流体力学实验

流体力学实验

一、目的与要求

1．验证不可压缩流体的定常流淌的总流Bernoulli方程（能量方程），加深对流淌过程中能量缺失的熟悉；

2．掌握流速、流量、压强等流淌参量的实验测量技能

3．用实例流量计算流速水头去核对测压板上两线的正确性；

。

二、实验原理

在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。运用不可压缩流体的定常流淌的总流Bernoulli方程，能够列出进口邻近断面（1）至另一缓变流断面（i）的Bernoulli方程：

iwiiiihgvpzgvpz122111122

其中i=2，3，4，……，n；取121n。

选好基准面，从断面处已设置的静压测管中读出测管水头pz的值；通过测量管路的流量，计算出各断面的平均流速v与gv22的值，最后即可得到各断面的总水头gvpz22的值。验装置装置图实验装置如图一所示。

三、实验步骤

1． 熟悉实验设备，熟悉测压管的布置情况；

2．打开泵供水，待水箱溢流后，关闭伯努利管阀门，检查所有测压管的液面是否平齐。如不平，则查明故障原因（如连通管堵塞、漏气或者夹气泡等），并加以排除，直至调平；

3．打开伯努利管阀门，待测压管的液面完全静止后，观察测量测压管的液面高度，并记录在表2；

4．调节伯努利管阀的开度，待流量稳固后，测量并记录各测压管与液面的高度，同时测记如今的管道流量；

5．改变流量2次，重复上述测量。

四、实验结果记录与分析

1． 有关常数记入表1。

表1 常数记录表格

测点编号 1

2 2

3 3

4 4

5 5

6

管径 (cm)

两点间距 (cm) 2． 测量流量与)(pz并记入表2。

表2 实验记录表格 (基准面选在标尺的零点上)

水头 z+p/γ (cm) z+p/γ+u2/2g (cm) Q

编号 1 2 3 4 1 2 3 4 cm3/s

实验次数 1

2

3

3． 计算速度水头与总水头，填入表3与表4。

表3 速度水头计算表格

管径d

(mm) Q= (cm3/s) Q= (cm3/s) Q= (cm3/s)

A

(cm3) v

(cm/s) v2/2g

(cm) A

(cm3) v

(cm/s) v2/2g

(cm) A

(cm3) v

(cm/s) v2/2g

(cm)

表4 总水头计算表格

z+ p/+v2/2g (cm) Q

测点

编号 1 2 3 4 (cm3/s)

实验次数 1

2

3

4．将上述结果中最大流量下的总水头线（动压水头线与计算水头线）与测压管水头线绘在图上。

六、结果分析及讨论

1．沿管长方向，总水头线的变化趋势如何？静水头线的变化趋势与总水头线的有何不一致？简要说明原因。

2．水箱水位恒定，流量增加，静水头线发生什么变化？简要说明原因。

实验二 雷诺实验 一、实验目的

1、观察液体流淌时的层流与紊流现象。区分两种不一致流态的特征，搞清两种流态产生的条件。

2、测定颜色水在管中的不一致状态下的雷诺数及沿程水头缺失。绘制沿程水头缺失与断面平均流速的关系曲线，验证不一致流态下沿程水头缺失的规律是不一致的。 二、实验原理

液体在运动时，存在着两种根本不一致的流淌状态。当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起操纵作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。当液体流速逐步增大，质点惯性力也逐步增大，粘滞力对质点的操纵逐步减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。通过雷诺数来判定两种流态：

Re=Vd/ν

流量由小到大变化时，由层流转变为紊流的雷诺数称之上临界雷诺数；流量由大到小变化时，由紊流转变为层流的雷诺数称之下临界雷诺数。

三、实验步骤

1、开启水泵开关向水箱充水，使水箱保持溢流。

2、微微开启泄水阀及有色液体盒出水阀，使有色液体流入管中。调节泄水阀，使管中的有色液体呈一条直线，如今水流即为层流。如今用体积法测定管中过流量。

3、慢慢加大泄水阀开度，观察有色液体的变化，在某一开度时，有色液体由直线变成波状形。再用体积法测定管中过流量。

4、继续逐步开大泄水阀开度，使有色液体由波状形变成微小涡体扩散到整个管内，如今管中即为紊流。并用体积法测定管中过流量。

5、以相反程序，即泄水阀开度从大逐步关小，再观察管中流态的变化现象。并用体积法测定管中过流量。

6、重复平行实验，上临界与下临界雷诺数经多次测量取平均值。

四、实验数据计算与处理

1、实验记录表

次数 V t Vs 临界流速 临界雷诺数 附注

×10-3m3） （s） (m3/s) uk(m/s) Rek 实验管内径：

d= mm

水温： ℃ 1

2

3

4

5

6

2、实验数据计算 Rek=vduk

uk=4/2dVsAVs m/s

Vs=tV m3/s

式中：

——水的运动粘度 （根据实验的水温，从水的粘温曲线上查得）

A——实验管内横截面积，m2

uk——临界流速，m/s

Vs——体积流量，m3/s

五、结果分析及讨论

1、液体流态与什么因素有关?为什么外界干扰会影响液体流态的变化?

2、雷诺数的物理意义是什么？为什么雷诺数能够用来判别流态？

3．临界雷诺数与什么因素有关？为什么上临界雷诺数与下临雷诺数不一样？

实验三 阻力实验

一、实验目的

1、学习直管摩擦阻力Δpf（hf），直管摩擦系数λ的测定方法。

2、掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re与相对粗糙度之间的关系及其变化规律。

3、掌握局部阻力的测量方法。

二、实验原理

1、直管摩擦系数λ与雷诺数Re的测定

流体在管道内流淌时，由于流体的粘性作用与涡流的影响会产生阻力，流体在直管内流淌阻力的大小与管长、管径、流体流速与管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系：

gvdlphff22

22vpldf

vdRe

式中： d ——管径，m；

fp——直管阻力引起的压强降，Pa；

l ——管长，m；

v ——流速，m/s；

 ——流体的密度，kg/m3；

 ——流体的重度，N/m3；

 ——流体的运动粘度系数，m2/s。

直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系通常用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长l与管径d都已固定。若水温一定，则水的密度与粘度也是定值。因此本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降fP与流速v（流量V）之间的关系。

根据实验数据与可计算出不一致流速下的直管摩擦系数λ，与对应的Re，从而整理出直管摩擦系数与雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线。

gvphff22

22vpf

式中：  ——局部阻力系数，无因次；

fp——局部阻力引起的压强降，Pa； fh ——局部阻力，m。

三、实验步骤

（1）熟悉实验装置及流程。关闭泵的出口阀，启动离心泵。

（2）打开管道上的出口阀门；再慢慢打开进口阀门，让水流经管道，以排出管道中的气体。

（3）在进口阀全开的条件下，调节出口阀，流量由小到大或者反之，记录8~10组不一致流量下的数据，并记录各流量下的测压管水头。注意流量的变更，应使实验点在λ~Re图上分布比较均匀。

（4）数据取完后，关闭进、出口阀，停止沿程阻力实验。

（5）按以上步骤测定局部阻力系数。

（五）数据处理

根据实验数据，计算Re及λ，在双对数座标纸上标绘二者的关系，并与教材上的图线比较之。

数据记录及整理表

管内径 mm； 管长EF= m

水 温 ℃ 水粘度 m2/s

序号 V

×10-3m3 t

s Vs

m3/s v

m/s R evd 测压管水头（m） △p

N/m2 λ 备注

5 6 差

1

2

3

4

五、结果分析与讨论

影响流体阻力大小因素有什么？