流体力学基础实验指导书 - 图文

流体力学基础实验指导书

编写：张进

审核：何国毅、史卫成

南昌航空大学

飞行器工程学院飞行器设计与工程系

实验一 不可压缩流体定常流能量方程实验

（伯努利方程实验）

一、实验目的要求

1．验证不可压定常流的能量方程；

2．通过对流体动力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中的能量转换特性；

3．掌握流速、流量、压强等流体动力学水力要素的实验量测技能。

二、实验装置

本实验的装置如图１所示：

图１ 自循环能量方程实验装置图

l 自循环供水器 2. 实验台 3 可控硅无级调速器 4 溢流板

5 稳水孔板 6 恒压水箱 7 测压计 8 滑动测量尺 9测压管 10 实验管道 11 测压点 12 毕托管 13 实验流量调节阀

说明：

仪器测压管有两种：

① 用毕托管测压管探头对准测量处的轴心位置，测量该点的总水头H’（=

pu2pv2Z+），测得轴心处速度。须注意一般情况下H’与断面总水头H（=Z＋）???g2g?g2g不同（因一般u ≠ v），它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；

② 普通测压管用以定量量测测压管水头（位置水头与压强水头之和）。

实验流量用阀13调节，流量由体积时间法或重量时间法测量。

三、实验原理

在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i）的能量方程式（i=2，3, … … ,n）

pavpavZ1＋1?11= Zi＋i?ii+hw

?g2g?g2g取a1= a2=… …= an=1,选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出Z+

22p值；测出?gav2通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v及，从而得到各断面测管水头和总水头。

2g四、实验方法与步骤

1．熟悉实验设备，分清哪些管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。

2．打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。

3．打开调节阀13，观察思考：

1）测压水头线和总水头线的变化趋势； 2）位置水头、压强水头之间的相互关系； 3）流量增加或减少时测管水头如何变化？

4．调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量。 5．改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。

6．收拾实验台，整理数据。

五、实验数据及整理

1．记录有关常数： d1??13.7mm d2??25.8mm

表1 不同工况下各测量点处实验数据记录

液柱高 序号 1 总压 9/10 静压 总压 11/12 静压 总压 13/14 静压 总压 15/16 静压 流量Q(m3/s) 2 3 4

表2 表1中 工况（流量Q= ）各测量点处的轴心速度和平均流速

测量处 9/10 项目 轴心点处速度Vp (m/s) 11/12 13/14 15/16 管内径（mm） 平均速度V （m/s） 速度水头(m) av22g 六、实验分析及讨论

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．流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？

实验四 沿程水头损失实验

一、实验目的要求

1．加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制

lgV?lghf曲线；

2．掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用水压差计及电测仪测量压差的方法；

3．将测得的Re~?关系值与莫迪图对比，分析其合理性，并且与莫迪图比较，进一步提高实验成果分析能力。

二、实验原理

lV2由达西公式：hf??

d2g2gdhf12gdhf?得 ??lV2l??d2??4Q?hf????KQ2 ?2式中，K??2gd58l

由能量方程对水平等直径圆管可得

hf??p1?p2??g

即为压差计水柱的高度差。

三、实验方法与步骤

1、对照装置图和说明，搞清各组成部件的名称、作用及工作原理；检查蓄水箱水位是否够高。否则予以补水并关闭阀门。 2、接通电源，启动水泵排除管道中的气体。

3、关闭出水阀，排除其中的气体。随后，关闭进水阀，开出水阀，使水压计的液面降至标尺零附近。再次开启进水阀并立即关闭出水阀，稍候片刻检查水位是

否齐平，如不平则需重调。 4、气-水压差计水位齐平。

5、实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在进水阀全开的前提下，逐次开大出水阀，每次调节流量时，均需稳定2-3分钟，流量越小，稳定时间越长；测流量时间不小于8-10秒；测流量的同时，需测记压差计读数。

6、结束实验前，关闭出水阀，检查水压计是否指示为零，如均为零，则关闭进水阀，切断电源，否则，表明压力计已进气，需重新做实验。 7、收拾实验台，整理数据。

四、实验数据及整理

1、记录有关常数：

测量段长度l? 100 cm；圆管直径d? 1.37 cm；

水温T= ?C； 粘度?? cm2s 2、 记录实验数据并计算。 记录及计算表

水压计高cm 沿程 损失沿程 损失 Re<2320 h1 次 体积cm序 3 h2 ??时间 流量Q s 流速V 雷诺数 Re hfcm 系数?错误！未找到引用源。 64 Recm3s cms 1 2 3 4 5 6 7 8 3、绘图分析：绘制lgV?lghf曲线，并确定指数关系值

m的大小。在厘米纸

上以lgV为横坐标，以lghf为纵坐标，点绘所测的lgV?lghf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 =

lghf2?lghf1

lgV2?lgV1 将从图上求得的值与已知各流区的值进行比较（层流m =1， 光滑管流区

m =1.75，粗糙管流区m =2.0，紊流过渡区1.75 < m < 2.0），确定流区。

五、实验分析与讨论

1．为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响实验成果？

2．根据实测m值判别本实验的流区。

实验五 局部阻力损失实验

一、实验目的

本实验测量扩张段和收缩段的局部阻力系数，然后与圆管突扩局部阻力系数的公式和突缩局部阻力系数的公式进行对比分析，从而掌握用理论分析法和经验法建立函数式的技能。进而加深对局部阻力损失的理解。

二、实验原理

写出局部阻力前后两断面的能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得： 1．突然扩大（忽略沿程损失）

?p3V32??p4V42?实测局部水头损失： hsk???z3??g?2g?????z4??g?2g??

????局部损失因子： Ksk?hskV322g

?d32?理论局部损失因子： Klk???1-d2??

4??2V32 理论局部水头损失： hlk?Ke

2g2．突然缩小（忽略沿程损失）

?p5V52??p6V62?实测局部水头损失： hss???z5??g?2g?????z6??g?2g??

????局部损失因子： Kss?hssV622g

下列经验公式计算中的速度应取小管径中的速度值:

?d62?局部损失因子： Kls?0.42???1-d2??

5??V62 局部水头损失： hls?Kls

2g三、实验装置

本实验装置如图所示。

局部阻力系数实验装置图

1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4. 恒压水箱；5. 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.流量调节阀；

四、实验方法与步骤

1．测记实验有关常数。

2．打开电源开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。

3．打开出水阀至最大开度，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法测记流量。

4．改变出水阀开度3~4次，分别测记测压管读数及流量。 5．实验完成。

五、实验数据及整理

1、记录有关常数：

圆管直径：d3?d6?1.37cm；d4?d5?2.58cm

水温T= ?C； 运动粘度?? cm2s 2、记录实验数据并计算。

表1：测压管及流量记录表

次数 h3(cm) h4(cm) h5(cm) h6(cm) V(cm3) t(s) Q(cm3/s) 1 2 3 4 5

表2：扩张段实验数据整理

次p3?p4V32V42（cm） （cm） （cm） ?g2g数 2g1 hsk(cm) Ksk Klk 2 3 4 5 平均值 表3：收缩段实验数据整理

次p5?p6V52V62（cm） （cm） （cm） ?g2g数 2g1 hss(cm) Kss Kls 2 3 4 5 平均值

六、实验分析与讨论

1. 进行实验结果与理论结果误差分析

2. 画出扩张与收缩段实验的水头损失与体积流量关系图：

3. 尝试分析扩张与收缩段水头损失原因和减小损失的方法。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lfaa.html