流体基础实验指导书(印)200912

流体基础实验指导书与报告郑建光编写专业——班级——学号——姓名——中国计量学院计量测试工程学院2009.12目录(一)、雷诺实验………………………………………(1)(二)、文透利流量计实验……………………………(5)(三)、沿程水头损失实验……………………………(10)(四)、局部水头损失实验……………………………(19)（五）、自循环流动演示仪实验指导（演示…………(26)（六）、毕托管测速……………………………………(34)1(一)雷诺实验一、实验目的要求1、观察层流、紊流的流态及其转换特征；2、测定临界雷诺数。掌握园管流态判别准则：3、学习经典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。二、实验装置本实验的装置如图1.1所示。图1.l自循坏雷诺实验装置图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、有色水水管；6、稳水孔板；7、溢流板；8、实验管道；9、实验流量调节阀；供水流量由无级调速器调控使恒压水箱4始终保持微溢流的程度。以提高进口前水2体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3—5分钟。有色水经有色水水管5注入实验管道8，可根据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用色水。三、实验原理KQdQudRe4dK4四、实验方法与步骤1、测记本实验的有关常数。2、观察两种流态。打开开关3使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内。使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征。待管中出现完全紊流后，再逐步关小凋节阀。观察由紊流转变为层流的水力特征。3、测定下临界雷诺数。(1)、将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小，当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；(2)、待管中出现临界状态时，用体积法或电测法测定流量；(3)、根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值(2320)比较，偏离过大，需重测；(4)、重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；(5)、同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。注意：a、每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；b、关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；3c、随出水流量减小，应适当调小开关(右旋)，以减小溢流量引发的扰动。4、测定上临界雷诺数。逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界状态。测定上临界雷诺数l～2次。五、实验成果及要求1、记录、计算有关常数：实验装置台号No__________管径d＝cm;水温t＝C运动粘度2000221.00337.0101775.0tt=scm/2计算常数K3/cms2、整理、记录计算表实验次序颜色水线形态水体积)(3cmV时间T（s）流量)/(3scmQ雷诺数eR阀门开度)()(或减增备注123456实测下临界雷诺数（平均值）eR=注：色水形态；稳定直线稳定略弯曲、直线摆动直线抖动、断续、完全敞开。六、实验分析与讨论1、流态判据为何采用无量纲参数,而不采用临界流速?2、为何认为上临界雷诺数无实际意义。而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据?4实测下临界雷诺数为多少?3、雷诺实验得出的园管流动下，临界雷诺数为2320。而目前有些教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在?4、试结合紊动机理实验的观察，分析由层流过渡到紊流的机理何在?5、分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方而各有何差异。5(二)文丘里流量计实验一、实验目的要求1、通过测定流量系数，掌握文丘里流量计量测管道流量的技术和应用气——水多管压差计量测压差的技术；2、通过实验与量纲分析，了解应用量纲分析与实验结合研究水力学问题的途径，进而掌握文丘里流量计的水力特性。二、实验装置本实验的装置如图2.1所示。图2.1文丘里流量计实验装置图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、文丘里实验管段；8、测压计气阀；9、测压计；10、滑尺；ll、多管压差计；12、实验流量调节阀;6在文丘里流量计的两个测量断面上，分别有4个测压孔与相应的均压环连通，经均压环均压后的断面压强由电测仪量测量。三、实验原理根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用时的文丘里管过水能力关系式hKpZpZgdddQ)]/()/[(21)(4221142121'1)/(/2442121ddgdK)()(2211pZpZh式中：h为两断面测压管水头差。（由电测仪测得）由于阻力的存在，实际通过的流量Q恒小于'Q，今引入一无量纲系数'/QQ（称为流量系数）。对计算所得的流量值进行修正。即；hKQQ'四、实验方法与步骤1、测记各有关常数。2、电测仪调04、全开调节阀门，待水流稳定后，记录电测仪读数，并用秒表、量筒测定流量。5、逐次关小调节阀。改变流量5次，重复步骤4，注意调节阀门应缓慢。6、把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算，7、实验结束，需按步骤2校核压差计足否回零。五、实验成果及要求1、记录计算有关常数。实验装置台号0N____________1d＝cm。2d＝cm。水温tC0.7scm/2.水箱液而标尺值▽0＝cm。管轴线高程标尺值▽=cm。2、整理记录计算表；表2.1记录表次序电测仪读数（cm）水量)(3cm测量时间（s）1h12345表2.2计算表Kscm/5.2次序Q（scm/3）h（cm）eRhkQ'(scm/3)'QQ123453、用方格纸绘制hQ与R～曲线图，分别取,h为纵坐标。