实验报告
课程名称：过程工程原理实验（甲） 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：流体力学综合实验（一、二） 实验类型：工程实验 同组学生姓名：姿 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
1、流体流动阻力的测定实验
1.1 实验目的：
1.1.1 掌握测定流体流经直管、阀门时阻力损失的一般实验方法 1.1.2 测定直管摩擦系数λ与雷诺数 的关系，验证在一般湍流区内λ与 的关系曲线 1.1.3测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ
1.1.4 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用 1.2 实验装置与流程： 1.
2.1 实验装置：
实验对象部分由贮水箱、离心泵、不同管径和材质的水管、阀门、管件、涡轮流量计、U 形流量计等所组成。实验管路部分有两段并联长直管，自上而下分别用于测定粗糙管直管阻力系数和光滑管直管阻力系数。同时在粗糙直管和光滑直管上分别装有闸阀和截止阀，用于测定不同种类阀门的局部阻力阻力系数。
水的流量使用涡流流量计或转子流量计测量，管路直管阻力和局部阻力采用压差传感器测量。 1.2.2 实验装置流程示意图，如图1，箭头所示为实验流程：
其中：1——水箱 2——离心泵 3——涡轮流量计 4——温度计 5——光滑管实验段 6——粗糙管实验段 7——截止阀 8——闸阀 9、10、11、12——压差传感器 13——引水漏斗
图 1 流体力学综合实验装置流程示意图
Re Re
1.3 基本原理：
流体通过由直管、管件和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成的机械能损失成为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时由于流体运动方向和速度大小的改变所引起的机械能损失成为局部阻力损失。
1.3.1直管阻力摩擦系数λ的测定：
由流体力学知识可知，流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：
（1） 公式中：
f
p ?：流体流经l 米直管的压力将，Pa ；
λ：直管阻力摩擦系数，无因次； d ：直管内径，m ；
f
h ：单位质量流体流经l 米直管的机械能损失，J/kg ；
ρ：流体密度，kg/ ； l ：直管长度，m ；
u ：流体在管内流动的平均速度，m/s ；
由上面的式子可知： （2）
雷诺数： ρμ
式子中：μ：流体粘度，kg/(m ·s)。
湍流时λ是Re 和相对粗糙度（ε/ d ）的函数，须由实验测定。
由（2）可知，要测定λ，需要确定l 、d ，测定f p ?、u 、ρ、μ等参数。其中l 和d 由装置参数
表给出，ρ、μ通过测定流体温度，查相关手册而得，u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。
本装置采用涡流流量计测量流量
π
（3）
式中：v 为流量计测得的流量， /h
f
p
?可直接从仪表中读出
根据实验装置结构参数l 、d ，指示液密度，液体温度，以及实验测定的f p ? 、V ，求取Re 和λ，然后
将Re 和λ在双对数坐标图上绘制成曲线。 1.3.2 局部阻力系数ξ的测定：
流体通过某一管件或者阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种算法，叫做阻力系数法。即：
（4） 故： （5） 2
ρ2
u d l p h f f λ
=?=2
ρlu
2f
p d ?=λ2ρ2
'
u p h f f ξ
=?=ρg
u 22
'
f
p ?=ξ
式中：′ :单位流体流经某一管件或者阀门时的机械能损失，J/kg；
ξ：局部阻力系数，无因次；
′：局部阻力压力降，；（′=，即表示流体经过阀门或管件时的静压损失。）
ρ：流体密度，kg/；
g：重力加速度，9.81m/；
u：流体在在小截面管内流动的平均速度，m/s；
根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，流体温度t，以及实验测定的相关参数，通过公式（5）求取管件或阀门的局部阻力系数ξ。
1.4 实验步骤：
1.4.1 开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关。
1.4.2 实验室已经将水泵中灌满水，否则应先将水泵中灌满水。然后关闭泵出口阀，启动水泵，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大。然后全开流量阀，以排除测试管内的空气。本装置使用压差变送器测量压差，应先对差压变送器两侧的引压管进行排气操作。
1.4.3 实验从做最大流量开始做起，最小流量应控制在1 /h。由于实验数据处理时使用的是双对数坐标，所以实验时每次流量变化取等比数列，这样得到的数据点就会均匀分布。流量改变后，要等到流动达到稳定后再读数，实验时同时读取不同流量下的压差、流量和温度等有关参数（温度取实验开始时与实验结束时温度的平均值）。
1.4.4 装置确定时，根据和u的实验值，可以计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数=ρ
μ
，绘制λ~曲线（双对数坐标）。
1.4.5 实验结束，关闭泵出口阀，关闭水泵电机，关闭仪表电源和总电源开关，将实验装置恢复原样。
1.5 数据记录和处理：
1.5.1 装置参数：
名称管内径d（mm）直管测量段长度l（mm）局部阻力测量段长度l（mm）光滑管21 1000 660
粗糙管22 1000 680
1.5.2 数据记录和处理：
水温t=28.3℃，查表得：ρ=996.2 kg/；μ=0.8418Pa·s
光滑管实验数据处理
序号流量
V/(/h) 直管压差
（kPa）
阀压差
‘（kPa）
流速
u/（m/s）
/λξ
1 5.23
2 4.35 5.61 47.78 3.489 8.670 0.0194 7.271
3 3.62 3.97 32.6 2.903 7.215 0.0199 7.141
