工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告3代學(xué)生樣教材

工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告3代學(xué)生樣版教材工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告3代學(xué)生樣版教材工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告3代學(xué)生樣版教材工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書與報(bào)告毛根海編著杭州源流科技毛根海教授團(tuán)隊(duì)2021年3月目錄2-1流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)....................................................................12-2恒定總流伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)......................................................82-3文丘里綜合型實(shí)驗(yàn)...........................................................................172-4雷諾實(shí)驗(yàn)..........................................................................................232-5動量定律綜合型實(shí)驗(yàn)......................................................................272-6孔口出流與管嘴出流實(shí)驗(yàn)..............................................................332-7局部水頭損失實(shí)驗(yàn)..........................................................................382-8沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)..........................................................................432-9畢托管測速與修正因數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)...................................................492-10達(dá)西滲流實(shí)驗(yàn)................................................................................542-11平面上的靜水總壓力測量實(shí)驗(yàn)....................................................59ii2-1流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.掌握用測壓管測量流體靜壓強(qiáng)的技術(shù)；2.考據(jù)不能壓縮流體靜力學(xué)根本方程；3.測定油的密度；4.經(jīng)過對諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)觀察解析，加深流體靜力學(xué)根本看法理解，提高解決靜力學(xué)實(shí)責(zé)問題的能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各局部名稱如圖1所示。1234567

8p0A9BCcDba1011圖.1流體靜力學(xué)綜合型實(shí)驗(yàn)裝置圖1.測壓管2.帶標(biāo)尺測壓管3.連通管4.通氣閥5.加壓打氣球6.真空測壓管7.截止閥8.U型測壓管9.油柱10.水柱11.減壓放水閥說明：下述中的儀器部件編號均指實(shí)驗(yàn)裝置圖中的編號，如測管2即為圖1中“2.帶標(biāo)尺測壓管〞。后述各實(shí)驗(yàn)中述及的儀器部件編號也均指相應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置圖中的編號。2.裝置說明-1-(1)流體測點(diǎn)靜壓強(qiáng)的測量方法之一——測壓管流體的流動要素有壓強(qiáng)、水位、流速、流量等。壓強(qiáng)的測量方法有機(jī)械式測量方法與電測法，測量的儀器有靜態(tài)與動向之分。測量流體點(diǎn)壓強(qiáng)的測壓管屬機(jī)械式靜態(tài)測量儀器。測壓管是一端連通于流體被測點(diǎn)，另一端張口于大氣的透明管，適用于測量流體測點(diǎn)的靜態(tài)低壓范圍的相對壓強(qiáng)，測量精度為1mm。測壓管分直管型和“U〞型。直管型如圖1中管2所示，其測點(diǎn)壓強(qiáng)pgh，h為測壓管液面至測點(diǎn)的豎直高度?！癠〞型如圖中管1與管8所示。直管型測壓管要求液體測點(diǎn)的絕對壓富強(qiáng)于當(dāng)?shù)卮髿鈮海衲敲匆驓怏w流入測點(diǎn)而無法測壓；“U〞型測壓管可測量液體測點(diǎn)的負(fù)壓，比方管1中當(dāng)測壓管液面低于測點(diǎn)時(shí)的情況；“U〞型測壓管還可測量氣體的點(diǎn)壓強(qiáng)，如管8所示，一般“U〞型管中為單一液體〔本裝置因其它實(shí)驗(yàn)需要在管8中裝有油和水兩種液體〕，測點(diǎn)氣壓為pgh，h為“U〞型測壓管兩液面的高度差，當(dāng)管中接觸大氣的自由液面高于另一液面時(shí)h為“+〞，反之h為“-〞。由于受毛細(xì)管影響，測壓管內(nèi)徑應(yīng)大于8~10mm。本裝置采用毛細(xì)現(xiàn)象弱于玻璃管的透明有機(jī)玻璃管作為測壓管，內(nèi)徑為8mm，毛細(xì)高度僅為1mm左右。(2)恒定液位測量方法之一——連通管測量液體的恒定水位的連通管屬機(jī)械式靜態(tài)測量儀器。連通管是一端連接于被測液體，另一端張口于被測液體表面空腔的透明管，如管3所示。對于敞口容器中的測壓管也是測量液位的連通管。連通管中的液體直接顯示了容器中的液位，用mm刻度標(biāo)尺即可測讀水位值。本裝置中連通管與各測壓管同為等徑透明有機(jī)玻璃管。液位測量精度為1mm。(3)全部測管液面標(biāo)高均以帶標(biāo)尺測壓管2的零點(diǎn)高程為基準(zhǔn)；(4)測點(diǎn)B、C、D地址高程的標(biāo)尺讀數(shù)值分別以B、C、D表示，假設(shè)同時(shí)取標(biāo)尺零點(diǎn)作為靜力學(xué)根本方程的基準(zhǔn)，那么B、C、D亦為zB、zC、zD；(5)本儀器中全部閥門旋柄均以順管軸線為開。3.根本操作方法：(1)設(shè)置p0=0條件。翻開通氣閥4，此時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)壓強(qiáng)p0=0。(2)設(shè)置p0>0條件。關(guān)閉通氣閥4、放水閥11，經(jīng)過加壓打氣球5對裝置打氣，可對裝置內(nèi)部加壓，形成正壓；(3)設(shè)置p0<0條件。關(guān)閉通氣閥4、加壓打氣球5底部閥門，開啟放水閥11-2-放水，可對裝置內(nèi)部減壓，形成真空。(4)水箱液位測量。在p0=0條件下讀取測管2的液位值，即為水箱液位值。三、實(shí)驗(yàn)原理1．在重力作用下不能壓縮流體靜力學(xué)根本方程pzCg或pp0gh式中：z——被測點(diǎn)相對基準(zhǔn)面的地址高度；p——被測點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)〔用相對壓強(qiáng)表示,以下同〕；p0——水箱中液面的表面壓強(qiáng)；——液體密度；h——被測點(diǎn)的液體深度。2．油密度測量原理方法一：測定油的密度o，簡單的方法是利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置的U型測壓管8，再另備一根直尺進(jìn)行直接測量。實(shí)驗(yàn)時(shí)需翻開通氣閥4，使p0=0。假設(shè)水的密度w為值，如圖2所示，由等壓面原理那么有ho1Hw2828

