流体力学综合实验台实验指导书

流体力学综合实验

流体力学综合实验台为多用途实验装置，其结构示意图如图1所示。

图1 流体力学综合试验台结构示意图

1.储水箱

2.上、回水管

3.电源插座

4.恒压水箱

5.墨盒

6.实验管段组

7.支架

8.计量水箱

9.回水管10.实验桌

利用这种实验台可进行下列实验：

一、雷诺实验；

二、能量方程实验；

三、管路阻力实验；1．沿层阻力实验2．局部阻力实验；

四、孔板流量计流量系数和文丘里流量系数的测定方法；

五、皮托管测流速和流量的方法。

一、雷诺实验

1．实验目的

（1）观察流体在管道中的流动状态；

（2）测定几种状态下的雷诺数；

（3）了解流态与雷诺数的关系。

2．实验装置

在流体力学综合实验台中，雷诺实验涉及的部分有高位水箱、雷诺数实验管、阀门、伯努力方程实验管道、颜料水（蓝墨水）盒及其控制阀门、上水阀、出水阀，

水泵和计量水箱等，秒表及温度计自备。 3．实验前准备

（1）、将实验台的各个阀门置于关闭状态。开启水泵，全开上水阀门，把水箱注满水，再调节上水阀门，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不变。 （2）、用温度计测量水温。 4．实验方法 （1）、观察状态

打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针流出，颜料水和雷诺实验管中的水迅速混合成均匀的淡颜色水，此时雷诺实验管中的流动状态为紊流；随着出水阀门的不断的关小，颜料水与雷诺实验管中的水渗混程度逐渐减弱，直至颜料水与雷诺实验管中形成一条清晰的线流，此时雷诺实验管中的流动为层流。 （2）测定几种状态下的雷诺系数

全开出水阀门，然后在逐渐关闭出水阀门，直至能开始保持雷诺实验管内的颜料水流动状态为层流状态。按照从小流量到大流量的顺序进行实验，在每一个状态下测量体积流量和水温，并求出相应的雷诺数。

实验数据处理举例：

设某一工况下具体积流量Q=3.467×10-5m 3/s ，雷诺实验管内径d=0.014m ，实验水温T=5℃，查水的运动粘度与水温曲线，可知微v=1.519×10-6m 2/s 。

流 速 s m F

Q V /255.0014.04

10467.325

=⨯⨯=

=-π 20756=-

根据实验数据和计算结果，可绘制出雷诺数与流量的关系曲线（图2）。不同温度下，对应的曲线斜率不同。

3）测定下临界雷诺数

调整出水阀门，使雷诺实验管中的流动处于紊流状态，然后缓慢地逐渐关小出水阀门，观察管内颜色水流的变动情况。当关小某一程度时，管内的颜料水开始成为一条线流，即为紊流转变为层流的下临界状态。记录下此时的相应的数据，求出下临界雷诺数。

4）观察层流状态下的速度分布

关闭出水阀门，用手挤压颜料水开关的胶管二到三下，使颜料水在一小段管内扩散到整的断面。然后，在微微打开出水阀门，使管内呈层流流动状态，这是即可观察到水在层流流动时呈抛物状，演示出管内水流流速分布。

注：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，不许开打。随着出水流量减小，应当调小上水阀门，以减少溢流流量引发的振动。

二、能量方程实验

1、实验目的

（1）、观察流体流经能量方程实验管时的能量转化情况，并对实验中出现的现象进行分析，从而加深对能量方程的理解。

（2）、掌握一种测量流体流速的原理。

2、实验装置

流体力学综合实验台中，能量方程实验部分涉及的有上水箱、能量方程实验管、上水阀门、出水阀门、水泵、测压管板（图中未给出）和计量水箱等。

3、实验前准备工作

开启水泵，全开水阀门使水箱注满水，再调节上水阀门，使水箱水位始终保持不变，并有少量溢出。

4、实验方法

（1）、能量方程实验

调节出水阀门至一定开度，测定能量方程实验管的四个断面四组测压管的液柱高度，并利用计量水箱和秒表测定流量。改变阀门的开度，重复上面方法进行测试。

根据测试数据的计算结果，绘出某一流量下各种水头线（如图3），并运用能

量方程进行分析，解释各测点

各种能头的变化规律。

可以看出，能量损失沿着

流体流动方向增大的；Ⅰ与Ⅲ

比较，两点管径相同，所以动

能头基本相同，但Ⅲ点的压力

能头比Ⅰ增大了，这是由于位

置能转化而得来的；Ⅰ与Ⅱ比

较，其位置能头相同，但Ⅱ点

比Ⅰ点的压力能头大，这是图3 各种水头线

由于管径变粗；速度减慢，动能头转化为压力能头；Ⅲ与Ⅳ比较，位置能头相同，但压力能头小了，可明显看出，是压力能头转化为速度能头了。

实验结果还清楚的说明了连续方程，对于不可压缩的流体稳定流动，当流量一定时，管径粗的地方流速小，细的地方流速大。

2）测速

能量方程实验管上的四组测压管的任一组都相当与一个皮托管，可测得管内的流体速度。由于本实验台将总测压管置与能量方程实验管的轴线，所以测得的动压水头代表了轴心处的最大速度。

皮托管求点速度的公式为：h

=

=2g

k2

=

c

∆

k

u∆

h

c

g

式中u---毕托管测点处的点速度；

c---毕托管的教正系数；

∆h---毕托管全压水头与静水压水头差。

ϕ

g

=2

H

u∆

联立上两式可得H

∆

''ϕ

=/

h

c∆

式中u--- 测点处流速，有毕托管测定；

''ϕ---测点流速系数；

∆---管嘴的作用水头；

H

在进行能量方程实验的同时，就可以测定出各点的轴心速度和平均速度。测试结果记入表二中，如果用皮托管求出所在截面的理论平均速度，可根据该截面中心处的最大流速。雷诺数与平均流速的关系，参考有关流体力学求出。