4 3 2.76 21.37 2.406 5.979 0.0201 6.780
5 2.5 1.9
6 14.45 2.005 4.983 0.0206 6.571
6 2.05 1.24 8.73 1.644 4.086 0.0193 5.876
7 1.74 0.86 5.61 1.395 3.468 0.0186 5.199
8 1.43 0.5 2.71 1.147 2.850 0.0160 3.633
9 1.21 0.31 1.35 0.970 2.412 0.0139 2.442
10 1 0.14 -0.15 0.802 1.993 0.0092 -0.757 11 0.83 0.05 -0.97 0.666 1.654 0.0048 -4.545
粗糙管实验数据处理
序号
流
量 V/( /h) 直管压差 （kPa ） 阀压差 ‘（kPa ） 流速 u/（m/s ） /
λ
ξ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 计算示例：
取粗糙管第3组数据为例： π
=3.07/（900*3.1416*0.022*0.022）=2.243
=
ρμ
=0.022*2.243*996.2/（0.8418*10^-3）*10^-4=5.841
=2*0.022*10.16*1000/（996.2*1*2.243*2.243）=0.0892 =2*（11.43-0.68*10.16）*1000/（996.2*2.243*2.243）=1.804
1.6 实验结果与数据分析
1.6.1根据光滑管、粗糙管实验结果，在双对数坐标上分别标绘出λ~Re 曲线（见图2）
5.39 24.96
24.96 3.939 10.254 0.0711 1.034 4.47 21.51 23.48 3.266 8.504 0.0890 1.666 3.71 14.85 16.66 2.711 7.058 0.0892 1.792 3.07 10.16 11.43 2.243 5.841 0.0892 1.804 2.52 6.93 7.79 1.841 4.794 0.0903 1.822 2.12 4.98 5.65 1.549 4.033 0.0917 1.894 1.76 3.62 4.15 1.286 3.348 0.0967 2.049 1.45 2.38 2.83 1.060 2.759 0.0936 2.167 1.21 1.65 2.02 0.884 2.302 0.0932 2.306 1 1.06 1.43 0.731 1.902 0.0877 2.666 0.83 0.67 1.01 0.607 1.579 0.0804 3.026
2
ρlu 2f
p
d ?=λρg u 22'
f
p ?=ξ
0.1
0.01
Re
图 2光滑管和粗糙管λ-Re曲线Array
图 3 Moody图
对照Moody图，估算得到：
光滑管：相对粗糙度ε/d=0.0002，绝对粗糙度ε=0.0002*21mm=0.0042mm
粗糙管：相对粗糙度ε/d=0.06，绝对粗糙度ε=0.06*22mm=1.32mm
1.6.2 求均值得光滑管全开ξ=5.821；粗糙管阀门全开ξ=1.920
1.6.3 由Moody图，λ是雷诺数Re和相对粗糙度ε/d的函数。
（1）对于光滑管来说，当流体流过光滑管时，因为管的粗糙峰很小，粗糙峰都处在湍流的层流底层之下，故ε/d对流动阻力不产生任何影响，因此λ只是Re的函数，且λ随着Re的增大而减小。
由图2与Moody图对比，实验图中当Re在3万到10万区间时，λ稳定在0.02左右；当Re小于3万时，λ随着Re减小而减小，从0.02减小到0.14。理论上当Re在2万增加到10万时，λ从0.025减小到0.018。实验图形与理论图形有较大的差别。
误差分析：
1、实验中改变流量后进行数据采集时，等待稳定的时间不够长，数据还未稳定。在数据读取以及处理时的精确度选择也会实验结果产生影响。
2、仪器测量精度所限，光滑管数据中，当流量在1m^3/h以下时，压差出现负值，可见当流量较小时，测量压差的误差较大，使得所测λ值偏小。
3、实验所选用的光滑管并非理想的光滑管，ε/d比值较大，因而不能忽略其影响。
（2）当流体在粗糙馆内湍流流动时，Re、ε/d 对流动阻力均有影响，且随着Re的增大，ε/d对λ的影响越来越重要，相反，Re的影响却越来越弱。这是因为，ε/d一定时，Re越大，则暴露在湍流主体区的粗糙峰就越多，ε/d对λ的影响就越大；当 Re 增大到一定程度后，几乎所有的粗糙峰都暴露在湍流主体区内，此时流动进入了阻力平方区，该区域的曲线趋近于水平线。这时粗糙管的摩擦损失∝。
对比图表和Moody可得，实验结果与理论基本上吻合，偏离不是很大，粗糙管曲线的趋势线接近于水平线，且处在阻力平方区内。
1.6.4总体的误差分析：
（1）水槽中的水中杂质很多，导致水的密度和粘度有变化。
（2）实验所用管道内壁腐蚀或生锈，使管径数值不准确。且光滑管与理想光滑管偏差较大。
（3）在读取仪表显示器数据时，由于数值不断波动使读数存在误差。
（5）由于实验中流体温度不断升高，改变了流体的密度和粘度，变化范围在5摄氏度左右，实验数据处理时的温度取的是起始值与终值的平均值，使得数据存在偏差。
1.7 讨论、心得、思考题
思考题：
（1）在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀？为什么？
需要关闭。关闭出口阀可以使流体充分充满管道，保证气体排出。
（2）如何检测管路中的空气已经被排除干净？
调节阀门，使流体流速为0，如果=0，则说明空气已经排尽。
（3）以水作介质所测得的λ-Re 关系能否用于其它流体？
可以，因为λ-Re 关系与管内介质种类无关。
（4）在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ-Re数据能否关联在同一条曲线上？
不同设备上的相对粗糙度不同则不能关联在同一条曲线上。若相对粗糙度均相同，则计算出实验温度与实验管径下的雷诺数与λ，可以关联在同一条曲线上。
参考文献：《过程工程原理实验（甲）》 . 杭州：浙江大学化学工程实验室 . 2009.8.
《化工原理上册》 . 何潮洪等 . 北京：科学出版社 . 2008.5.