8oh1oop01p02p=00Hh2p02wwh1Hp01HAAwww(a)(b)圖2油的密度測量方法一圖3油密度測量方法二方法二：不另備測量尺，只利用圖1中測管2的自帶標(biāo)尺測量。先用加壓打氣球5打氣加壓使U型測壓管8中的水面與油水交界面齊平，如圖3(a)所示，有pghgH01w1o再翻開減壓放水閥11降壓，使U型測壓管8中的水面與油面齊平，如圖3(b)-3-所示，有pghgHgH02w2ow聯(lián)立兩式那么有ho1whh12四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1.定性解析實(shí)驗(yàn)(1)測壓管和連通管判斷。按測壓管和連通管的定義，實(shí)驗(yàn)裝置中管1、2、6、8都是測壓管，當(dāng)通氣閥關(guān)閉時(shí)，管3無自由液面，是連通管。(2)測壓管高度、壓強(qiáng)水頭、地址水頭和測壓管水頭判斷。測點(diǎn)的測壓管高度即為壓強(qiáng)水頭pg，不隨基準(zhǔn)面的選擇而變，地址水頭z和測壓管水頭zpg隨基準(zhǔn)面選擇而變。(3)觀察測壓管水頭線。測壓管液面的連線就是測壓管水頭線。翻開通氣閥4，此時(shí)p00，那么管1、2、3均為測壓管，從這三管液面的連線能夠看出，對于同一靜止液體，測管水頭線是一根水平線。(4)鑒識等壓面。p關(guān)閉通氣閥4，翻開截止閥7，用打氣球略加壓，使0g為0.02m左右，鑒識以下幾個(gè)平面可否是等壓面；a.過C點(diǎn)作一水平面，相對管1、2、8及水箱中液體而言，這個(gè)水平面是不是等壓面？b.過U型管8中的油水分界面作一水平面，對管8中液體而言，這個(gè)水平面可否是等壓面？c.過管6中的液面作一水平面，對管6中液體和方盒中液體而言，該水平面可否是等壓強(qiáng)？依照等壓面鑒識條件：質(zhì)量力只有重力、靜止、連續(xù)、均質(zhì)、同一水平面?？膳袛嗌鲜鯾、c是等壓面。在a中，相對管1、2及水箱中液體而言，它是等壓面，-4-但相對管8中的水或油來講，它都不是同一等壓面。(5)觀察真空現(xiàn)象。翻開放水閥11減低箱內(nèi)壓強(qiáng)，使測管2的液面低于水箱液面，這時(shí)箱體內(nèi)p0<0，再翻開截止閥7，在大氣壓力作用下，管6中的液面就會升到必然高度，說明箱體內(nèi)出現(xiàn)了真空地域(即負(fù)壓地域)。(6)觀察負(fù)壓下管6中液位變化關(guān)閉通氣閥4，開啟截止閥7和放水閥11，待空氣自管2進(jìn)入圓筒后，觀察管6中的液面變化。2.定量解析實(shí)驗(yàn)(1)測點(diǎn)靜壓強(qiáng)測量。依照根本操作方法，分別在p0=0、p0>0、p0<0與pB<0條件下測量水箱液面標(biāo)高0和測壓管2液面標(biāo)高H，分別確定測點(diǎn)A、B、C、D的壓強(qiáng)pA、pB、pC、pD。(2)油的密度測定拓展實(shí)驗(yàn)按實(shí)驗(yàn)原理，分別用方法一與方法二測定油的容重。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)辦理與解析參照五。五、數(shù)據(jù)辦理及成就要求1.記錄相關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺號：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________-2m、C=10-2m、D=10-2m

各測點(diǎn)高程為：B=10-2m、zD=10-2m基準(zhǔn)面選在zC=102.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果〔參表1，表2〕3.成就要求(1)答復(fù)定性解析實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)問題。(2)由表受騙算的zCpCg、zDpDg，考據(jù)流體靜力學(xué)根本方程。(3)測定油的密度，對兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果作以比較。-5-六、解析思慮題1．相對壓強(qiáng)與絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)與真空度之間有什么關(guān)系？測壓管能測量何種壓強(qiáng)？2．測壓管太細(xì)，對測壓管液面讀數(shù)造成什么影響？3．本儀器測壓管內(nèi)徑為×10-2m，圓筒內(nèi)徑為×10-1m，儀器在加氣增壓后，水箱液面將下降而測壓管液面將高升H，實(shí)驗(yàn)時(shí)，假設(shè)近似以p0=0時(shí)的水箱液面讀值作為加壓后的水箱液位值，那么測量誤差/H為多少？七、本卷須知1．用打氣球加壓、減壓需緩慢，以防液體溢出及油柱吸附在管壁上；打氣后務(wù)必關(guān)閉打氣球下端閥門，以防漏氣。2．真空實(shí)驗(yàn)時(shí)，放出的水應(yīng)經(jīng)過水箱頂部的漏斗倒回水箱中。3．在實(shí)驗(yàn)過程中，裝置的氣密性要求保持優(yōu)異。-6-表1流體靜壓強(qiáng)測量記錄及計(jì)算表實(shí)驗(yàn)條件次序壓強(qiáng)水頭測壓管水頭水箱液面測壓管液面Hppppp0ABCDczzHBHCHDcDH0-2m)/(10-2m)ggggg/(10pDg/(10-2m)-2m)/(10-2m)/(10-2m)/(10-2m)-2m)/(10/(10-2m)p0=0p0>0p0<0(其中一次pB<0)表2油的密度測定記錄及計(jì)算表?xiàng)l序次水箱液面0-2m)/(10測壓管2液面H-2m)/(10h1H/(10-2m)0h1/(10-2m)h20/(10-2m)Hh2/(10-2m)ho1hhw12件p0>0，且U型管中水面與油水交界面齊平p0<0，且U型管中水面與油面齊平72-2恒定總流伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.經(jīng)過定性解析實(shí)驗(yàn)，提高對動水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)解析能力；2.經(jīng)過定量測量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握有壓管流中動水力學(xué)的能量變換特色，驗(yàn)證流體恒定總流的伯努利方程，掌握測壓管水頭線的實(shí)驗(yàn)測量技術(shù)與繪制方法；3.經(jīng)過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練理論解析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的科研能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各局部名稱如圖1所示。456789

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121152861013734591113121357911131517191416181519

