西南交大工程流体力学实验参考数据与数据处理

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页流体静力学实验一、实验目的和要求1、控制用测压管测定流体静压强的技能。2、验证不可压缩流体静力学基本方程。3、通过对流体静力学现象的实验分析，进一步加深基本概念。二、实验仪器和设备静水压强测定仪,装置如图所示。1234512345三、实验原理重力作用下流体静力学基本方程为：式中，z为单位分量液体的位能，也称位置水头；p/ρg为单位分量液体的压能，也称压强水头。倘若自由表面压强p0与当地大气压pa压强相等时，液体内任一点相对压强可表示为：式中h为液体自由表面下任一点液体深度。四、实验步骤1、记录A、B点位置标高。2、打开电源开关，按下减压按钮，同时看见测压管，使水箱形成一定的负压，然后松开按钮，待测压管水位稳定后，读取1～5号测压管读数。3、按下常压按钮，同时看见测压管，使水箱为常压状态，然后松开按钮。4、按下升压按钮，同时看见测压管，使水箱形成一定的正压，然后松开按钮，待测压管水位稳定后，读取1～5号测压管读数。5、按下常压按钮，使水箱液面恢复常压状态。五、实验原始记录1、记录有关常数A点位置标高=0㎝,B点位置标高=3㎝2、记录测量值管号次数各测压管液面标高读数（㎝）123451p0>pa27.332.639.427.422.02p0<pa19.338.034.519.222.0六、实验数据计算计算在上述两次测定（p0>pa和p0<pa）中的A点、B点及水箱液面的绝对压强和相对压强。答：(1)当p0>pa时：绝对压强：相对压强：(2)当p0<pa时：绝对压强：相对压强：2、按照计算结果验证：当p0>pa和p0<pa时：答：当p0>pa时：即当p0<pa时：即3、计算测压管2和3在p0>pa和p0<pa时有色液体的重度γ/。当p0>pa时：当p0<pa时：七、实验结果分析及思量题回答1、如经过2号管液面取一水平面，则水平面上各点液体（分离在1、2、3、4、5号管上）哪些是处在同一等压面上?答：2、3在同一等压面上，1、4、5在同一等压面上。2、当p0>pa和p0<pa时，4、5号管水面标高差分离表示什么?答：当p0>pa时，4、5号管水面标高差表示水箱液面相对压强。当p0<pa时，4、5号管水面标高差表示水箱液面的真空值。文丘里流量计实验一、实验目的和要求1、通过测定流量系数，控制文丘里流量计测量管道流量的技术。2、控制气—水多管压差计测量压差的技能。二、实验仪器和设备文丘里实验仪、量筒、秒表三、实验原理如下图所示：文丘里管前1-1断面及喉管处2-2断面，该两处截面面积分离为A1、A2，两处流速分离为v1、v2。d2112d21122d1文丘里管前1-1断面喉管处2-2断面（1）及延续性方程：即： （2）由（1）、（2）两式联立可得：（3）式中，K为文丘里流量计常数 △h为两断面测压管水头差由式（3）算得的流量为不考虑阻力的理论流量，即Q＝Q理论，而实际通过的流量Q实际恒小于Q理论，引入一无量纲系数对所测流量Q理论举行校正。即：（4）式（4）中的为文丘里管的流量系数。通过实验测得实际流量Q实际及水头差△h，便可以测得文丘里管的流量系数（5）四、实验步骤1、记录各有关实验常数。2、打开电源开关并打开调节流量阀，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数h1、h2、h3、h4，并用秒表、量筒测定流量。3、逐次改变调节流量阀，改变流量，重复步骤2，注重调节阀门要缓慢，要使测压管内有水柱。4、把测量值记录在实验表格内，并举行有关计算。5、实验结束，关闭电源开关。五、实验原始记录1、记录有关常数d1=1.40㎝,d2=0.70㎝2、记录测量值次数测压管读数水量V（㎝3）测量时光t（s）h1（㎝）h2（㎝）h3（㎝）h4（㎝）145.67.538.44.46834.7242.411.533.37.27325.8337.316.329.810.37507.0435.718.228.912.47217.3533.720.126.415.27468.8632.122.124.617.76689.5730.124.422.420.567014.1829.525.221.921.769719.4六、实验数据计算1、计算原理Q实际的测量主意是体积法，计算公式为：，V、t的值见上表。气—水多管压差计测得的测压管水头差为： ，其中h1、h2、h3、h4的值见上表。Q理论的值由式（3）算得，文丘里管流量系数由式（5）算得。2、计算结果K＝17.597㎝2.5/s次数Q实际（㎝3/s）（㎝）Q理论（㎝3/s）1145.3272.1149.420.972126.2157.0132.910.953107.1440.5111.990.96498.7734.0102.610.96584.7724.887.630.97670.3117.072.550.97747.527.648.510.98835.934.537.330.96取文丘里管流量系数的平均值得：＝0.965七、实验结果分析及思量题回答1、为什么计算流量Q理论与实际流量Q实际不相等？答：因为实际流体在流动过程中受到阻力作用、有能量损失（或水头损失），而计算流量是假设流体没有阻力时计算得到的，所以计算流量恒大于实际流量。2、若文丘里流量计不是水安全装、其计算流量公式是否要改变？为什么？答：计算流量公式不变。因为若文丘里流量计不是水安全装的，使得式（3）中的z值变化，而测压管水头是不变的，所以计算流量式（3）不变。管路沿程水头损失实验一、实验目的和要求1、控制管道沿程阻力系数λ的测量技术。2、通过测定不同雷诺数Re时的沿程阻力系数λ，从而控制λ与Re等的影响关系。