课程名称：过程工程原理实验（甲）指导老师：成绩：__________________
实验名称：流体力学综合实验（一、二）实验类型：工程实验同组学生姓名：
2、离心泵特性曲线的测定
2.1 实验目的：
2.2.1了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用；
2.2.2测定离心泵在恒定转速下的操作特性，做出特性曲线；
2.2.3了解差压变送器、涡轮流量计等仪器仪表的工作原理和使用方法。
2.2 实验装置与流程：
2.2.1 实验主要装置：
实验对象部分由贮水箱、离心泵、涡轮流量计和压差传感器等组成，如图3。水的流量用涡轮流量计进行测量，泵进出口压差采用压差传感器进行测量，泵的轴功率由功率表测量，流体温度由Pt100温度传感器测量。
图3.离心泵曲线实验装置流程图
2.3 基本原理：
离心泵特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程 H、轴功率 N及效率η与泵的流量 Q 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推倒出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。
2.3.1 扬程 H 的测定与计算
在离心泵进口真空表和出口压力表处列机械能恒算方程：
ρ
ρ
(1)
若泵进出口速度相差不大，则速度平方差可忽略，有：
ρ
= 表值 （2）
式中： ，表示泵出口和进口的位差，m
ρ：流体密度，kg/ ； g ：重力加速度，9.81m/ ；
p 表示压力，H 表示真空度和表压对应的压头，u 表示速度，z 示压力表安装高度。 由（2）可知，只要直接读出泵进出口测量点的高度差和压差，就可以算出泵的扬程。 本实验直接由压差变送器读出压差，计算时估算泵进出口位差为0.1m 。 2.3.2 轴功率 N 的测量和计算
N
N 电 k （W ） (3)
其中，N 电为电功率表显示数值，k 代表电机传动效率，k=0.8
2.3.3效率 η的计算
泵的效率是指泵的有效功率Ne 与轴功率N 的比值。有效功率Ne 是单位时间内流体通过泵获得的实际功，轴功率N 是单位时间内泵轴从电机获得的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。
（4） Q ：泵的流量， /h 。
2.3.4 转速改变时的计算
泵的特性曲线是在恒定转速下的实验测定所得，实际上电机在运作时转速会发生变化，流量Q 也就跟着变化，转速n 也会变化，因此在绘制特性曲线之前，本次实验将实验数据根据离心泵的额定功率进行换算，换算关系如下：
扬程：
2??
? ??'='n n H H 流量： 轴功率： 效率不受影响。
2.4 实验步骤：
2.4.1 开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关。
2.4.2 实验室已经将水泵中灌满水，否则应先将水泵中灌满水。然后关闭泵出口阀，启动水泵，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大。
2.4.3全开流量阀，以排除测试管内的空气。实验从最大流量开始做起，待各仪表读数稳定后，读取相应数据。（流量Q 、泵进出口压力差P 、电机功率N 电、泵转速n ，及流体温度t ）并记录下设备的相关数据。
2.4.4改变流量，测定10组左右数据（包括流量为0的数据）。
2.4.5实验结束，关闭泵出口阀，关闭水泵电机，关闭仪表电源和总电源开关，将实验装置恢复原状。 2.5数据记录和处理： 2.5.1 设备参数记录：
离心泵型号：Ms 100/1.1 额定转速：2850rpm 额定流量：100L/min 额定扬程：28.4m 额定功率：1.1kw 水温：31.9℃ 泵进出口测压点高度H ：0.1m
=
=N N e ηN gH Q ρn n Q Q '='3??? ??'='n n N N
查表得实验温度下水的物性：ρ=995.0 kg/ μ=0.7714 Pa ·s 2.5.2 实验数据处理 序号
流
量 V/( /h)
进出口压
差 /kPa
电机功率N 电/w
泵转速u/rpm
扬程 H/m
轴功率 N/W
效率 η
1 9.75 90 1117 2850 9.3
2 893.6 0.276 2 8.78 134.49 1125 2850 13.88 900 0.367
3 7.85 161.37 1105 2850 16.63 88
4 0.400 4 6.76 188.13 1057 2850 19.37 845.6 0.420
5 5.85 210.34 1008 2850 21.65 806.4 0.42
6 6 4.88 230.08 926 2865 23.6
7 740.
8 0.423 7 3.
9 248.19 842 2865 25.53 673.6 0.401 8 2.93 249.78 748 2865 25.69 598.4 0.341 9 2 249.78 646 2880 25.69 516.8 0.270 10 1 249.78 556 2880 25.69 444.8 0.157 11 0 249.78 489 2880 25.69 391.2 0.000
计算示例：取第7组数据
ρ
=248.19*1000/(995.0*9.81)+0.1=25.53m
N=Nd*0.8=842*0.8=673.6W
η= =3.9*995.0*9.81*25.53/(3600*673.6)=0.401
2.5.3因转速改变换算后的数据 序号
流量 Q ’/(m 3
/h)
扬程 H ’/m 轴功率 N ’/W
效率 η’ 1 9.75 9.32 893.6 0.276 2 8.78 13.88 900.0 0.367 3 7.85 16.63 884.0 0.400 4 6.76 19.37 845.6 0.420 5 5.85 21.65 806.4 0.426 6 4.85 23.42 729.2 0.423 7 3.88 25.26 663.1 0.401 8 2.91 25.42 589.1 0.341 9 1.98 25.16 500.8 0.270 10 0.99 25.16 431.0 0.157 11 0.00 25.16
379.1
0.000
计算示例：取第7组数据
′
′
=3.9*2850/2865=3.88m^3/h
′ ′
=25.53*(2850/2865)*(2850/2865)=25.26m ′
′
=673.6*(2850/2865)*(2850/2865) *(2850/2865)=663.1W N gH Q
2.6试验结果与分析：
2.6.1绘制一定转速下的 H~Q、N~Q、η~Q 曲线
Q
2.6.2图表分析
（1）从以上三条曲线可以看出，该离心泵的压头随流量的增加而下降，轴功率随流量的增加而增加，符合大部分离心泵的特点。效率曲线先上升后下降，当离心泵工作在额定流量6m^3/h附近时，效率曲线达到最高效率点，此时所对应的流量、压头、轴功率为最佳工况参数。
（2）由于管道输送条件不同，离心泵或风机不可能正好在最佳工况点运行。一般选用离心泵时，其工作区的效率应不低于最高效率点的92%。
取5m^3/h流量时的效率0.426为最高效率，则实际工作效率应高于0.426*92%=0.39，由图表可得运送流量为3~7m^3/h时是最为适宜的工作范围。
2.7 讨论、心得、思考题：
2.7.1 思考题
（1）从所测数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀？
由图表可得，轴功率随流量的增大而增大，当流量为零时，功率最小，所以离心泵在启动时关闭出口阀是为了防止电机过载。
（2）启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，可能的原因是什么？
因为离心泵运转时，若泵内没有液体，则其内部的气体经离心力的作用所形成的吸入室内的真空度很小，没有足够的压差使液体进入泵内，从而使离心泵吸不上液体，产生“气缚”现象。
灌泵后依然无法启动，可能是因为离心泵安装高度过高、离心泵叶轮与轴锈蚀、泵入口处的止逆
阀坏了等原因。
（3）为什么用阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其它方法调节泵的流量？
调节出口阀门开度，改变管路了特性曲线，改变泵的工作点，可以调节其流量。优点是方便、快捷、流量可以连续变化，缺点是阀门关小时，增大流动阻力，多消耗一部分能量不是很经济。
也可以改变泵的转速、减少叶轮直径，但生产上很少采用。还可以用双泵并联操作。
（4）正常工作的离心泵，在进口管路上安装阀门是否合理？
不合理，因为水从水池输送到水泵靠的是液面上的大气压与泵入口处真空度产生的压强差，将水从水箱压入泵体，进口管安装阀门增大了这一段管路的阻力，使得流体没有足够的压强差实现这一流动过程。
（5）试分析，用清水泵输送密度为1200kg/m3的盐水在相同流量下泵的压力是否变化？轴功率是否发生变化？
泵的压力不变化，因为离心泵的压头与被输送流体的密度无关。
但轴功率与密度有关，轴功率的校正式为′ρ′ρ
参考文献：《过程工程原理实验（甲）》 . 杭州：浙江大学化学工程实验室 . 2009.8.
