流动系数量测实验

4 πDν
实验方法与步骤： 四 实验方法与步骤： 见指导书 五 实验分析与讨论 1. 流态判别标准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 层流与紊流的判别标准?实测下临界雷诺数为多少? 3.雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数为2320，而目前一般教科 书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在?
由管嘴出流公式 u = ϕ ' 2g∆H 可知, 若ϕ′=1, 则表示上、下游水位 差的位置势能∆H全部转化成了流速动能u2/2g, 转换中的水头损失为0, 但实际上, 损失总是有的, 因此ϕ′值不可能等于1, 而且必然小于1。实验 中, 在离管嘴2～3cm处, 垂直移动测点位置,分别读取数据观察分析管嘴 流速系数分布情况, 可以清晰地发现, 靠近管嘴中心处, 能量损失小, ϕ′ 值接近于1, 越是靠近管嘴的射流边缘, 受其边壁的阻力影响越大, 损失 越大, ϕ′ 值越小, 因此对于点的流速系数来说, 同一水位下, 管嘴射流的 不同位置点上有不同 ϕ′ 值。
µ=
Q实 Q理
实验方法和步骤： 四 实验方法和步骤： 见指导书 五 成果讨论与分析 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
( d − 0.01)cm 值取代上述
值时，本实验在最大流量下的 d
µ
值将变为多少?
理 2. 为什么计算流量 Q与实验流量
本实验的装置如图3.7.1所示。
4 5 6 7 8 9 K
3 2 1
1.自循环供水器 2.实验台 3.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 图3.7.1 雷诺实验装置
实验原理： 三 实验原理：
Re = K=
ρvd 4Q = = KQ; µ πdν
2.装置二 该装置在实验管道上，只安装了文丘里流量计，其两个测量断面分别连接一 气～水多管复合差压计和压差电测仪，如图3.6.2所示。
4 5 6 7 8
1 2 34
9 10 11 12
1 2
3 2 1
1.自循环供水器 2.实验台 3.无级调速器 4.恒压水箱 5.溢流板 6.稳水孔板 7.文丘里流量计 8.压差计顶部气阀K 9.测压排 10.滑动直尺 11. 气～水多管复合压差计 12.流量调节阀 13.回水管 图3.6.2 文丘里（及孔板）流量计实验装置二
2g A d ε= c = c A d
H0 = H +
2 α v0
≈H
三、实验装置
1.自循环供水器 2.实验台 3.无级调速器 4.恒压水箱 5.溢流板 6.稳 水孔板 7.孔口或管嘴（图中1#为流线型管嘴，2#为直角进口管嘴， 3#为圆锥形收缩管嘴，4#为孔口） 8.防溅旋板 9.测孔口射流收缩断 面直径的移动触头 10.上回水槽 11.标尺 12.测压管 13.回水管
四、实验方法与步骤
1.开启水泵，将流量调节到最大； 2.待上、下游水箱均溢流后，用吸气球放在测压管口部抽吸， 排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，检 查测压计液面是否齐平； 3.测计各有关实验参数，填入实验表格； 4.操作调节阀4并相应调节调速器3，使溢流量适中，共可获 得三个不同的恒定水位及相应的流速，重复步骤3； 5.量测并分析管嘴淹没射流的流速分布及变化规律； （1）分别沿垂向和流向改变测点的位置，观察管嘴淹没射 流的流速分布； （2）在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6～ 10倍以内时，误差在2～5％以上，不宜使用。试将毕托管头 部伸入到管嘴中，予以验证。 6.实验结束前，再次检查毕托管比压计是否齐平；
毕托管总水头为∆h，管嘴的作用水头为∆H ，若以激光测速仪测得 的流速为真值u, 则有 u = ϕ ' 2g ∆H 而毕托管测得的该点流速为： u = ϕ 2 g∆h 比较两流速值，即可求得毕托管精度。若令两者相等，则可率定 毕托管的修正系数：
ϕ = ϕ ' ∆H / ∆h