1714321圖1伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺3.可控硅無級調(diào)速器3.溢流板5.穩(wěn)水孔板6.恒壓水箱7.實(shí)驗(yàn)管道8.測壓點(diǎn)①~○199.彎針畢托管10.測壓計(jì)11.滑動測量尺12.測壓管①~○1913.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)治閥14.回水漏斗15.穩(wěn)壓筒16.傳感器17.智能化數(shù)顯流量儀-8-2．裝置說明(1)流量測量——智能化數(shù)顯流量儀智能化數(shù)顯流量儀系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒15、高精美傳感器16和智能化數(shù)顯流量儀17〔含數(shù)字面板表及A/D變換器〕。該流量儀為管道式瞬時(shí)流量儀，測量精度一級。流量儀的使用方法，需先排氣調(diào)零，待水箱溢流后，間歇性全開、全關(guān)管道出水閥13數(shù)次，消除連通管內(nèi)氣泡。再全關(guān)閥13，待牢固后將流量儀調(diào)零。測流量時(shí)，水流牢固后，流量儀所顯示的數(shù)值即為瞬時(shí)流量值〔以下實(shí)驗(yàn)類同〕。假設(shè)需詳細(xì)認(rèn)識流量儀性能請見說明書。(2)測流速——彎針管畢托管彎針管畢托管用于測量管道內(nèi)的點(diǎn)流速，原理見實(shí)驗(yàn)教材第2章。為減小對流場的攪亂，本裝置中的彎針直徑為1.61.2mm〔外徑內(nèi)徑〕。迎流面實(shí)驗(yàn)說明只要開孔的切平面與來流方向垂直，彎針管畢托管的彎角從90~180均不影響測流速精度，如9090~180uu開小孔u(yù)管端關(guān)閉圖2所示。圖2彎針管畢托管種類(3)本儀器測壓點(diǎn)有兩種：1)畢托管測壓點(diǎn)，圖1中標(biāo)號為①、⑥、⑧、○12、○14、○16、○18〔后述加*表示〕，與測壓計(jì)的測壓管連接后，用以測量畢托管探頭對準(zhǔn)點(diǎn)的總水頭值，近似取代所在斷面的平均總水頭值，可用于定性解析，但不能夠用于定量計(jì)算；2)一般測壓點(diǎn)，圖1中標(biāo)號為②、③、④、⑤、⑦、⑨、⑩、○11、○13、○15、○17、○19，與測壓計(jì)的測壓管連接后，用以測量相應(yīng)測點(diǎn)的測壓管水頭值。(4)測點(diǎn)⑥*、⑦所在喉管段直徑為d2，測點(diǎn)○16*、○17所在擴(kuò)管段直徑為d3，其他直徑均為d1。3．根本操作方法〔1〕測壓管與穩(wěn)壓筒的連通管排氣。翻開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，間歇性全開、全關(guān)管道出水閥13數(shù)次，直至連通管及實(shí)驗(yàn)管道中無氣泡滯留-9-即可。再檢查調(diào)治閥關(guān)閉后全部測壓管水面可否齊平，如不平那么需查明故障原因〔例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等〕并加以消除，直至調(diào)平?！?〕恒定流操作。全開調(diào)速器，此時(shí)水箱保持溢流，閥門13開度不變情況下，實(shí)驗(yàn)管道出流為恒定流?！?〕非恒定流操作。調(diào)速器開、關(guān)過程中，水箱6無溢流情況下，實(shí)驗(yàn)管道出流為非恒定流?！?〕流量測量。實(shí)驗(yàn)流量用閥13調(diào)治，記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。三、實(shí)驗(yàn)原理1．伯努利方程。在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n個(gè)過水?dāng)嗝妫诤愣鲃訒r(shí)，能夠列進(jìn)出口斷面(1)至另一斷面(i)的伯努利方程式(i=2,3?,n)22vpvp111iiizzh122w1iigggg取1＝2＝n?＝1，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出zpg值，2v測出經(jīng)過管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速v及，進(jìn)而可獲得各斷面測2g管水頭和總水頭。2．過流斷面性質(zhì)。平均流或漸變流斷面流體動壓強(qiáng)吻合靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律，即在同一斷面上pzCg，但在不同過流斷面上的測壓管水頭不同，pp12zz12gg；急變流斷面上pzCg。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．定性解析實(shí)驗(yàn)(1)考據(jù)同一靜止液體的測壓管水頭線是根水平線。閥門全關(guān)，牢固后，實(shí)驗(yàn)顯示各測壓管的液面連線是一根水平線。而這時(shí)的滑尺讀數(shù)值就是水體在流動前所擁有的總能頭。(2)觀察不相同流速下，某一斷面上水力要素變化規(guī)律。以測點(diǎn)⑧*、⑨所在的斷面為例，測管⑨的液面讀數(shù)為該斷面的測壓管水頭。測管⑧*連通畢托管，顯示測點(diǎn)的總水頭。實(shí)驗(yàn)說明，流速越大，水頭損失越大，-10-水流流到該斷面時(shí)的總水頭越小，斷面上的勢能亦越小。(3)考據(jù)平均流斷面上，動水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。觀察測點(diǎn)②和③，盡管地址高度不相同，但其測壓管的液面高度相同，說明pzCg。(4)觀察沿流程總能坡線的變化規(guī)律。加大開度，使湊近最大流量，假設(shè)牢固后各測管水位如圖3所示，圖中A-A為管軸線。12345678910111213141516171819水箱液面AAA00圖3測壓管水位比方縱觀帶畢托管的測點(diǎn)①*、⑥*、⑧*、○12*、○14*、○16*、○18*的測管水位〔實(shí)驗(yàn)時(shí)可參加雷諾實(shí)驗(yàn)用的紅色水，使這些管呈紅色，如圖3中以較深顏色表示的測壓管〕，可見各測管的液面沿流程是逐漸降低而沒有高升的，說明總能量沿流程只會減少，不會增加，能量損失是不能能逆轉(zhuǎn)的。(5)觀察測壓管水頭線的變化規(guī)律?？傋兓?guī)律：縱觀察壓點(diǎn)②、④、⑤、⑦、⑨、○13、○15、○17、○19的測壓管水位，可見沿流程有升也有降，說明測壓管水頭線沿流程可升也可降。沿程水頭損失：從②、④、⑤點(diǎn)可看出沿程水頭損失的變化規(guī)律，等徑管道上，距離相等，沿程損失相同。勢能與動能的變換：以測點(diǎn)⑤、⑦、⑨為例，測點(diǎn)所在流段上高程相等，管徑先縮短后擴(kuò)大，流速由小增大再減小。測管⑤到測管⑦的液位發(fā)生了陡降，表明水流從測點(diǎn)⑤斷面流到測點(diǎn)⑦斷面時(shí)有局部壓力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)榱肆魉賱幽?。而測管⑦到測管⑨測管水位上升了，這正和前面相反，說明有局部動能又轉(zhuǎn)變?yōu)榱藟毫菽?。這就清楚考據(jù)了動能和勢能之間是能夠互相轉(zhuǎn)變的，所以是可逆的。-11-位能和壓能的變換：以測點(diǎn)⑨與○15所在的兩斷面為例，由于二斷面的流速水頭相等，測點(diǎn)⑨的位能較大，壓能〔測管液位離管軸線的高度〕很小，而測點(diǎn)○15的位能很小，壓能卻比⑨點(diǎn)大，這就說了然水流從測點(diǎn)⑨斷面流到測點(diǎn)○15斷面的過程中，局部位能變換成了壓能。(6)利用測壓管水頭線判斷管道沿程壓力分布。測壓管水頭線高于管軸線，說明該處管道處于正壓下；測壓管水頭線低于管軸線，說明該處管道處于負(fù)壓下，出現(xiàn)了真空。高壓和真空狀態(tài)都簡單使管道破壞。