《化工原理上册》 . 何潮洪等 . 北京：科学出版社 . 2008.5.
目录 实验一静水压强实验???????????????????????????????????????????1实验二伯努利方程式的验证?????????????????????????????????????3实验三雷诺实验??????????????????????????????????????????????6实验四管道沿程阻力实验??????????????????????????????????????9实验五管道局部阻力系数的测定????????????????????????????????12
实验一静水压强实验 （一）实验目的 1、测定静止液体中某点的静水压强，加深对静压公式p=p0+γh的理解； 2、测定有色液体的重度，并通过实验加深理解位置水头，压强水头及测压管水 头的基本概念，观察静水中任意两点测压管水头Z+p/γ=常数。 p=p0+γh 式中：P——被测点的静水压强； P0——水箱中水面的表面压强； γ——液体重度； h——被测点在表面以下的竖直深度。 可知在静止的液体内部某一点的静水压强等于表面压强加上液体重度乘以该点在液面下的竖直深度。 （四）实验步骤 1、打开密封水箱E顶上空气阀门a，此时水箱内水面上的压强p0=p a。观察各测压连通管内液面是否平齐，如果不齐则检查各管内是否阻塞并加以勾通。
2、读取A点、B点的位置高度Z A、Z B。 3、关闭空气阀门a，转动手柄，抬高长方形小水箱F至一定高度，此时表面压力P0＞P a，待水面稳定后读各测压管中水位标高▽=▽I（I=1、2、3、 4、5），并记入表中。 4、在保持P0＞P a的条件下，改变长方形小水箱F高度，重复进行2-3次。 5、打开空气阀门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。 6、在P0＜P a的条件下，改变水箱水位重复进行2-3次。 （五）对表中数据进行分析 单位：mm
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论 实验一流体静力学实验 验原理 重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 (1.1) 中： z被测点在基准面的相对位置高度； p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0水箱中液面的表面压强； γ液体容重； h被测点的液体深度。 对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系： (1.2) 此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。 验分析与讨论 同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根。 当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分：
)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真。 )同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油 至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛由下式计算 中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有 单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？
流体力学 实验指导书与报告 静力学实验 雷诺实验 中国矿业大学能源与动力实验中心
学生实验守则 一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。 二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。 三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。 四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。 五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。 六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。 七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。 八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。 九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。 十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。 1984年5月制定 2014年4月再修订 中国矿业大学能源与动力实验中心
工程流体力学 实验报告 学院：交通运输工程学院 班级：交通设备1206 姓名：邱瑞玢 学号：1104120907
雷诺数测定实验 【实验目的】 1. 观察水的层流和紊流的形态及特征； 2. 学习测量和计算流体的雷诺数和临界雷诺数。 【实验原理】 雷诺数是流体惯性力 L υ ρ2 与黏性力 L v 2 μ的比值，它是一个无因次化的量。 R e =μρVl =l l V l V 22 )/(2 μρ 雷诺说较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。 【实验内容】 1. 缓慢调节水量控制阀，观察透明水管中红色水流线的变化。观察水的层流态、紊流态的 特征。 2. 找出层流和紊流转换临界点，在临界点测量水的流速，往复测量三次。 3. 根据测量数据计算出水的临界雷诺数。 【实验现象】 1. 当水流流速较低时，水管中水流处于层流状态，示踪剂（红色墨水）呈线状，无分散； 2. 逐渐开大控制阀，水流速度加大，呈线状流动的红色墨水开始出现波动，逐渐散开，这 时水流处于过渡状态； 3. 再开大控制阀，水流速度继续增大，红色墨水消失，此时水流处于紊流状态。
层流状态 紊流状态 【实验结果】 项目组别时间（s）水量（mL) 流量（mL/s) 流量均值120120060220110055320125062.51306002023070023.33 30720 24 从层流到紊流 从紊流到层流59.1 22.4 实验中，水流束的特征长度l=D=3CM,流速由公式D 2 π4q v V = 求得，得到 V1=0.032m/s,V2=0.084m/s ，而水在标准大气压，室温时的动力粘度 s p 10 000.1a -3 ×?=μ，则雷诺数 R e1 =μ ρVD =960 R e2 =μ ρVD =2520 【结果分析】 查阅资料可知一般管道雷诺数Re ＜2000为层流状态，Re ＞4000为紊流状态，Re ＝2000～4000为过渡状态。而本次实验所测得的紊流状态下的雷诺数比理论值小，产生误差的原因为： 1. 偶然误差：观察出现偏差，将水流处于由层流向紊流的过渡状态当作紊流状态，从而测 得的水流速度偏小，造成所计算的雷诺数偏小。 2. 系统误差：示踪剂（红色墨水）很容易在水中扩散，当处于过渡状态时，由于水流开始 产生搅动，从而将红色墨水打散，扩散在水中，造成水流已处于紊流状态的假象，导致
《流体力学》实验指导书 杨英俊 2018.
