re压差cm沿程 阻力hfcm沿程 阻力 系数Re<232 0、64A =Reh1h212345673、绘图分析根据实验数据成果分别绘制IghfIgv曲线，并确定指数关系值的大小。在 厘米纸上以Igv为横坐标，以Ighf为纵坐标，点绘所测的IghfIgv关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线，求厘米纸上直线的斜率m二©血ghf1。Ig v2 -Ig Vi将从图上求得的 m值与已知各流区的 m值（即层流m = 1，光滑管流区 m =1.75，紊流过渡区1.75<m<2.0，粗糙管紊流区m = 2.0）进行比较，确定流区< 五、实验分析与

6、讨论1 本实验中，沿程阻力损失就是压差计的压差，如果管道有一定的倾角，压 差计的压差是否还是沿程阻力损失？为什么？2根据实测m值判断本实验的流区。3管道的当量粗糙度如何测得？4、若同一流体经两个管径相同、管长相同、而粗糙系数不同的管路，当流速 相同时，其损失是否相同？实验二局部阻力系数实验、实验目的1、掌握三点法、四点法量测局部阻力损失系数的技能；2、通过对圆管突扩局部阻力系数的表达式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证 与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径。3、加深对局部阻力损失机理的理解二、实验原理图6-1局部阻力系数实验装置图1 自循环供水器；2实验台；3泵；4恒压水箱；5

7、溢流板；6稳水孔板；7突然 扩大实验管段；8 测压计；9 滑动测量尺；10测压管；11突然收缩实验管段；12实 验流量调节阀1、有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变的尾部时，流动会分离形成剪 切层，剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡，平均流动能 量转化成脉动能量，造成不可逆的能量耗散。与沿程因摩擦造成的分布损失不同， 这部分损失可以看成是集中损失在管道边界的突变处， 每单位重量流体承担的这 部分能量损失称为局部水头损失。2、根据能量方程，局部水头损失这里我们认为因边界突变造成的能量损失全部产生在1-1, 2-2两断面之间，不再考虑沿程损失。上游断面1-1应取在由于边界的突变，

8、水流结构开始发生变化的渐变流段 中，下游2-2断面则取在水流结构调整刚好结束，重新形成渐变流段的地方。总 之，两断面应尽可能接近，又要保证局部水头损失全部产生在两断面之间。经过测量两断面的测管水头差和流经管道的流量，进而推算两断面的速度水头差，就可测得局部水头损失。3、局部水头损失系数是局部水头损失折合成速度水头的比例系数，即:当上下游断面平均流速不同时, 于突扩圆管就有：应明确它对应的是哪个速度水头？例如,之分。其它情况的局部损失系数在查表或使用经验公式确定时也应该注意这一 点。通常情况下对应下游的速度水头。4、局部水头损失系数随流动的雷诺数而变，即但当雷诺数大到一定程度后，v值成为常数。在

9、工程中使用的表格或经验公式中列出的'?就是指这个范围的数值。5、局部水头损失的机理复杂，除了突扩圆管的情况以外，一般难于用解析 方法确定，而要通过实测来得到各种边界突变情况下的局部水头损失系数。6对于突扩圆管的情况，局部水头损失系数有理论结果，推导如下：流动 经过突扩圆管的局部水头损失+吋1Y|取1-1, 2-2两断面如图，这里要特别注意1-1断面取为突扩开始的断面,2-2断面则取在水流结构调整刚好结束，重新形成渐变流段的地方。两断面面积 都为，而和则分别为细管和粗管中的平均流速。根据动量方程可知：（Pi +沔壮-（凸斗汽=吨9-叫“）所以有:2(Q2'勺C将其代入局部水头损失

10、的表达式，得:取L4总韶口的值均为i.o,则:可见:7、突扩圆管局部水头损失之所以能够导出上述解析表达式是因为：我们 假设1-1断面上的测管水头为常数；1-1, 2-2两断面的面积相等。而突缩圆管 的1-1, 2-2两断面必须分别取在粗管和细管中，这是由流动结构决定的，因此 突缩圆管的局部水头损失不能解析表达，只有经验公式：这里的丁对应下游，即细管中的速度水头。8、其它各种弯管、截门、闸阀等的局部水头损失系数可查表或由经验公式 获得。三、实验步骤1、认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。2、查阅用测压管量测压强和用体积法（手工、自动）量测流量的原理和步骤。3、对照实物了解仪器设备的使用方法

11、和操作步骤，做好准备工作后，启动抽 水机，打开进水开关，使水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。4、检查下游阀门全关时，各个测压管水面是否齐平面。如不平，则需排气调 平。5、开启下游阀门，待水流恒定后，观察测管水头的变化，正确选择实验配件 前后的量测断面，进行数据的量测，并登录到数据记录表的相应位置。6、将被测阀门开到30°，重复4、5、6步骤。7、将被测阀门开到45°，重复4、5、6步骤。8每组实验做三个实验点，且压差值不要太接近。四、实验记录d=cm开启度全开30°45°NOi23123123h5(cm)h6 (cm) m (cm)h7 (cm)h8