4. 描述管嘴淹没射流的流速分布及变化规律；验证同一水 位下, 管嘴射流的不同位置点上有不同的ϕ′值。
流动系数量测实验 流动系数量测实验
之一、 之一、毕托管测速实验
一、实验目的与要求
1. 了解普朗特型毕托管的构造和适用条件，率定毕托 管的流速校正系数； 2. 测定管嘴淹没出流出口点流速及点流速系数，掌握用 毕托管测量点流速的技能； 3. 可供实验分析管嘴淹没射流系数的变化规律等。
二、实验原理
对于毕托管：
之四、 之四、孔口管嘴实验 一、实验目的与要求
1. 学习、掌握孔口和管嘴出流的流速系数、 流量系数、侧收缩系数、局部阻力系数的 量测技能； 2. 实验分析管嘴的进口形状（直角和喇叭）、 管嘴类型（直管和锥管）对出流能力的影 响；
二、实验原理
流体经孔口流出的流动现象叫孔口出流。如图a的出流 条件可以是恒定或者变水头下的出流, 可以直接流入空气, 也可以流入到同一介质的流体中。在孔口周界上安装一长 度约为孔口直径3～4倍的短管, 这样的短管称圆柱形外管嘴。 管嘴按其形状可分为: 流线型管嘴（如图b）、 圆柱形管嘴 （如图c）、 圆锥形管嘴（如图d）。流体流经该短管, 并在 出口断面形成满管出流, 这种流动现象称为管嘴出流。
五、实验分析与讨论
1. 利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排 净与否？分析影响本实验精度的因素。
毕托管、测压管及其连通管只有充满被测液体，即满足连续条件 时，才有可能测得真值，否则如果其中夹有气柱，就会使测压失真， 造成误差。误差值与气柱高度和其位置有关。对于非堵塞性气泡，只 要气泡边上有水路连通, 哪怕连通的通道很细小, 也不会造成此误差， 但若不排除，在实验过程中这种气泡很可能变成堵塞性气柱而影响量 测精度。 检验的方法是毕托管置于静水中，检查分别与毕托管测速孔及测压 孔相连通的两根测压管液面是否齐平。如果气体已排净，不管怎样抖动 塑料连通管，两测管液面总是齐平的。 影响本实验精度的因素有：(1) 排气，(2) 测管的毛细现象， (3)测量 的稳定时间，(4)判读误差 。
2g 2g 2g
u= 1 1+ ζ 2 g ∆ H = ϕ ' 2 g∆ H
ϕ' =
1 1+ ζ
'
ϕ 式中ζ为流管在某一流段上的损失系数， 为点流速系数。本实验 ' 在管嘴淹没出流的轴心处测得ϕ ＝0.995，表明管嘴轴心处的水流由势 能转换为动能的过程中有能量损失，但甚微。
3. 据激光测速仪检测, 距孔口2~3cm轴心处, 其点流速系数为 ϕ′ , 试问本实验的毕托管精度如何？怎么率定毕托管的修正 系数？
u = ϕ 2 g∆h = k ∆h
u = ϕ ' 2 g∆H 对于管嘴淹没出流：
其中：ϕ —— ——毕托管的流速校正系数；
∆h ——毕托管总水头与测压管水头之差； ϕ′ ——测点处的流速系数； ∆H ——管嘴的作用水头。
三、实验设备
1. 自循环供水器 2. 实验台 3. 无级调速器 4. 水位调节阀 5. 恒压水箱 6. 管嘴 7. 毕托管 8. 尾水箱与导轨 9. 测压管 10. 测压排 11. 滑动测量尺（滑尺） 12. 上回水管 13. 下回水管
四、实验步骤
1.记录实验常数，将各孔口管嘴用橡皮塞塞紧，排除测压管12中的气 柱，此时测压管中液面应与水箱液面高程相同； 2.打开调速器开关，使恒压水箱充水，至溢流后再打开1# 流线型管嘴， 待水面稳定后，观察记录出流流股的形态，测记水箱水面高程H1，用 体积法或电测法测定流量Q（要求重复测三次，时间尽量长些，以求 准确），量测完毕，先旋动防溅旋板8，将1#管嘴进口盖好，再塞紧橡 皮塞； 3.打开2#直角管嘴，同上步骤，观察和量测出流流股的形态、流量Q、 水位H1；此时可观测到测压管12中水柱迅速降低，hv= (0.6~0.7)H，说 明直角进口管嘴在进口处产生较大真空，通过测压管和标尺量测其真 空度hV； 4.依次打开3#圆锥形收缩管嘴，观察流股形态，测定H1及Q； 5.打开4#薄壁孔口，观察孔口出流现象、射流流股形态，测定H1及Q， 并测记收缩断面的直径（重复测量三次）；再改变孔口出流的作用水 头（可相应减少进口流量），观察孔口收缩断面直径随水头变化的情 况。
2. 观察毕托管的流速水头（亦称动压头）Δh和管嘴上、下 游水箱的水位差ΔH，两者的大小关系如何？原因何在？所 测的管嘴出流的流速系数说明了什么？