目录 实验一平面上静水总压力测量实验 (4) 实验二恒定总流动量方程验证实验 (7) 实验三流态演示与临界雷诺数量测实验 (10) 实验四沿程水头损失测量实验 (13) 实验五文透里流量计率定实验 (16) 实验六局部水头损失测量实验 (19) 实验七恒定总流能量方程演示实验 (22)
前言 流体力学是一门重要的技术基础课，它的主要研究内容为流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，它涉及到建筑、土木、环境、水利造船、电力、冶金、机械、核工程、航天航空等许多学科。在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。例如水利工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等，因此流体力学是高等学校众多理工科专业的必修课。 流体力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。因此，掌握流体力学的基本概念、基本理论和解决流体力学问题的基本方法，具备一定的实验技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。 流体力学和其它学科一样，大致有三种研究方法。一是理论方法，分析问题的主次因素，提出适当的假定，抽象出理论模型（如连续介质、理想流体、不可压缩流体等），运用数学工具寻求流体运动的普遍解。二是实验方法，将实际流动问题概括为相似的实验模型，在实验中观察现象、测定数据，并进而按照一定方法推测实际结果。第三种方法是数值计算，根据理论分析与实验观测拟订计算方案，通过编制程序输入数据，用计算机算出数值解。三种方法各有千秋，既是互相补充和验证，但又不能互相取代。实验方法仍是检验与深化研究成果的重要手段，现代实验技术的突飞猛进也促进了流体力学的蓬勃发展。因此，流体力学实验在流体力学学科及教学中占有重要位置，也是在学习流体力学课程中一个不可缺少的重要教学环节。目前，针对我院各专业本科生，流体力学实验包括以下7个实验： 1)平面上静水总压力测量实验 2)恒定总流动量方程验证实验 3)流态演示与临界雷诺数量测实验 4)沿程水头损失测量实验 5)文透里流量计率定实验
实验一 流体力学综合实验 预习实验: 一、实验目的 1.熟悉流体在管路中流动阻力的测定方法及实验数据的归纳 2.测定直管摩擦系数λ与e R 关系曲线及局部阻力系数ζ 3、 了解离心泵的构造,熟悉其操作与调节方法 4、 测出单级离心泵在固定转速下的特定曲线 二、实验原理 流体在管路中的流动阻力分为直管阻力与局部阻力两种。直管阻力就是流体流经一定管径的直管时,由于流体内摩擦而产生的阻力,可由下式计算: g u d l g p H f 22 ??=?-=λρ (3-1) 局部阻力主要就是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力,计算公式如下: g u g p H f 22 '' ?=?-=ζρ (3-2) 管路的能量损失 'f f f H H H +=∑ (3-3) 式中 f H ——直管阻力,m 水柱; λ——直管摩擦阻力系数; l ——管长,m; d ——直管内径,m; u ——管内平均流速,1s m -?; g ——重力加速度,9、812s m -? p ?——直管阻力引起的压强降,Pa; ρ——流体的密度,3m kg -?; ζ——局部阻力系数; 由式3-1可得
22lu d P ρλ??-= (3-4) 这样,利用实验方法测取不同流量下长度为l 直管两端的压差P ?即可计算出λ与R e ,然后在双对数坐标纸上标绘出Re λ-的曲线图。 离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式、叶轮转速的影响。 实验将测出的H —Q 、N —Q 、η—Q 之间的关系标绘在坐标纸上成为三条曲线,即为离心泵的特性曲线,根据曲线可找出泵的最佳操作范围,作为选泵的依据。 离心泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得: g u u h H H H 22 1220-++-=入口压力表出口压力表 (3-5) 式中出口压力表H ——离心泵出口压力表读数,m 水柱; 入口压力表H ——离心泵入口压力表的读数,m 水柱; 0h ——离心泵进、出口管路两测压点间的垂直距离,可忽略不计; 1u ——吸入管内流体的流速,1s m -?; 2u ——压出管内流体的流速,1s m -? 泵的有效功率,由于泵在运转过程中存在种种能量损失,使泵的实际压头与流量较理论值为低,而输入泵的功率又较理论值为高,所以泵的效率 %100?=N N e η (3-6) 而泵的有效功率 g QH N e e ρ=/(3600×1000) (3-7) 式中:e N ——泵的有效功率,K w; N ——电机的输入功率,由功率表测出,K w ; Q ——泵的流量,-13h m ?; e H ——泵的扬程,m 水柱。 三、实验装置流程图
流体力学实验思考题 参考答案 流体力学实验室 静水压强实验
1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指p z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 γ θσd h cos 4= 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5
流体力学 实验指导书与报告 （第二集） 动量定律实验 毕托管测速实验 文丘里流量计实验 局部阻力实验 孔口与管嘴实验 静压传递自动扬水演示实验 中国矿业大学能源与动力实验中心
学生实验守则 一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。 二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。 三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。 四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。 五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。 六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。 七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。 八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。 九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。 十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。 1984年5月制定 2014年4月再修订 中国矿业大学能源与动力实验中心
