环境流体力学实验指导书

试验一静水压强试验〔一〕试验目的p=p0+γh的理解；Z+p/γ=常数。〔二〕仪器设备E及测压管组成〔1-。〔三〕试验原理依据水静力学根本方程式：p=p0+γh式中：P——被测点的静水压强；P0——水箱中水面的外表压强；γ——液体重度；h——被测点在外表以下的竖直深度。该点在液面下的竖直深度。〔四〕试验步骤1、翻开密封水箱Ea，此时水箱内水面上的压强p0=pa。观看各测压连通管内液面是否平齐，假设不齐则检查各管内是否堵塞并加以勾通。2A点、BZ、Z。A B3aF至肯定高度，此时外表压P0＞aI〔I=1、2、3、4、并记入表中。4P0＞Pa的条件下，转变长方形小水箱F2-3次。5、翻开空气阀门a，使水箱内的水面上升，然后关闭空气阀门a，下降长方形小水箱。6P0＜Pa2-3次。Z=Z=AZ=BP＞P0aP＜P0a次▽1▽2▽3▽4▽5数12341234试验二 伯努利方程式的验证一、试验目的柏努利方程；2．观看不行压缩流体在管内流淌时流速的变化规律，并验证伯努利方程；观看各项压头的变化规律；加深对流体流淌过程根本原理的理解。二、试验原理位质量流体为衡算基准，则对确定的系统即可列出机械能衡算方程：1gZ u2 p gZ u2 11 2 2

(1)1 2 2 2 f假设以单位重量流体为衡算基准时，则又可表达为p12Z u2 p Z u Hp121 2 2

(2)1 2g g 2 2g g f当流体为抱负液体时，于是式(1)和(2)可简化为u2 p u2 pgZ11gZ 2 2 (3)1 2 2 2 u2 p u2 pZ1 1Z 2 2 (4)1 2g g 2 2g g当液体流经的系统为一水平装置的管道时，则(1)和(2)式又可简化为u2 p u2 p 1 12 2 2 2

(5)u2 p u2 pZ 1 1Z 2

(6)1 2g g 2 2g g f当流体处于静止状态时，则(1)和(2)式又可简化为gZ p1 1

/ gZ2

p /2

(7)Z1 p1/g Z2 p2/g (8)三、试验装置及流程稳压水槽 2.试验导管 3.出口调整阀4.静压头测量管 5．冲压头测量管四、试验步骤出，使槽内液面平稳不变，最终，设法排尽设备内的气泡。1．关闭试验导管出口调整阀，观看和测量液体处于静止状态下个测试点〔a、b和c三点〕的压强。2．开启试验导管出口调整阀，观看比较液体在流淌状况下测试点的压头变化。头、动压头和损失压头。试验过程中必需留意如下几点：(2)开启进水阀或调整阀时，肯定要缓慢，并随时留意设备内的变化。试验过程中需依据测压管量程范围，确定最小和最大流量。为观看测压管的液柱高度，可在临试验测定前，向各测压管滴入几滴红墨水。五、试验记录测量并记录试验根本参数试验导管内径： dA=20mm；dB=30mm；dC=20mm;试验系统的总压头： h= mmH2O非流淌体系的机械能分布及其转换验证流体静力学方程：密度各测试点的静压头各测试点的静压强Τ/℃ρ/kgm-3p/ρgAp/ρgBp/ρgCp/PaAp/PaBp/PaC试验三雷诺试验〔一〕试验目的流淌有感性生疏。2、理解判别流淌状态的无量纲准则数——雷诺数的意义，测量上临界雷诺

Rec。〔三〕试验原理建立了一个判别流态的无量纲准则数——雷诺数。Vd VdRc v〔cm/s〕;d——试验管段管径〔c；v——流体运动粘性系数〔cm2/s〕水的运动粘性系数与温度的关系为：0.0178υ10.337t0.000221t2t—水的温度〔℃〕不管什么性质的流体ρυ，也不管在直径d〕平均流速〔V〕流淌，凡Re〈2300的流淌就是层流，当Re＞2300的流淌就是紊流。Re＞13800流，此雷诺数称为上临界雷诺数Re’c。相反，由紊流变成为层流的雷诺数为下Rec。〔四〕试验步骤1、翻开供水阀，保证水箱有适当的溢流水，水位能维持稳定。层流。3、渐渐微启调阀〔增大流速时，记录水温，测量流量〔由浮子流量计读值～Re曲线查得该流ReReRe数即为上临界雷诺数Re’c。4、当再开大调整阀时，色液就集中到整个管内。5Q～ReReReRe数即为下临界雷诺数Rec。当再稍微关小调整阀时，会再次呈现笔直的色线，此即为层流。〔五〕试验报告流态Q流态Q计算VReRe层流→紊流紊层→层流试验管径d= 水温t= ℃0.0178υ=