二、实验仪器和设备沿程阻力实验仪、电子测量仪、天平秤、秒表、温度计、水桶三、实验原理由达西公式，可得到：（1）式（1）中：d为管道直径，L为研究管段的长度，hf为管段沿程水头损失，由电子测量仪测量，v为断面平均流速，可通过测流量和时光的主意求得。雷诺数Re值为 （2）式（2）中，为运动粘度，由流体的温度计算。四、实验步骤1、记录各有关实验常数。 2、打开有关阀门，接通电源，启动水泵。3、把调节流量阀门开到最大，待水流稳定后，记录电子测量仪读数及管道出口处的水温，再用水桶接一定量水，同时用秒表计时，然后用天平秤量水的质量，记下有关数据。4、逐次调节流量阀门，使流量逐次变小，把测量值记录在实验表格内，并举行有关计算。5、实验结束，关闭电源开关。五、实验原始记录1、记录有关常数管径d＝0.69㎝，测量段长度L＝85㎝，水温t＝31℃运动粘度7.86×10-3㎝2/s记录测量值次数水质量m（㎝）测量时光t（s）沿程损失hf（㎝）13.5412.176023.7013.567233.4613.461142.9412.650152.8013.043162.9414.310672.8915.235182.7816.030092.7416.3283102.8819.4223112.6819.8195122.5321.4156132.3824.2108142.0524.977152.1543.532

六、实验数据计算次数流量Q(㎝3/s)流速v(㎝/s)沿程损失hf(㎝)沿程损失系数雷诺数Re(×104)lg(100)Lg(Re)1292.56782.877600.01976.8720.29444.83702274.07733.416720.01996.4380.29884.80873258.21690.956110.02046.0650.30964.78284233.33624.395010.02055.4810.31184.73885215.38576.364310.02075.0600.31604.70416205.59550.164060.02144.8300.33044.68397190.13508.783510.02164.4660.33444.64998173.75464.953000.02214.0820.34444.61089168.10449.822830.02223.9490.34644.596410145.88390.362230.02333.4270.36734.534911135.35362.201950.02373.1800.37474.502412118.22316.361560.02482.7770.39444.44351398.35263.171080.02482.3100.39444.36361482.33220.31770.02531.9340.40314.28641549.42132.26320.02911.1610.46394.0648七、实验结果分析及思量题回答1、绘制～Re曲线图 lg(100)lg(Re)从上图可见，各实验点的连线近似直线，即与Re的关系为线性关系。再从～Re所在区域Re的值来考虑，可知曲线～Re处于光洁管区。如在同一管道中以不同液体举行实验，当流速相同时，其水头损失是否相同？答：由沿程水头损失式 可知，在同一管道中以不同液体举行实验，当两液体流速相同时的水头损失只与沿程损失系数有关。而影响的因素有两种，即雷诺数Re和管道相对粗糙度，两流体的雷诺数Re是不同的，相对粗糙度是相同的。当流体处于层流区、层紊过渡区、或水力光洁区时，沿程损失系数只与雷诺数Re有关，所以水头损失hf不同。当流体处于过渡粗糙区时，沿程损失系数与雷诺数Re及相对粗糙度都有关，所以水头损失hf不同。当流体处于水力粗糙区时，沿程损失系数只与相对粗糙度有关，所以水头损失hf相同。3、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，其水头损失是否相同？答：由沿程水头损失式 可知，同一流体经两个管径相同、管长相同的管路，当流速相同时的水头损失只与沿程损失系数有关。此时两流体的雷诺数Re是相同的，而相对粗糙度是不同的。当流体处于层流区、层紊过渡区、或水力光洁区时，沿程损失系数只与雷诺数Re有关，所以水头损失hf相同。当流体处于过渡粗糙区时，沿程损失系数与雷诺数Re及相对粗糙度都有关，所以水头损失hf不同。当流体处于水力粗糙区时，沿程损失系数只与相对粗糙度有关，所以水头损失hf不同。4、有两根直径、长度、绝对粗糙度相同的管路，输送不同的液体，当两管道中液体雷诺数相同时，其水头损失是否相同？答：因为沿程水头损失式 中，影响沿程损失系数的因素：雷诺数Re相同，管道相对粗糙度相同，所以沿程损失系数值相同。又由雷诺数式可知在Re、d相同，不同时，两流体的流速v不相同。而且两根流体管径d、长度L相同，所以无论两流体在哪个区，它们的水头损失都不同。宽顶堰溢流实验一、实验目的和要求1、看见宽顶堰的水流现象。2、控制测定无侧向收缩宽顶堰流量系数的技能。。二、实验仪器和设备明渠水槽、测针、宽顶堰、三角堰三、实验原理（1）宽顶堰流量系数m的计算公式：（1）式中：Q为宽顶堰流量，由三角堰测量；b为堰宽；H0为堰上作用水头，计算式为：，其中H为堰顶水头，计算式为：；v0为明槽进口处断面平均流速，其计算式为：。详细各个量如图所示。（2）流量Q通过三角堰测量，流量公式为：，A、B为率定常数，标明于设备上，h为三角堰溢流水位，，如图所示： 四、实验步骤 1、记录各有关实验常数2、打开电源开关，启动水泵。3、调节流量阀门和下游尾门开度，使之形成堰下自由出流，用测针测量上游堰底高程和堰顶高程，待水流稳定后，测量宽顶堰上游水位和三角堰上游水位。4、调节阀门开度，改变流量，注重仍要形成自由出流，重复步骤3。5、实验结束