实验七、沿程阻力实验 一、实验目的填空 1．掌握测定镀锌铁管管道沿程阻力系数的方法； 2．在双对数坐标纸上绘制λ-Re的关系曲线； 3．进一步理解沿程阻力系数随雷诺数的变化规律。 二、实验装置 在图1-7-1下方的横线上正确填写实验装置各部分的名称 本实验采用管流实验装置中的第1根管路，即实验装置中最细的管路。在测量较大压差时，采用两用式压差计中的汞-水压差计；压差较小时换用水-气压差计。 另外，还需要的测量工具有量水箱、量筒、秒表、温度计、水的粘温表。 F1——文秋利流量计；F2——孔板流量计；F3——电磁流量计； C——量水箱；V——阀门；K——局部阻力实验管路 图1-7-1 管流综合实验装置流程图 三、实验原理在横线正确写出以下公式 本实验所用的管路是水平放置且等直径，因此利用能量方程式可推得管路两点间的沿程水头
损失计算公式： 2 2f L v h D g λ = （1-7-1） 式中： λ——沿程阻力系数； L ——实验管段两端面之间的距离，m ； D ——实验管内径，m ； g ——重力加速度（g=9.8 m/s 2）； v ——管内平均流速，m/s ； h f ——沿程水头损失，由压差计测定。 由式（1-7-1）可以得到沿程阻力系数λ的表达式： 2 2f h D g L v λ= （1-7-2） 沿程阻力系数λ在层流时只与雷诺数有关，而在紊流时则与雷诺数、管壁粗糙度有关。 当实验管路粗糙度保持不变时，可得出该管的λ-Re 的关系曲线。 四、实验要求 填空 1．有关常数 实验装置编号：No. 7 管路直径：D = 1.58 cm ； 水的温度：T = 13.4 ℃； 水的密度：ρ= 0.999348g/cm 3； 动力粘度系数：μ= 1.19004 mPa ?s ； 运动粘度系数：ν= 0.011908 cm 2/s ； 两测点之间的距离：L = 500 cm
《流体力学》实验报告 开课实验室：年月日 学院年级、专业、班姓名成绩 课程名称流体力学实验 实验项目 名称 流体静力学实验 指导教 师 教师 评语教师签名： 年月日 一、实验目的 1、验证静力学的基本方程； 2、学会使用测压管与U形测压计的量测技能； 3、理解绝对压强与相对压强及毛细管现象； 4、灵活应用静力学的基本知识进行实际工程测量。 二、实验原理 流体的最大特点是具有易动性，在任何微小的剪切力作用下都会发生变形，变形必将引起质点的相对运动，破坏流体的平衡。因此，流体处于静止或处于相对静止时，流体内部质点之间只体现出压应力作用，切应力为零。此应力称静压强。静压强的方向垂直并指向受压面，静压强大小与其作用面的方位无关，只与该点位置有关。 1、静力学的基本方程静止流体中任意点的测压管水头相等，即：z + p /ρg=c 在重力作用下， 静止流体中任一点的静压强p也可以写成：p=p + ρg h 2、等压面连续的同种介质中，静压强值相等的各点组成的面称为等压面。质量力只为重力时， 静止液体中，位于同一淹没密度的各点的静压强相等，因此再重力作用下的静止液体中等压面是水平面。若质量有惯性时，流体做等加速直线运动，等压面为一斜面；若流体做等角速度旋转运动，等压面为旋转抛物面。 3、绝对压强与相对压强流体压强的测量和标定有俩种不同的基准，一种以完全真空时绝对压强 为基准来计量的压强，一种以当地大气压强为基准来计量的压强。
三、使用仪器、材料 使用仪器：盛水密闭容器、连通管、U 形测压管、真空测压管、通气管、通气阀、截止阀、加 压打气球、减压阀 材 料：水、油 四、实验步骤 1、熟悉一起的构成及其使用方法； 2、记录仪器编号及各点标高，确立测试基准面； 测点标高a ?=1.60CM b ?=-3.40CM c ? =-6.40CM 测点位能a Z =8.00CM b Z = 3.00CM c Z =0.00CM 水的容重为a=0.0098N/cm 3 3、测量各点静压强：关闭阀11，开启通气阀6，0p =0，记录水箱液面标高0?和测管2液面标高2?（此时0?=2?）；关闭通气阀6和截止阀8，开启减压放水阀11，使0p > 0，测记0?及2?（加压3次）；关闭通气阀6和截止阀8，开启减压放水阀11，使0p < 0（减压3次，要求其中一次，2?< 3?），测记0?及2?。 4、测定油容量 （1）开启通气阀6，使0p =0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，加压打气球7，使0p > 0，并使U 形测压管中的油水界面略高于水面，然后微调加压打气球首部的微调螺母，使U 形测压管中的油水界面齐平水面，测记0?及2?，取平均值，计算 0?-2?=H 1。设油的容重为r ，为油的高度h 。由等压面原理得：01p =a H=r h （1.4） a 为水的容重 （2）开启通气阀6，使0p =0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，开启放水阀11减压，使U 形管中的水面与油面齐平，测记0?及2?，取平均值，计算0?-2?=H 2。得：02p =-a H 2=(r-a)h （1.5） a 为水的容重 式（1.4）除以式（1.5），整理得：H 1/ H 2=r/(a-r) r= H 1a/( H 1+ H 2)
最新大学工程流体力学实验-参考答案 参考答案 流体力学实验室 二○○六年 静水压强实验 1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指γp z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。
流体力学综合实验数据处理表 水在管道内流动的直管阻力损失 由附录查得水温t=20C 时，密度3 /2.998m kg 粘度1 001.0 s pa 由公式 p h f （1） 22u d l h f （2） u d Re （3）可分别算出f h ， 和 Re 管内径管a=管b=管c d=0.02m 长度管a=管b=管c L=1m 以a 管第一组数据为例 p =10.323 10 pa 则2 .9981032.103 f h =10.34（J/k g ） 平均流速201.014.3360013.11 u =9.85m/s 则 =2 85.9134 .1002.02 =0.0043 Re = 001 .02 .99885.902.0 =196645 管b
管c 局部阻力系数 的计算 由公式22 u h f 得22u h f 不同开度下截止阀的局部阻力系数 管a 管b
离心泵的特性曲线 杨程H= f h g u g p g p 22 真表 0 f h 离心泵轴功率N=传电电 N 离心泵的效率 是理论功率与轴功率的比值，即 N N t 而理论功率t N 是离心泵对水所作的有效功，即)(102 kw QH N t 以第一组数据为例计算H= 10 201.014.3360002 .20102.99818000102.998125000215.21 m O H 2 N=95.075.01489 =1.601(kw) 2 .99821.1502.20 1.86 离心泵特性曲线
思考与讨论 1， 只管阻力产生的原因是什么？如何测定及计算？ 答：原因是流涕在管道内流动时，由于内摩擦力的存在，必然有能量的损耗，此损耗能量为直观阻力损失。测定及计算方法为 p h f （1） 22 u d l h f (2) 2， 影响本实验测量准确度的原因有哪些？怎样侧准数据？ 答：读数不精确，供水系统不稳定，电压不稳定，出口胶管排气未排完，如果要侧准数据，应该等仪器上显示的数据稳定后再读取。 3，根据实验测定数据，如何确定离心泵的工作点？水平或是垂直管中，对相同直径，相同条件下所测出的阻力损失是否相同？ 答：根据极值数据来确定离心泵的工作点，水平或是垂直管中，对相同直径，相同条件下所测出的阻力损失不相同，