實(shí)驗(yàn)顯示〔參圖3〕，測點(diǎn)⑦的測管液面低于管軸線，說明該處管段承受負(fù)壓〔真空〕；測壓管⑨的液位高出管軸線，說明該處管段承受正壓。2.定量解析實(shí)驗(yàn)——伯努利方程考據(jù)與測壓管水頭線測量解析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與步驟：在恒定流條件下改變流量2次，其中一次閥門開度大到使○19號測管液面湊近可讀數(shù)范圍的最低點(diǎn)，待流量牢固后，測記各測壓管液面讀數(shù)，同時(shí)測記實(shí)驗(yàn)流量〔畢托管測點(diǎn)供演示用，不用測記讀數(shù)〕。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)辦理與解析參照第五局部內(nèi)容。3．設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——改變水箱中的液位高度對喉管真空度影響的實(shí)驗(yàn)研究為防范引水管道的局部負(fù)壓，可采用的技術(shù)措施有(a)減小流量；(b)增大喉管管徑；(c)降低相應(yīng)管線的安裝高程；(d)改變水箱中的液位高度。下面解析后兩項(xiàng)。對于措施(c)，以本實(shí)驗(yàn)裝置為例〔參圖4〕，可在水箱出口先接一下垂90彎管，后接水平段，將喉管的高程降至基準(zhǔn)高程0－0，使位能降低，壓能增大，從而可能防范點(diǎn)⑦處的真空。該項(xiàng)措施常用于實(shí)質(zhì)工程的管軸線設(shè)計(jì)中。1h水箱212681034759111312141618021519170133圖4實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)圖-12-對于措施(d)，不相同供水系統(tǒng)調(diào)壓收效是不相同的，需作詳細(xì)解析?？山?jīng)過理論解析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，確定改變作用水頭〔如抬高或降低水箱的水位〕對管中某斷面壓強(qiáng)的影響情況。本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)改變水箱中的液位高度對喉管真空度影響的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)。理論解析與實(shí)驗(yàn)方法提示：取基準(zhǔn)面0-0如圖4所示，圖中1-1、2-2、3-3分別為計(jì)算斷面1、2、3，計(jì)算斷面1的計(jì)算點(diǎn)選在液面地址，計(jì)算斷面2、3的計(jì)算點(diǎn)選在管軸線上。水箱液面至基準(zhǔn)面0-0的水深為h。改變水箱中的液位高度對喉管真空度影響的問題，實(shí)際上就是z2p2g隨h遞加還是遞減的問題，可由p2(z)h2g加以鑒識。列計(jì)算斷面1、2的伯努利方程〔取2＝3＝1〕有2pv22hzh2w12g2g(1)因hw1-2可表示成h2v32g式中c1.2是管段1－2總水頭損失因數(shù)，當(dāng)閥門開度不變時(shí)，在h的有限變化范圍內(nèi)，可設(shè)c1.2近似為常數(shù)。又由連續(xù)性方程有22vdv2343( )2gd2g2故式(1)可變?yōu)閜d234zh[( )]gd22v32g(2)式中2v3/2g可由斷面1、3伯努利方程求得，即hz3(11.3)cv2g23(3)c1.3是全管道的總水頭損失因數(shù)，當(dāng)閥門開度不變時(shí)，在h的有限變化范圍內(nèi)，可設(shè)c1.3近似為常數(shù)。由此得2vhz332g1，代入式(2)有-13-pdhz2343zh[( )]( )gd1(4)那么(zp/g)22h14(d/d)1(5)假設(shè)14(d/d)1p＞0，那么斷面2上的2z2g隨h同步遞加，反之，那么遞減。p假設(shè)湊近于0，那么斷面2上的2z2g隨h變化不明顯。實(shí)驗(yàn)中，先測計(jì)常數(shù)d3/d2、h和z3各值，爾后針對本實(shí)驗(yàn)裝置的恒定流情況，測得某一大流量下z2p2g22v2/2g、v3/2g等值，將各值代入式(2)、(3)，可得各、管道阻力因數(shù)c1.2和。再將其代入式(5)得(zp/g)22h，由此可得出改變水箱中的液位高度對喉管真空度影響的結(jié)論。最后，利用變水頭實(shí)驗(yàn)可證明該結(jié)論可否正確。五、數(shù)據(jù)辦理及成就要求1．記錄相關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺號：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________-2m喉管段d2=10-2m擴(kuò)管段d3=10-2m

平均段d1=10-2m上管道軸線高程z=10-2m

水箱液面高程0=10〔基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上〕2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1管徑記錄表測點(diǎn)編號①*②③④⑤⑥*⑦⑧*⑨⑩○11○12*○13○14*○15○16*○17○18*○19管徑d/10-2m兩點(diǎn)間距l(xiāng)/10-2m-2m4466413.561029.51616-14-表2測壓管水頭hi，流量測記表〔其中hziipig，單位10-2m，i為測點(diǎn)編號〕實(shí)驗(yàn)次h2h3h4h5h7h9h10h11h13h15h17h19qV/(10-6m3/s)數(shù)12表3計(jì)算數(shù)值表(1)流速水頭qVtV111qVtV222管徑d/(10-6m3/s)/(10-6m3/s)/10-2mvv22g22gAvAv/10-4m2/(10-2m/s)-2m/s)/10-2m-2m/10-4m2/(10-2m/s)/10-2m-2m(2)總水頭Hi〔其中Hzii2pviig2g，單位10-2m，i為測點(diǎn)編號〕實(shí)驗(yàn)次數(shù)H2H4H5H7H9H13H15H17H19qV/(10-6m3/s)123．成就要求(1)答復(fù)定性解析實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)問題。(2)計(jì)算流速水頭和總水頭。見表3(3)繪制上述成就中最大流量下的總水頭線和測壓管水頭線?！草S向尺寸拜會圖5，總水頭線和測壓管水頭線能夠繪在圖5上〕。如圖6所示-15-/mm400300200100500128610734511940406060401351300112001161814151719195160160080050100200300400500600700800900100011001200/mm圖5繪制測壓管水頭線坐標(biāo)圖(4)達(dá)成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)六、解析思慮題1．測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢有何不相同？為什么？2．閥門開大，使流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？3．由畢托管測量的總水頭線與按實(shí)測斷面平均流速繪制的總水頭線一般都有差異，試解析其原因。4．為什么急變流斷面不能夠被選作能量方程的計(jì)算斷面？七、本卷須知1.各自循環(huán)供水實(shí)驗(yàn)均需注意：計(jì)量后的水必定倒回原實(shí)驗(yàn)裝置的水斗內(nèi)，以保持自循環(huán)供水〔此本卷須知后述實(shí)驗(yàn)不再提示〕。2.穩(wěn)壓筒內(nèi)氣腔越大，穩(wěn)壓收效越好。但穩(wěn)壓筒的水位必定淹沒連通管的進(jìn)口，省得連通管進(jìn)氣，否那么需擰開穩(wěn)壓筒排氣螺絲提高筒內(nèi)水位；假設(shè)穩(wěn)壓筒的水位高于排氣螺絲口，說明有漏氣，需檢查辦理。3.傳感器與穩(wěn)壓筒的連接收要保證氣路暢達(dá)，接收及進(jìn)氣口均不得有水體進(jìn)入，否那么需去除。4.智能化數(shù)顯流量儀開機(jī)后需預(yù)熱3~5分鐘。-16-2-3文丘里綜合型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?．認(rèn)識文丘里流量計(jì)的構(gòu)造、原理和適用條件，率定流量因數(shù)；2．掌握應(yīng)用氣~水多管壓差計(jì)量測壓差的方法；3．經(jīng)過確定文丘里流量計(jì)最大贊同過流量的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)理論解析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究過程。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各局部名稱如圖1所示。11458123412136