实验观察得，Δh＜ΔH。 而理论分析： 对于毕托管： u = ϕ 2 g∆h 对于管嘴淹没出流： u = ϕ ' 2 g∆H ∆h = (ϕ ' / ϕ ) 2 ∆H 即 一般毕托管流速校正系数ϕ＝1±1‰（与仪器制作精度有关）。 喇叭型进口的管嘴出流，其中心点的点流速系数ϕ ' ＝0.996±1‰。所 以，Δh＜ΔH。 u2 u2 u2 + hw = +ζ 由管嘴出流的某流线的能量方程，可得 ∆H =
三 实验原理： 实验原理： 流量计算公式： Q理 = K ∆h 式中：
K=
π
4
D2d 2 D −d
4 4
2g
h1 − h2 (文丘里) ∆h = ( z1 + ) − ( z 2 + ) = γ γ (h3 − h4 ) + (h5 − h6 ) （孔板） p1 p2
文丘里流量计和孔板流量计的流量系数为：
打开调速器开关使恒压水箱充水至溢流后再打开1流线型管嘴待水面稳定后观察记录出流流股的形态测记水箱水面高程h体积法或电测法测定流量q要求重复测三次时间尽量长些以求准确量测完毕先旋动防溅旋板8将1直角管嘴同上步骤观察和量测出流流股的形态流量q水位h0607h说明直角进口管嘴在进口处产生较大真空通过测压管和标尺量测其真并测记收缩断面的直径重复测量三次
Q实 不相等?
之三、 雷诺实验 之三、 雷诺实验
本实验的重点与注意点： 本实验的重点与注意点： 重点：雷诺实验的工作原理，层流与紊流的区别与转换，如何根据水流判别 上下临界流速。 注意点：注意观察两种流态。 每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟； 关小阀门过程中，只许渐小，不许开大(测下临界雷诺数时)； 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。 实验目的与要求： 一 实验目的与要求： 1. 观察层流、紊流的流态及其转换特征； 2．观察层流时的流速分布； 3. 测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则； 4. 学习古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： 实验装置：
4 6
1 2
12
3 4 5 6
13 14
11 8 7 9
10
15 16
5
3
2 1
1.水箱 2.水泵 3.实验台 4. 变液位溢流板 5. 水泵电源开关 6.恒压水箱 7.稳水孔板 8.消能稳水玻璃球 9.文丘里流量计 10.孔板流量计 11.气～水压差计 12. 测压排 13.复合压差计顶部气阀 14. 气～水多管复合压差计 15. 流量调节阀K 16.回流接水槽 图3.6.1 文丘里（及孔板）流量计实验装置一
之二、 文丘里（及孔板）流量计实验 之二、 文丘里（及孔板）流量计实验
本实验的重点与注意点： 本实验的重点与注意点： 重点：文丘里流量计及孔板流量计的工作原理， 气—水压差计和气—水复合压差计工作原理。 注意点：读压差计、掌握阀门、测量流量的同学需要相互配合。 实验时必须在水流稳定后方可进行。
一
实验目的与要求： 实验目的与要求：
1. 测定文丘里流量计及孔板流量计的流量系数 µ 。 2. 掌握应用文丘里流量计及孔板流量计测量流量的原理和方法。 3. 掌握应用气—水压差计和气—水复合压差计测量压差的方法。 4. 绘制文丘里流量计压差（△h）与实测流量(Q实)关系曲线。
实验设备： 二 实验设备： 1.装置一
ห้องสมุดไป่ตู้
( )
( )
( )
( )
其中
在一定水头H0作用下孔口(或管嘴)自由出流时的流量， 可用下式表示： Q = εAϕ 2 gH = µA 2 gH
0 0
——断面的收缩系数，对孔口ε= 0.63～ 0.64，对管嘴ε= 1.0； Ac、dc ——收缩断面的面积、直径； A、d ——孔口（或管嘴）断面面积、直径； 1 µ = ϕ= —— 流速系数，对孔口ϕ = 0.97～0.98， α +ζ ε 对圆柱形外管嘴ϕ = 0.82； Q µ = εϕ = —— 流量系数，对孔口μ= 0.60～0.62， A 2 gH 对圆柱形外管嘴μ= 0.82； 1 ζ = 2 − 1 —— 局部阻力系数，对孔口ζ= 0.04～0.06， ϕ 对圆柱形外管嘴ζ= 0.5。