《流体力学》实验指导书 郭广思王连琪 沈阳理工大学 2006年10月
一伯努利方程综合性实验 （一）实验目的 伯努利方程是水力学三大基本方程之一，反映了水流在流动时，位能、压能、动能之间的关系。 1．了解总水头线和测压管水头线在局部阻力和沿程阻力处的变化规律； 2．了解总水头线在不同管径段的下降坡度，即水力坡度J的变化规律； 3．了解总水头线沿程下降和测压管水头线升降都有可能的原理； 4．用实例流量计算流速水头去核对测压板上两线的正确性； 不同管径流速水头的变化规律 （二）设备简图 本实验台由高位水箱、供水箱、水泵、测压板、有机玻璃管道、铁架、量筒等部件组成，可直观地演示水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，上述三种能量之间的复杂变化关系。
（三）实验原理 过水断面的能量由位能、压能、动能三部分组成。水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，三种能量不断地相互转化，在实验管道各断面设置测压管及测速管，即可演示出三种能量沿程变化的实际情况。 测压管中水位显示的是位能和压能之和，即伯努利方程中之前两项：g p Z ρ+，测速管 中水位显示的是位能、压能和动能之和。即伯努利方程中三项之和：g v g p Z 22 ++ρ。 将测压管中的水位连成一线，称为测压管水头线，反映势能沿程的变化；将测速管中的水位连成一线，称为总水头线，反映总能量沿程的变化，两线的距离即为流速水头g v 2/2。 本实验台在有机玻璃实验管道的关键部位处，设置测压管及测速管，适当的调节流量就可把总水头线和测压管水头线绘制于测压板上。 注：计算所的流速水头值是采用断面平均流速求得，而实测流速水头值是根据断面最大速度得出，显然实测值大于计算值，两者相差约为1.3倍。 （四）实验步骤 1．开动水泵，将供水箱内之水箱至高位水箱； 2．高位水箱开始溢流后，调节实验管道阀门，使测压管，测速管中水位和测压板上红、黄两线一致； 3．实验过程中，始终保持微小溢流； 4．如水位和红黄两线不符，有两种可能：一是连接橡皮管中有气泡，可不断用手挤捏橡皮管，使气泡排出；二是测速管测头上挂有杂物，可转动测头使水流将杂物冲掉。 （五）报告要求 实验报告是实验后要完成的一份书面材料。实验报告的内容一般包括实验名称、班级、实验人姓名、实验时间、实验目的、实验步骤、实验数据记录及处理、结论与讨论等多项内容。实验报告一律用流体力学实验报告用纸书写。 （六）讨论题 1. 什么是速度水头，位置水头，压力水头？速度水头、测压管水头和总水头什么关系？ 2. 总水头线和测压管水头线在局部阻力和沿程阻力处有怎样的变化？为什么？
流体综合实验 实验目的 1）能进行光滑管、粗糙管、闸阀局部阻力测定实验，测出湍流区阻力系数与雷诺数关系曲线图； 2）能进行离心泵特性曲线测定实验，测出扬程与流量、功率与流量以及离心泵效率与流量的关系曲线图； 3）学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法，使学生了解涡轮流量计、电动调节阀以及相关仪表的原理和操作； 离心泵特性测定实验 一、基本原理 离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率η与泵的流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。 1．扬程H的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程： （1－1）由于两截面间的管子较短，通常可忽略阻力项fhΣ，速度平方差也很小，故也可忽略，则有 （1－2）式中：H=Z2-Z1，表示泵出口和进口间的位差，m； ρ——流体密度，kg/m3 ； g——重力加速度m/s2； p 1、p 2 ——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；
H 1、H 2 ——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u 1、u 2 ——分别为泵进、出口的流速，m/s； z 1、z 2 ——分别为真空表、压力表的安装高度，m。 由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。 2．轴功率N的测量与计算 N=N电×k （W）（1－3） 其中，N 电 为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取k=0.95 3．效率η的计算 泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功率，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。 泵的有效功率Ne可用下式计算： N e=HQρg （1－4）故泵效率为 （1－5）四、实验步骤及注意事项 （一）实验步骤： １．实验准备： （1）实验用水准备：清洗水箱，并加装实验用水。 （2）离心泵排气：通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。 2、开始实验： （1）仪表自检情况，打开泵进口阀，关闭泵出口阀，试开离心泵，检查电机运转时声音是否正常，，离心泵运转的方向是否正确。 （2）开启离心泵，当泵的转速达到额定转速后，打开出口阀。 （3）实验时，通过组态软件或仪表逐渐改变出口流量调节阀的开度，使泵出口流量从1000L/h 逐渐增大到4000L/h，每次增加500L/h。在每一个流量下，待系统稳定流动5分钟后，读 取相应数据。离心泵特性实验主要需获取的实验数据为：流量Q、泵进口压力p 1 、泵出
中国石油大学（华东）流量计实验实验报告 实验日期：2011.4.18 成绩： 班级：石工09-13班学号：09021614 姓名：石海山教师： 同组者：尚斌宋玉良武希涛杜姗姗 实验三、流量计实验 一、实验目的 1、掌握孔板、文丘利节流式流量计的工作原理及用途； 2、测定孔板流量计的流量系数 ，绘制流量计的校正曲线； 3、了解两用式压差计的结构及工作原理，掌握两用式压差计的使用方法。 二、实验装置 本实验采用管流综合实验装置。管流综合实验装置包括六根实验管路、电磁流量计、文丘利流量计、孔板流量计，其结构如图3-1示。 F1——文丘里流量计；F2——孔板流量计；F3——电磁流量计； C——量水箱；V——阀门；K——局部阻力实验管路 图3-1 管流综合实验装置流程图
三、实验原理 1、文丘利流量计 文丘利管是一种常用的两侧有管道流量的装置，属压差式流量计（见图3-2）。它包括收缩段、喉道和扩散段三部分，安装在需要测定流量的官道上。在收缩段进口断面1-1和喉道断面2-2上设测压孔，并接上压差计，通过测量两个断面的测压管水头差，可以计算管道的理论流量Q ，再经修正即可得到实际流量。 2、孔板流量计 如图3-3所示，在管道上设置空板，在流动未经孔板收缩的上游断面1-1和经孔板收缩的下游断面2-2上设测压孔，并接上压差计，通过量测两个断面的测压管水头差，可以计算管道的理论流量Q ，再经修正即可得到实际流量。孔板流量计也属于压差式流量计，其特点是结构简单。 图3-2 文丘利流量计示意图 图3-3 孔板流量计示意图 3、理论流量 水流从1-1断面到达2-2断面，由于过水断面的收缩，流速增大，根据恒定总流能量方程，若不考虑水头损失，速度水头的增加等于测压管水头的减小（即压差计液面高差h ?），因此，通过量测到的h ?建立了两个断面平均流速1v 和2v 之间的关系： h ?=1h -2h =（1z + γ 1 p ）-（2z + γ 2 p ）= g v 22 2 2α- g v 22 1 1α （3-1） 如果假设动能修正系数1α=2α=1.0,则最终得到理论流量为： 理Q = ) ( 1 2 A A A A A -h g △2=h K △μ 其中：K =g A 2