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14①②①②321圖1文丘里綜合型實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺3.水泵電源開關(guān)4.恒壓水箱5.溢流板6.穩(wěn)水孔板7.穩(wěn)壓筒8.智能化數(shù)顯流量儀9.傳感器10.文丘里流量計(jì)11.壓差計(jì)氣閥12.壓差計(jì)13.滑尺14.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)治閥2．裝置說明〔1〕壓差測量裝置1〕氣-水壓差計(jì)為一倒U型管如圖2所示，在倒U型管中保存一段空氣，兩端各接測壓點(diǎn)，-17-測量時(shí)，管內(nèi)液柱的高差即為壓強(qiáng)差。在測量中，氣-水壓差計(jì)應(yīng)該豎直放置。當(dāng)數(shù)值相對較大時(shí)，可用連續(xù)串通多個(gè)氣-水壓差計(jì)的方法來增大量程；數(shù)值較小時(shí)可傾斜U型管來放大測量值。本實(shí)驗(yàn)裝置中，采用雙U型的氣-水多管壓差計(jì)，如圖1空氣中的壓差計(jì)12所示，壓差量程為0~1mH2O，測量精度h為1mm。2〕流量測量——智能化數(shù)顯流量儀智能化數(shù)顯流量儀系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量液體計(jì)、穩(wěn)壓筒、高精美傳感器和智能化數(shù)顯流量儀〔含數(shù)圖2空氣壓差計(jì)字面板表及A/D變換器〕。該流量儀為管道式瞬時(shí)流量儀，測量精度一級。流量儀的使用方法拜會伯努利方程實(shí)驗(yàn)，需先排氣調(diào)零，流量儀所顯示的數(shù)值為瞬時(shí)流量值。〔2〕文丘里流量計(jì)構(gòu)造與部署〔參圖3〕。在構(gòu)造上，要求管徑比d2/d1在～之間，平時(shí)采用d2/d1；其擴(kuò)散段的擴(kuò)散角2也不宜太大，一般不大于5～7；在測量斷面上部署多個(gè)測壓孔和均壓環(huán)。在部署上，要求文丘里流量計(jì)上游l1在10倍管徑d1的距離之內(nèi)，下游l2在6倍管徑d1之內(nèi)，均為順直管段，省得水流產(chǎn)生旋渦而影響其流量因數(shù)。均壓環(huán)d1d2vl1l2測壓連通管連接收嘴圖3文丘里流量計(jì)構(gòu)造圖〔2〕文丘里流量計(jì)構(gòu)造參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)裝置中2=3.450.1；d1=〔〕10-2m；d2=〔〕10-2m；d2/d1=0.50.015；l1=0.45m；l2=0.54m，各均壓環(huán)上測壓孔數(shù)為4個(gè)。3．根本操作方法(1)排氣方法。翻開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，間歇性全開、全關(guān)-18-管道出水閥數(shù)次，直至連通管及實(shí)驗(yàn)管道中無氣泡滯留即可，排氣后測管液面讀數(shù)h1－h(huán)2＋h3－h(huán)4為0，此時(shí)智能化數(shù)顯流量儀顯示為零。(2)調(diào)治多管測壓計(jì)。全開調(diào)治閥14檢查各測管液面可否都處在滑尺讀數(shù)范圍內(nèi)？否那么，按以下步序調(diào)治：(a)關(guān)閥14，擰開氣閥11，待各測壓管中液位穩(wěn)定后，將清水注入壓差計(jì)12中編號為2、3的測管內(nèi)，使h2=h30.24m；(b)擰緊氣閥11，全開閥14，假設(shè)壓差計(jì)12中編號為1、3的測壓管液面上升過高，可輕輕松開相應(yīng)的氣閥11，液面將自動降低，可使測管讀數(shù)控制在測讀范圍內(nèi)，速擰緊氣閥11即可。(3)測壓管水頭差h測量讀取氣—水多管壓差計(jì)12各測壓管的液面讀數(shù)h1、h2、h3、h4，h=h1－h(huán)2＋h3－h(huán)4。(4)流量測量。記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。(5)真空度測量。智能化數(shù)顯流量儀正端顯示為流量，負(fù)端顯示為壓差水柱。利用流量儀的這一智能化特色可測量文丘里喉頸處的真空度。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將傳感器低壓端用連通管連接于文丘里流量計(jì)喉頸處，傳感器高壓端接通大氣，并調(diào)整傳感器放置高度，使高壓端口與文丘里流量計(jì)喉頸處的測點(diǎn)齊平。此時(shí)，即可實(shí)驗(yàn)測量測點(diǎn)的真空度。三、實(shí)驗(yàn)原理依照能量方程式和連續(xù)性方程式，可得不計(jì)阻力作用時(shí)的文氏管過水能力關(guān)系式π2d1pp42[( )( )]12qgzzkhV12dgg4

1( )1d2πd214kd2g/( )114d2pp12h(z)(z)12gg式中：h為兩斷面測壓管水頭差;k為文丘里流量計(jì)常數(shù)，對給定管徑是常數(shù)。由于阻力的存在，實(shí)質(zhì)經(jīng)過的流量q恒小于qV。今引入一個(gè)無量綱因數(shù)=qVV-19-/qV(稱為流量因數(shù))，對計(jì)算所得流量值進(jìn)行修正。即qqkhVV另由靜水力學(xué)根本方程可得氣—水多管壓差計(jì)的h為h=h1－h(huán)2＋h3－h(huán)4四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．定量解析實(shí)驗(yàn)——文丘里流量計(jì)流量因數(shù)的測量與率定實(shí)驗(yàn)方法與步驟：參照根本操作方法，改變流量4～6次，分別測量壓差和流量。數(shù)據(jù)辦理及結(jié)果解析參第五局部內(nèi)容。2．設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——文丘里流量計(jì)最大贊同過流量的理論解析與實(shí)驗(yàn)文丘里流量計(jì)管喉頸處簡單產(chǎn)生真空，最大贊同過流量受真空度限制，最大贊同真空度為6~7mH2O，否那么易造成空化與空蝕破壞。工程上應(yīng)用文丘里流量計(jì)時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)其最大真空度可否在贊同范圍之內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)要求經(jīng)過理論解析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，針對圖1實(shí)驗(yàn)裝置，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量相應(yīng)參數(shù)，確定文丘里流量計(jì)真空值不大于6mH2O條件下供水箱的最大作用水頭H0及最大流量q。V理論解析提示：應(yīng)用伯努利方程，選基準(zhǔn)面和計(jì)算斷面如圖4，取12。對計(jì)算斷面1-1與3-3有14q2VHh(1)( )01322gπd1(10)11H0200h