六、实验分析与讨论1、本实验中,影响文丘里管流量系数大小的因素有哪些?哪个因素最敏感?对本实验的管道而言,若因加工精度影响,误将(01.02d)cm值取代上述2d值时,本实验在最大流量下的值将变为多少?2、为什么计算流量，与实际流量Q不相等?83、试证气一水多管压差计(图6.2)有下列关系：43212211)/()/(hhhhpZpZh4、试应用量纲分析法，阐明文丘里流量计的水力特性。5、文氏管喉颈处容易产生真空，允许最大真空度为6～7OmH2。工程中应用文氏管时，应检验其最大真空度是否在允许范围内。据你的实验成果，分析本实验流量计喉颈最大真空值为多少?910(三)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fhlg～～vlg曲线。2、掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气-水压差计及电测仪测量压差的方法。3、将测得的eR-关系值与莫迪图对比，分析其合理性。进一步提高实验成果分析能力。二、实验装置本实验装置如图3.1所示：图3.1自循环沿程水头损失实验装置图1、自循环高压恒定全自动供水器；2、实验台；3回水管；4、水压差计；5、测压计；6、实验管道；7、水银压差计；8、滑动测量尺；9、测压点；10、实验流量调节阀；1111、供水阀和供水管；12、旁通管与旁通阀；13、稳压筒；根据压差测法的不同，有两种形式；型式I：压差计测压差。低压差用水压差计量测；高压差用水银多管式压差计量测。装置简图如图3.1所示。型式II：电子量测仪测压差。低压差仍用水压差计量测；而高压差用电子量测仪(简称电测仪)量测。与型式I比较，该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪所取代。本实验装置配备有：1、自动水泵与稳压器自循环高压恒定全自动供水器由离心泵、自动压力开关、气一水压力罐式稳压器等组成。压力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响，离心泵的输水是先进入稳压器的稳压罐，经稳压后再送向实验管道。2、旁通管与旁通阀由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量时有可能时开时停，从而造成供水压力的较大波动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管(图中未标出)，通过分流可使水泵持续稳定运行。旁通管中设有调节分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀。实验流量随旁通阀开度减小(分流量减小)而增大。实际上旁通阀又是本装置用以调节流量的重要阀门之一。3、稳压筒为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接由2只充水(不满顶)之密封立筒构成。4、电测仪由压力传感器和主机两部分组成，经由连通管将其接入测点。压差读数(以厘米水柱为单位)通过主机显示。12三、实验原理由达西公式gvdLhf222222)/4(212QhKQdLgdhvLgdhfff(7.1)LgdK8/52另由能量方程对水平等直径园管可得；/)(21pphf(7.2)压差可用压差计或电测。对于多管式水银压差有下列关系：mmfhhhhhpph6.12))(1(3412213412hhhhhm(7.3)式中：m、。分别为水银和水的容重；mh为汞柱总差。由图3.2知据水静力学基本方程及等压面原理有2443322111)()()()()(pyhhhhhhhhypmmmmfhhhhhhpp6.12))(1(341221图7.213四、实验方法与步骤准备1对照装置图和说明，搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；检查蓄水箱水位是否够高及旁通阀12是否已关闭?否则予以补水并关闭阀门。记录有关实验常数，工作管内径管长L(标志于蓄水箱)。准备2启动水泵,本供水装置采用的是自动水泵。接通电源，全开阀12，打开供水阀ll，水泵自动开启供水。准备3调通待测系统。1）、夹紧水压计上水夹，打开出水阀10和进水阀11(逆钟向)，关闭旁通阀12(顺钟向)，启动水泵排除管道中的气体。2）、水压计齐平时，则可旋开电测仪排气旋扭，对电测仪的连接水管通水、排气并将电测仪调至“000”显示。3）、实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在阀12、阀ll全开的前提下，逐次开大出水阀10，每次调节流量时，均需稳定2—3分钟，流量愈小，稳定时间愈长。测流时间不小于8～10秒。测流量的同时，需测记水压计(或电测仪)、温度计(温度表应挂在水箱中)等读数。层流段：应在水压计h～OmmH220(夏季)，h～OmmH230(冬季)量程范围内。测记3～5组数据。紊流段：夹紧水压计止水夹，开大流量。用电测仪记录fh值。每次增量可按h～OcmH2100递加，直至测出最大的fh值。阀的操作次序是当阀ll、阀10开至最大后，逐渐关阀12，直至显示最大值。4）、结束实验前，应全开阀12，关闭阀10。检查水压计与电测仪是否指示为零，若均为零。则关闭阀11，切断电源。否则，表明压力计已进气，需重做实验。五、实验成果及要求1、有关常数。实验装置台号ON_____________14圆管直径d＝cm．量测段长度L＝85cm。2、记录及记算(见表7.1)。3、绘图分析绘制vlg～fhlg曲线,并确定指数关系值m的大小，在厘米纸上以vlg为横坐标，以fhlg为纵坐标,点绘所测的vlg～fhlg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；1212lglglglgvvhhmff将从图上求得的m值与已知各流区的m值(即层流m＝l，光滑管流区m＝1.75。粗糙管紊流区m＝2.0，紊流过渡区1.75m2.0)进行比较，确定流区。六、实验分析与讨论1、为什么差压计的水柱差就是沿程水头损失?如实验管道安装成倾斜，足否影响实验成果？2、据实测m值判别本实验的流区。3、实际工程中钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪的流动，大多为紊流阻力平方区，其原因何在?4、管道的当量粗糙度如何测得？5、本次实验结果与莫迪图吻合予否?试分析其原因。附录7.1实验曲线绘法建议：1、图纸绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于