1+0.337t+0.000221t2

= cm2/sRec数值的因素。〔六〕思考争论题1、为什么在试验中必需用一个保持溢流的恒水位箱？2、破坏层流的主要物理因素是什么？3、为什么上、下临界雷诺数不同，其影响因素是什么？试验四管道沿程阻力试验〔一〕试验目的1、在管壁相对粗糙度〔ε/d〕肯定时，确定管路沿程阻力系数λ值和雷诺Re的关系；2、了解影响沿程阻力因素。〔二〕试验装置及设备流量由量筒和秒表测定。〔三〕试验原理hf由达西公式表示：hf式中：λ——沿程阻力系数；

LV2=λd2g

(m)——测量管段长度〔m；d——测量管段管径——测量管段平均流速〔m/s。由上式可知，只要打算了沿程阻力系数λ，计算沿程损失的问题就解决了。但是，沿程阻力系数λ是雷诺数〔Re=Vd〕和管壁相对粗糙度〔ε/d〕的函数，v即λ=f〔Re，ε/d。它只能是试验数据整理而成的试验曲线或阅历公式。由于教学试验条件限制，只能就一种特定ε/d的管道〔铜管Re数下做假设干个试验点，求得相应的沿程阻力系数λ，即可绘成一条λ=f〔Re〕曲线。这条曲线的某一段可以用一个数学式表示，这就得到通常所承受的阅历公式。V和这一段试验管的沿程hf，按上式可算出λ。QFV=4Q；沿程阻力系数λ，d2依据前式有：

2gdhλ= LV2

d5h=12.103 fLQ2雷诺数由下式计算：〔四〕试验步骤

Re=Vdv1、开启水泵，并开关适当的阀门，让水按图示的流程流淌。下降过程中即可排解水位计内的气泡。置。调整两水位计标尺，使静止水位具有一样示值。动摆头，用量筒和秒表测定测量，将结果填入下表。15次。〔五〕试验报告1、记录下数据，并将实测数据及其结算结果列入下表：表4-1 沿程阻力系数测定结果表序号水位计示值(mmH2O)差值进口序号水位计示值(mmH2O)差值进口出口(hr)升)流量时间)Q*10-6〔m3/s〕(℃)Re100λ12234567891011121314153、据试验数据，绘制λ=f(Re)曲线。由于λ值较小，故在用对数坐标纸绘100λRe值。4、从试验结果中得到什么？从试验曲线λ==f(Re)推断流淌是在层流区，还是在光滑管区？〔六〕思考争论题1、为什么要排解试验管段和水位计内的空气？2、影响试验点数据的主要因素是什么？如何提高测量精度？试验五 管道局部阻力系数的测定〔一〕文丘里流量计试验试验目的〔1．测定文丘里流量计的流量系数。〔2．验证伯努利方程的正确性。设备简图试验原理在文丘里流量计入口I~I断面，在其喉部收缩段处取Ⅱ~Ⅱ断面，由于流量〔不计水头损失：p av2 p av2

Z 1 11 Z1 g 2g 2

2 2 2g 2g其中： ZZ1 2

vAvAQ1 1 2 2〔2〕令： aa 11 2解〔1〔2〕两式可得计算流量的公式如下：21(A21(A)22A12gpp1g2d22g2gpp1g21(d1(d2)4d1

为两断面测压管水头差，亦即测压计内的液面高差△h。1 2gd221(d21(d2)4d12gh〔1h上式可写成〔2〕

QkhQ。Q0一般要QQ0用体积法测定。0Qt0〔3〕为t时间内，水由管道流入计量箱内的体积。如令〔4〕则μ1的数，称为流量系数。

0QQQ本试验的目的就是用试验的方法确定流量系数μ的具体数值。试验步骤〔1〕预备工作：d1，d2k值。〔Q=将橡胶管内空气排尽，使两测压管的液面处于水平状态，方能进展试验。1、2为试验阀门。可先调至较小开度。④文丘里流量计收缩断面〔2胶管灌满水，才能进展试验，否则往里进气。2.进展试验：1、2测压管内应消灭较小高差。1，使压差调到最大〔2号测压管中液位降得太低可关2，使液位抬高。如测压计中液位太高，可用压气球加压，压低液位。留意事项：如消灭测压管冒水现象，不必慌张，可把阀门2全开、或停泵重做。报告要求结论与争论等多项内容。试验报告一律用流体力学试验报告用纸书写。争论题影响流量系数的因素是什么？〔二〕局部阻力系数的测定〔例〕——开启阀门，突然变大，突然变小，弯头〔自选〕试验目的测定阀门不同开启度时〔全开、30º、45º三种〕的阻力系数。把握局部水头损失的测定方法。设备简图试验原理在本试验中伯努利方程式可表示如下：P v2 P v2Z 11 Z 22 h1 g 2g 2 g 2g W其中： ZZ1 2vv1 2对测点1、2 两断面列伯努利方程式，可求得阀门的局部水头损失及22(L21

L)hw1表示：ph 1pw1

p2hg 1

〔1〕〔