233圖4文丘里流量計(jì)管流水力計(jì)算對計(jì)算斷面2-2，3-3，有p14q14q2V2V2( )h(1)( )2322g2gπd2gπd21(11)-20-依照經(jīng)驗(yàn)，式中管段的總水頭損失因數(shù)13和23在流速到達(dá)某一較大值以上時(shí)便近似為常數(shù)，可在閥門全開的大流量下實(shí)驗(yàn)測得。進(jìn)而由斷面的贊同真空度p2g及13、23等值代入式(10)、(11)即可確定最大作用水頭H0及最大流量qV。五、數(shù)據(jù)辦理及成就要求1.記錄相關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺號：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________d1=10-2md2=10-2m水溫t＝C，40.01775102=10-4m2/s，-4m2/s，-2m管道軸線高程z=______10-2m

水箱液面高程0=____10〔基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上〕2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果〔參表1，表2〕3．成就要求按相關(guān)實(shí)驗(yàn)工程的要求，達(dá)成方案設(shè)計(jì)、測量與成就解析。六、解析思慮題1．文丘里流量計(jì)有何安裝要求和適用條件？2．本實(shí)驗(yàn)中，影響文丘里流量計(jì)流量因數(shù)大小的要素有哪些？哪個(gè)要素最敏-2m值取代感？對本實(shí)驗(yàn)的管道而言，假設(shè)因加工精度影響，誤將〔d2－〕10上述d2值時(shí)，本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的μ值將變?yōu)槎嗌伲?．為什么計(jì)算流量qV與實(shí)質(zhì)流量qV不相等？4．應(yīng)用量綱解析法，說明文丘里流量計(jì)的水力特色。七、本卷須知拜會伯努利方程實(shí)驗(yàn)。-21-表1記錄表次數(shù)h1/10-2m測壓管讀數(shù)〔10-2m〕h2h3/10-2m/10-2mh4/10-2m流量qV/(10-6m3/s)123456表2計(jì)算表K=10-5m/s次數(shù)qV/(10-6m3/s)-6m3/s)h=h1-h2+h3-h4/10-2m-2mReq(Kh)V/(10-6m3/s)qVqV123456-22-2-4雷諾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.觀察層流、湍流的流態(tài)及其變換過程；2.測定臨界雷諾數(shù)，掌握園管流態(tài)鑒識準(zhǔn)那么；3.學(xué)習(xí)應(yīng)用量綱解析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法，確定非圓管流的流態(tài)鑒識準(zhǔn)數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各局部名稱如圖1所示。4112751116610157

98321圖1雷諾實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺3.可控硅無級調(diào)速器4.恒壓水箱5.有色水水管6.穩(wěn)水孔板7.溢流板8.實(shí)驗(yàn)管道9.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)治閥10.穩(wěn)壓筒11.傳感器12.智能化數(shù)顯流量儀2.裝置說明與操作方法供水流量由無級調(diào)速器調(diào)控，使恒壓水箱4向來保持微溢流的程度，以提高進(jìn)口前水體牢固度。本恒壓水箱設(shè)有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水時(shí)間縮短到3~5分鐘。有色水經(jīng)有色水水管5注入實(shí)驗(yàn)管道8，可據(jù)有色水散開與否鑒識流態(tài)。為防止自循環(huán)水污染，有色指示水采用自行消色的專用色水。實(shí)驗(yàn)流量由調(diào)治閥9調(diào)-23-節(jié)。流量由智能化數(shù)顯流量儀測量，使用時(shí)須先排氣調(diào)零，所顯示為一級精度瞬時(shí)流量值，詳見伯努利方程實(shí)驗(yàn)。水溫由數(shù)顯溫度計(jì)測量顯示。三、實(shí)驗(yàn)原理1883年,雷諾(OsborneReynolds)采用近似于圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，觀察到液流中存在著層流和湍流兩種流態(tài)：流速較小時(shí)，水流有條不紊地呈層狀有序的直線運(yùn)動，流層間沒有質(zhì)點(diǎn)混摻，這種流態(tài)稱為層流；當(dāng)流速增大時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)作紛亂無章的無序的直線運(yùn)動，流層間質(zhì)點(diǎn)混摻，這種流態(tài)稱為湍流。雷諾實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)存在著湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐R界流速v，vc與流體的粘性、園管的直徑d有c關(guān)。假設(shè)要鑒識流態(tài)，就要確定各種情況下的vc值，需要對這些相關(guān)要素的不相同量值作出排列組合再分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，工作量巨大。雷諾實(shí)驗(yàn)的奉獻(xiàn)不但在于發(fā)現(xiàn)了兩種流態(tài)，還在于運(yùn)用量綱解析的原理，得出了量綱為一的判據(jù)——雷諾數(shù)Re，使問題得以簡化。量綱解析以下：因vcf(,d)依照量綱解析法有vckc1d2其中kc是量綱為一的數(shù)。寫成量綱關(guān)系為121[LT][LT][L]12由量綱友善原理，得1=1，2=-1。即vckc或dkcvdc雷諾實(shí)驗(yàn)達(dá)成了管流的流態(tài)從湍流過分到層流時(shí)的臨界值kc值的測定，以及可否為常數(shù)vd的考據(jù)，結(jié)果說明kc值為常數(shù)。于是，量綱為一的數(shù)便成了適合于任何管徑，任何牛頓vd流體的流態(tài)由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐袚?jù)。由于雷諾的奉獻(xiàn)，命名為雷諾數(shù)Re。于是有vd4qVReKqVπd式中：v為流體流速；為流體運(yùn)動粘度；d為圓管直徑；q為圓管內(nèi)過流流量；K為V計(jì)算常數(shù)，K4πd。當(dāng)流量由大逐漸變小，流態(tài)從湍流變?yōu)閷恿?，對?yīng)一個(gè)下臨界雷諾數(shù)Rec，當(dāng)流量由零逐漸增大，流態(tài)從層流變?yōu)橥牧?，對?yīng)一個(gè)上臨界雷諾數(shù)Re。上臨界雷c數(shù)受外界攪亂，數(shù)值不牢固，而下臨雷諾數(shù)Rec值比較牢固，所以一般以下臨界雷諾數(shù)作為鑒識流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。