12、 (cm) h2 (cm)2 h2 - hi (cm)3V (cm )t (s)3Q (cm /s)v (cm/s)E五、实验分析与讨论1同一开启度，不同流量下，值应为定值或变值？2、不同开启度，如把流量调至相等，值是否相等？3、结合实验结果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系。4、结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突 缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减少局部阻力损失？实验三自循环水击综合试验、试验目的1、了解水击现象的产生原因及传物理过程;2、了解水击扬水原理；3、了解减少管路水击危害的方法。、试验装置（水击试验台LSJ-30）ft131415图

13、10-1水击试验台1恒压水箱；2水击扬水机出水管； 3气压表；4扬水机截止阀；5压力室6调压筒；7水泵；8水泵吸水管；9供水管；10调压截止阀；11水击发生阀；12逆止阀；13水击室；14集水箱；15实验桌三、试验原理本实验仪可用以演示水击传播、 水击扬水、调压筒消减水击工况，以水击压 强的测量。1水击的产生和传播水泵能把集水箱中的水送入恒压水箱中，恒压水箱设有溢流板和回水管，能 使水箱中的水位保持恒定。工作水流自恒定水箱经供水管和水击室， 再通过水击 发生阀和阀孔流出，回到集水箱。实验时，先全关调压截止阀和扬水机截止阀，触发水击发生阀时，当水流过水击发生阀时，水的冲出力使水击发生阀上移关闭而

14、快速截至水流，因而在供水管的末首先产生最大的水击升压， 并使水击室同时承受到这一水击压强。 水击升 压以水击波的形式迅速沿着压力管道向上游传播到达进口以后，由进口反射回来一个减压波，使供水管末端和水击室内发生负的水击压强。本实验能通过水击发生阀和逆止阀的动作过程观察到水击波的来回传播变 化现象。即水击发生阀关闭，产生水击升压，使逆止阀克服压力室的压力而瞬时 开启，水也随即注入压力室内，并可看到压力表随着产生压力波动。然后，在进 口传来的负水压作用下，水击室的压强低于压力室，使逆止阀关闭，同时，负水 压又使水击发生阀下移而开启。这一动作过程既能观察到水击波的传播变化现 象，又能使本实验装置保持往

15、复的自动工作状态，即当水击发生阀再次开启后， 水流又经过阀孔流出，回复到初始工作状态。这样周而复始，水击发生阀不断的 启闭，水击现象也就不断的重复发生。2、水击压强的定量观测水击可在极短的时间内产生很大的压强， 犹如重锤锤击管道一般，可造成管 道的破坏。由于水击的作用时间短，升压大，通常需用复杂而昂贵的电测系统作 瞬态测量，而本仪器用简便的方法可直接地量测出水击升压值。此法的测压系统是由逆止阀，压力室和气压表组成。水击发生阀每一开一闭都产生一次水击升压， 由于作用水头、管道特性和阀的开度均相同，故每次水击升压值相同。每当水击 波往返一次都将向压力室内注入一定水量， 因而压力室内的压力随着水量的

16、增大 而增大，一直到其值达到与最大水击压强相等时， 逆止阀才打不开，水流也不再 注入压力室，压力室内的压力也就不再增高。 这时，可以连接于压力室空腔的压 力表测量压力室中的压强，此压强即为水击发生阀关闭时产生的最大水击压强。3、水击的利用一水击扬水水击发生阀每关闭一次，在水击室内就产生一次水击升压，逆止阀随之被瞬 时开启，部分高压水被注入压力室，当扬水机截止阀开启时，压力室的水便经水 击扬水机出水管流向高处。由于水击发生阀的为断作用，水击连续多次发生，水 流亦一次一次地为断注入压力室，因而便源源不断把水提升到高处。这正是水击 扬水机工作原理，本仪器扬水高度为 37cm，即超过恒压供水箱的液体达

17、 1.5倍 的作用水头。4、水击危害的消除一调压筒（井）本仪器设有调压截止阀和调压筒组成水击消减装置。实验时关闭扬水机截止 阀、全开调压截止阀。然后手动控制水击发生阀的开与闭。由气压表可见，此时 水击升压最大值约为100mm汞柱，其值仅为调压截止阀关闭时值的 1/3。同时， 该装置还能演示调压系统的水位波动现象， 当水击发生阀开启时，调压筒中水位 低于供水箱（以下称库水位），而当水击发生阀突然关闭时，调压筒中的水位很 快涌高且超过库水位，并出现和竖立 U形水管中水体谅摆动现象性质相同的振 荡，上下波动的幅度逐次衰减，直至静止。四、实验步骤1、打开供水开关；2、启动水击发生阀：启动阀必须先向下推开，并使过水系统中的空气全部排出（打开调压筒截止阀可排出空气）。然后松手，阀11就会自动地往复上下运动， 时开时闭而发生水击。3、 测量水击压强：测量时，应全关闭阀10和4,且应关紧不漏水。4、 水击扬水实验：应全开阀4，全关阀10。5、 调压筒实验：应全关阀4,全开阀10。6、 流量调节：可通过调控可控硅无级调速器旋钮，改变流量大小。7、 其它注意事项：