工程流体力学及水力学实验报告实验分析与讨论 1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测 压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2.当P B <0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分： (1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。 (2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 (3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ 。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂 直高度h和h 0，由式，从而求得γ 。 4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm， =0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有(h、d单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5.过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。 6.用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？ 关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由c进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与c点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒
《流体力学》课程实验指导书袁守利编 汽车工程学院 2005年9月
前言 1.实验总体目标、任务与要求 1)学生在学习了《流体力学》基本理论的基础上，通过伯努利方程实验、动量方程实 验，实现对基本理论的验证。 2）通过实验，使学生对水柱（水银柱）、U型压差计、毕托管、孔板流量计、文丘里流量计等流体力学常用的测压、测流量装置的结构、原理和使用有基本认识。 2.适用专业 热能与动力工程 3.先修课程 《流体力学》相关章节。 4.实验项目与学时分配 5. 实验改革与特色 根据实验内容和现有实验条件，在实验过程中，采取学生自己动手和教师演示相结合的方法，力求达到较好的实验效果。
实验一伯努利方程实验 1．观察流体流经实验管段时的能量转化关系，了解特定截面上的总水头、测压管水头、压强水头、速度水头和位置水头间的关系，从而加深对伯努利方程的理解和认识。 2．掌握各种水头的测试方法和压强的测试方法。 3．掌握流量、流速的测量方法，了解毕托管测速的原理。 二、实验条件 伯努利方程实验仪 三、实验原理 1．实验装置： 图一伯努利方程实验台 1.水箱及潜水泵 2.上水管 3.电源 4.溢流管 5.整流栅 6.溢流板 7.定压水箱 8.实验 细管9. 实验粗管10.测压管11.调节阀12.接水箱13.量杯14回水管15.实验桌 2.工作原理 定压水箱7靠溢流来维持其恒定的水位，在水箱下部装接水平放置的实验细管8，水经实验细管以恒定流流出，并通过调节阀11调节其出水流量。通过布置在实验管四个截面上的四组测压孔及测压管，可以测量到相应截面上的各种水头的大小，从而可以分析管路中恒定流动的各种能量形式、大小及相互转化关系。各个测量截面上的一组测压管都相当于一组毕托管，所以也可以用来测管中某点的流速。 电测流量装置由回水箱、计量水箱和电测流量装置（由浮子、光栅计量尺和光电子
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，掌握文丘里流量计量测管道流量的技能； 2．掌握气一水多管压差计量测压差的技能； 3．通过实验与量纲分析，了解应用量纲分析与实验结台研究水力学问题的途径，进而掌握文丘里流量计水力特征。 二、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 h K p Z p Z g d d d q V ?=+-+-= )]/()/[(21 )( 422114 2 12 1 γγπ ‘ (6-9) 1)/(/ 24 4 212 1 -= d d g d K π )()(2 21 1γ γ p Z p Z h + -+ =? 式中：h ?为两断面测压管水头差,m 。 由于阻力的存在，实际通过的流量V q 恒小于' V q 。今引入一无量纲系数’ V V q q =μ (μ称为流量系数)，对计算所得的流量值进行修正。 即 h K q q V V ?=' =μμ (6-10) 另外由水静力学基本方程可得气—水多管压差计的h ?为 4321h h h h h -+-=? 三、实验装置 本实验的装置如图6-10 所示。 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气-水多管压差计9测量（亦可用电测仪量测）。
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.文丘里实验管段 8.测压计气阀 9.测压计10.滑尺11.多管压差计12.实验流量调节阀 图6—10文丘里流量计实验装置图 四、实验方法与步骤 1.测记各有关常数。 2.开电源开关，全关阀12，检核测管液面读数 4321h h h h -+-是否为0，不为0时，需查出原因并予以排除。 3.全开调节阀12检查各测管液面是否都处在滑尺读数范围内？否则，按下列步骤调节：拧开气阀8，将清水注入测管2、3，待2432≈=h h cm ，打开电源开关充水，待连通管无气泡，渐关阀12，并调开关3至5.2821≈=h h cm ，即速拧紧气阀8。 4.全开调节阀门，待水流稳定后，读取各潮压管的液面读数1h 、2h 、3h 、4h ，并用秒表、量筒测定流量。 5.逐次关小调节阀，改变流量7～9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.如测管内液面波动时，应取时均值。 8.实验结束，需按步骤2校核压差计是否回零。 五、实验结果处理及分析 1.记录计算有关常数。 实验装置台号No____ =1d m ， =2d m ， 水温=t ℃， =ν m 2/s ， 水箱液面标尺值=?0 cm ， 管轴线高程标尺值=? cm 。 2 整理记录计算表6-9 6-10