雷諾經(jīng)屢次測試，得出圓管流動的下臨界雷諾數(shù)Rec-24-值為2300。工程上，一般取Rec=2000。當(dāng)Re<Rec時(shí)，管中液流為層流；反之為湍流。vRRe對于非圓管流動，雷諾數(shù)能夠表示為式中RA；R為過流斷面的水力半徑；A為過流斷面面積；為濕周〔過流斷面上液體與固體界線接觸的長度〕。以水力半徑作為特色長度表示的雷諾數(shù)也稱為廣義雷諾數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．定性觀察兩種流態(tài)。啟動水泵供水，使水箱溢流，經(jīng)牢固后，微開流量調(diào)治閥，翻開顏色水管道的閥門，注入顏色水，能夠看到圓管中顏色水隨水流流動形成素來線狀，這時(shí)的流態(tài)即為層流。進(jìn)一步開大流量調(diào)治閥，流量增大到必然程度時(shí)，可見管中顏色水發(fā)生混摻，直至消色。說明流體質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生無序的紛亂運(yùn)動，這時(shí)的流態(tài)即為湍流。2．測定下臨界雷諾數(shù)先調(diào)治管中流態(tài)呈湍流狀，再逐漸關(guān)小調(diào)治閥，每調(diào)治一次流量后，牢固一段時(shí)間并觀察其形態(tài)，當(dāng)顏色水開始形成素來線時(shí)，說明由湍流恰巧轉(zhuǎn)為層流，此時(shí)管流即為下臨界流動狀態(tài)。測定流量，記錄數(shù)顯溫度計(jì)所顯示的水溫值，即可得出下臨界雷諾數(shù)。注意，湊近下臨界流動狀態(tài)時(shí)，流量應(yīng)微調(diào)，調(diào)治過程中流量調(diào)治閥只可關(guān)小、不能開大。3．測定上臨界雷諾數(shù)先調(diào)治管中流態(tài)呈層流狀，再逐漸開大調(diào)治閥，每調(diào)治一次流量后，牢固一段時(shí)間并觀察其形態(tài)，當(dāng)顏色水開始散開混摻時(shí)，說明由層流恰巧轉(zhuǎn)為湍流，此時(shí)管流即為上臨界流動狀態(tài)。記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值和水溫，即可得出上臨界雷諾數(shù)。注意，流量應(yīng)微調(diào)，調(diào)治過程中流量調(diào)治閥只可開大、不能關(guān)小。4．解析設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任何截面形狀的管流或明渠流、任何牛頓流體流動的流態(tài)轉(zhuǎn)變臨界流速vc與運(yùn)動粘度、水力半徑R相關(guān)。要求經(jīng)過分綱解析確定其廣義雷諾數(shù)。設(shè)計(jì)測量明渠廣義下臨界雷諾數(shù)的實(shí)驗(yàn)方案，并依照上述圓管實(shí)驗(yàn)的結(jié)果得出廣義下臨界雷諾數(shù)值。-25-五、數(shù)據(jù)辦理及成就要求1．記錄相關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺號：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________管徑d=_____×10-2m，水溫t=______oC運(yùn)動粘度40.01775102〔m2/s〕=×10-4m2/s計(jì)算常數(shù)K=×106s/m32．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1雷諾實(shí)驗(yàn)記錄計(jì)算表實(shí)驗(yàn)序次1234567顏色水線形狀流量qV(10-6m3/s)-6m3/s)雷諾數(shù)Re閥門開度增( )或減( )備注實(shí)測下臨界雷諾數(shù)〔平均值〕Rec=3．成就要求(1)測定下臨界雷諾數(shù)〔測量2~4次，取平均值〕；見表.1(2)測定上臨界雷諾數(shù)〔測量1~2次，分別記錄〕；見表1(3)確定廣義雷諾數(shù)表達(dá)式及其圓管流的廣義下臨界雷諾數(shù)實(shí)測數(shù)值。六、解析思慮題1．為什么認(rèn)為上臨界雷諾數(shù)無實(shí)質(zhì)意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與湍流的判據(jù)？2．試結(jié)合紊動機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察，解析由層流過渡到湍流的機(jī)理。七、本卷須知1．為使實(shí)驗(yàn)過程中向來保持恒壓水箱內(nèi)水流處于微溢流狀態(tài)，應(yīng)在調(diào)治流量調(diào)治閥后，相應(yīng)調(diào)治可控硅調(diào)速器，改變水泵的供水流量。2．實(shí)驗(yàn)中不要推、壓實(shí)驗(yàn)臺，以防水體碰到擾動。-26-2-5動量定律綜合型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?．經(jīng)過定性解析實(shí)驗(yàn)，加深動量與流速、流量、出射角度、動量矩等要素間相關(guān)關(guān)系的認(rèn)識；2．經(jīng)過定量測量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握流體動力學(xué)的動量守恒定理，考據(jù)不能壓縮流體恒定總流的動量方程，測定管嘴射流的動量修正因數(shù)；3．認(rèn)識活塞式動量定律實(shí)驗(yàn)儀原理、構(gòu)造，啟示創(chuàng)新思想。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各局部名稱如圖1所示。45678910131211321圖1動量定律綜合型實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺3.水泵電源開關(guān)4.水位調(diào)治閥5.恒壓水箱6.喇叭型進(jìn)口管嘴7.集水箱8.帶活塞套的測壓管9.帶活塞和翼片的抗沖平板10.上回水管11.內(nèi)置式穩(wěn)壓筒12.傳感器13.智能化數(shù)顯流量儀-27-2．裝置構(gòu)造與工作原理〔1〕智能化數(shù)顯流量儀。配置最新創(chuàng)立的水頭式瞬時(shí)智能化數(shù)顯流量儀，測量精度一級。使用方法：先調(diào)零，將水泵關(guān)閉，保證傳感器聯(lián)通大氣時(shí)，將顯示值調(diào)零。水泵開啟后，流量將隨水箱水位淹沒管嘴的高度而變，此時(shí)流量儀顯示的數(shù)值即為管嘴出流的瞬時(shí)流量值?！?〕測力機(jī)構(gòu)。測力機(jī)構(gòu)由帶活塞套并附有標(biāo)尺的測壓管8和帶活塞及翼片的抗沖平板9組成。分部件表示圖如圖2(a)所示?；钊行脑O(shè)有一細(xì)導(dǎo)水管a，進(jìn)口端位于平板中心，出口端伸出活塞頭部，出口方向與軸向垂直。在平板上設(shè)有翼片b，活塞套上設(shè)有泄水窄槽c。泄水窄槽c抗沖平板9測壓管8翼片by細(xì)導(dǎo)水管av2fxpqVv1Dv3活塞活塞套v2x(a)(b)圖2活塞構(gòu)造與受力解析〔2〕工作原理。為了精確測量動量修正因數(shù)，本實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用了自動控制的反應(yīng)原理和動摩擦減阻技術(shù)。工作時(shí)，活塞置于活塞套內(nèi)，沿軸向能夠自由滑移。在射流沖擊力作用下，水流經(jīng)導(dǎo)水管a向測壓管8加水。當(dāng)射流沖擊力大于測壓管內(nèi)水柱對活塞的壓力時(shí)，活塞內(nèi)移，窄槽c關(guān)小，水流外溢減少，使測壓管8水位高升，活塞所受的水壓力增大。