空气流动综合试验

空气流动综合实验

一、实验的目的要求

流体力学课程是建筑环境与设备工程专业的专业基础课，是一门重要的必修主干课程。流体力学是根据经典力学的普遍规律，结合流体的特性，运用理论分析和实验研究相结合的方法建立和发展起来的。它是力学的分支学科，是研究流体机械运动规律及其应用的科学，是建筑环境与设备工程专业技术人员应具有的力学基础。

流体力学课程教学的实践环节是课程实验。空气流动实验是结合专业特点，通过一系列的空气流动实验过程，使学生巩固和验证所学的知识，受到实验方法和基本试验技能的训练，养成严肃认真、实事求是的科学态度和作风，培养分析问题和解决问题的能力及动手能力，培养创新意识、创新精神和创新能力，培养处理实验数据、分析实验结果、书写实验报告的能力。为学生今后从事建筑环境与设备工程领域的科学研究和技术开发工作打下坚实的基础。

二、实验方式与基本要求

1．实验主要为验证性实验。

2．实验以小组为单位进行，每组4-5人。

3．实验前, 学生必须认真阅读实验指导书, 了解实验的目的和原理, 明确本次实验中要测定什么量, 最终要求什么量, 用什么实验方法, 使用什么仪器, 控制什么条件，需要注意什么问题。实验过程中, 要求学生勤于动手, 敏锐观察, 细心操作, 准确记录原始数据。

4．要求学生认真分析处理实验数据、撰写实验报告。引导学生深入思考与实验现象有关的一些问题，着力培养学生观察能力和综合考虑问题的能力，使学生学会分析和研究问题的方法。

三、实验仪器设备

空气流动的综合实验是在空气动力实验台上完成的。风机将大气沿管道输送到实验段上方的空气箱中，管道中装有调节流量的阀门，空气箱总的下方为一矩形道口，可通过不同形状的收缩段，气流在收缩段中加速，使流体在达到收缩段出口到达实验段入口时，气流的流

动更为稳定和均匀。实验段出口设在一个工作台面上，通过台面上的道口将动气送至实验台的后面。当希望废弃从实验室排走时，可以根据需要延长管道，排向室外。（参见图）

试验所用的仪器，可根据具体的试验项目选择：多管测压计； MiniCTA 热线风速仪；皮托管；微压计、斜管压力计等。

四、实验原理

气体被看作是一种连续介质，整个流动可以用所有质点的流速矢量，即流速场来描述。

气体流动满足流动方程式。

1．连续性方程

根据质量守恒原理，运动是连续的，则沿总流各物理量的变化，应该满足

υ1A 1= υ2A 2

2. 伯努利方程式

气体恒定流沿总流各物理量的变化，应服从

()()l a p p z z p ++=--++

2

22122112

121ρυγγρυ

五、实验内容

1． 伯努利方程应用于缩扩型管流； 2． 过流断面流速分布测定； 3． 绕流阻力； 4． 射流实验；

5． 流动显示（或可自选以上实验内容）

六、实验步骤

1. 实验段换成缩扩型实验段；

2．测量沿流道的全压P 和静压p ；

3．通过伯努利方程的计算与测量结果比较。 4．测量断面上的速度分布。

5. 实验段换成直通方管，并将圆柱体放入；

6. 测量上游均匀速度值和下游断面速度分布；

7. 利用动量方程求出绕圆柱流动的阻力系数。

8. 实验段换成圆截面射流管；

9. 测出速度为零的外边界及出口速度； 10. 测出转折断面及到出口处的距离；

11. 测量起始段断面及主体段断面的速度分布；

12．验证射流断面速度分布的相似性；

13．测出紊流系数a值，并绘出紊动射流结构图。

14．观察所有流动显示的图画。

七、实验数据记录及计算

根据实验测量的结果，绘制表格记录数据，作出相应计算。（学生自己设计）

八、实验报告

1．给出缩扩管通过伯努利方程的计算与测量结果比较数据；

2．给出绕圆柱流动的阻力系数；

3．给出紊流射流无量纲速度分布图一张及紊流系数a值。

九、问题讨论

实验时期：

年月日

一、实验观测数值

管径D＝，收缩管处直径d＝，收缩管长度L＝

二、计算数值

三、实验日期

年月日

四、绘制静压个全压线图

（比例尺1：20）

五、问题讨论

1．静压和全压线的变化趋势如何？

2．如果流动反向，你估计结果将会有哪些不同？

3．怎样提高皮托管的测量精度和速度？或你可设计一种测量装置？