反之，活塞外移，窄槽開大，水流外溢增加，測壓管8水位降低，水壓力減小。在恒定射流沖擊下，經(jīng)短時(shí)段的自動調(diào)整后，活塞處在半進(jìn)半出、窄槽局部開啟的地址上，過a流進(jìn)測壓管的水量和過c外溢的水量相等，測壓管中的液位到達(dá)牢固。此時(shí)，射流對平板的沖擊力和測壓管中水柱對活塞的壓力處于平衡狀態(tài)，如圖2(b)所示?；钊涡奶幩頷c可由測壓管8的標(biāo)尺測得，由此可求得活塞的水壓力，此力即為射流沖擊平板的動量力F。由于在平衡過程中，活塞需要做軸向搬動，為此平板上設(shè)有翼片b。翼片在水-28-流沖擊下帶動活塞旋轉(zhuǎn)，所以戰(zhàn)勝了活塞在沿軸向滑移時(shí)的靜摩擦力，提高了測力機(jī)構(gòu)的矯捷度。本裝置還采用了雙平板狹縫出流方式，精確地引導(dǎo)射流的出流方向垂直于來流方向，以保證v2x＝0。3．根本操作方法(1)測壓管定位。待恒壓水箱滿頂溢流后，松開測壓管固定螺絲，調(diào)整方向，要求測壓管垂直、螺絲對準(zhǔn)十字中心，使活塞轉(zhuǎn)動松快。爾后旋轉(zhuǎn)螺絲固定好。(2)恒壓水箱水位調(diào)治。旋轉(zhuǎn)水位調(diào)治閥4，可翻開不相同高度上的溢水孔蓋，調(diào)節(jié)恒壓水箱5水位，管嘴的作用水頭改變。調(diào)治調(diào)速器，使溢流量適中，待水頭牢固后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(3)活塞形心處水深hc測量。標(biāo)尺的零點(diǎn)已固定在活塞園心的高程上。當(dāng)測壓管內(nèi)液面牢固后，記下測壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即為作用在活塞形心處的水深hc值。(4)管嘴作用水頭測量。管嘴作用水頭是指水箱液面至管嘴中心的垂直深度。在水箱的側(cè)面上刻有管嘴中心線，用直尺測讀水箱液面及中心線的值，其差值即為管嘴作用水頭值。(5)測量流量。記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。三、實(shí)驗(yàn)原理恒定總流動量方程為rrrFq(vv)V2211取控制體如圖2(b)，因滑動摩擦阻力水均分力Ff<0.5%Fx，可忽略不計(jì)，故x方向的動量方程可化為π2FpAghDq(0v)xccV11x4即πqvghD1V1xc420式中：hc——作用在活塞形心處的水深；D——活塞的直徑；q——射流的流量；Vv1x——射流的速度；1——?jiǎng)恿啃拚驍?shù)。-29-實(shí)驗(yàn)中，在平衡狀態(tài)下，只要測得流量qV和活塞形心水深hc，由給定的管嘴直徑d和活塞直徑D，代入上式，即可考據(jù)動量方程，并測定射流的動量修正因數(shù)1值。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．定性解析實(shí)驗(yàn)(1)觀察、解析本實(shí)驗(yàn)裝置中測力機(jī)構(gòu)的構(gòu)造創(chuàng)新點(diǎn)。測射流沖擊力的方法很多，裝置各不相同，對照之下，本裝置的測力機(jī)構(gòu)測量方法簡略，精度最高。本裝置曾獲國家創(chuàng)立專利，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有：1〕將射流沖擊力轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊艿撵o水總壓力，用測壓管進(jìn)行測量。2〕用雙平板狹縫方式精確導(dǎo)流，保證v2x＝0。3〕采用動摩擦減阻減少活塞軸向位移的摩擦阻力。帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，使活塞在旋轉(zhuǎn)中作軸向位移，到達(dá)平衡地址。活塞采用石墨潤滑。4〕利用導(dǎo)水管a和窄槽c的自動反應(yīng)功能，自動調(diào)治受力平衡狀態(tài)下的測壓管水位。5〕利用大口徑測壓管內(nèi)設(shè)置阻尼孔板的方法，減小測壓管液位的振蕩。(2)測定本實(shí)驗(yàn)裝置的矯捷度。為考據(jù)本裝置的矯捷度，只要在實(shí)驗(yàn)中的恒定流受力平衡狀態(tài)下，人為地增、減測壓管中的液位高度，可發(fā)現(xiàn)即使改變量缺乏總液柱高度的5‰〔約～1mm〕，活塞在旋轉(zhuǎn)下亦能有效地戰(zhàn)勝動摩擦力而作軸向位移，開大或減小窄槽c，使過高的水位降低或過低的水位提高，恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。這說明該裝置的矯捷度高達(dá)0.5%〔此量值越小，矯捷度越高〕，亦即活塞軸向動摩擦力缺乏總動量力的5‰。(3)考據(jù)v2x0對Fx的影響。取下平板活塞9，使水流沖擊到活塞套內(nèi)，即可表現(xiàn)出回流與x方向的夾角>90〔即v2x0〕的水力現(xiàn)象[參圖3(a)]。調(diào)整好地址，使反射水流的回射角度一致。以某動量實(shí)驗(yàn)臺為例，某次實(shí)驗(yàn)測得作用于活塞套園心處的水深h＝c292mm，管嘴作用水頭H0＝293.5mm，而相應(yīng)水流條件下，在取下帶翼輪的活塞前，v2x＝0，hc＝196mm。說明v2x假設(shè)不為零，對動量力影響甚大。由于v2x不為零，-30-那么動量方程變?yōu)閇參圖3(b)]測壓管8y射流v2h'cv2v1xv1xpv2v2x(a)(b)圖3射流對活塞套的沖擊與受力解析π2gh'Dq(vv)q[vvcos(180)]cV22x11xV11x224就是說h隨v2及遞加。故實(shí)驗(yàn)中ch>hc。c2.定量解析實(shí)驗(yàn)——恒定總流動量方程考據(jù)與射流動量修正因數(shù)測定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與步驟：參照根本操作方法，分別測量高、中、低三個(gè)恒定水位下的流量、活塞作用水優(yōu)等相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)辦理與解析參照第五局部內(nèi)容。五、數(shù)據(jù)辦理及成就要求1．記錄相關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺號：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________管嘴內(nèi)徑d=10-2m活塞直徑D=10-2m2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1測量記錄及計(jì)算表流量管嘴作用水活塞作用水動量修正

流速動量力測次頭H0/10-2m頭hc/10-2m/(10qV-6m3/s)v/(10-2m/s)-2m/s)F/10-5N因數(shù)1233．成就要求(1)答復(fù)定性解析實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)問題。-31-(2)測定管嘴射流的動量修正因數(shù)。如表1所示。(3)取某一流量，繪出控制體圖，說明解析計(jì)算的過程。六、解析思慮題1．實(shí)測與公認(rèn)值〔＝～〕吻合與否？如不吻合，試解析原因。2．帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對解析射流沖擊無翼片的平板沿x方向的動量方程有無影響？為什么？3．如圖2，經(jīng)過細(xì)導(dǎo)水管a的分流，其出流角度為什么需使之垂直于v1x？七、本卷須知假設(shè)活塞轉(zhuǎn)動不靈便，會影響實(shí)驗(yàn)精度，需在活塞與活塞套的接觸面上涂抹4B鉛筆芯。-32-2-6孔口出流與管嘴出流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.量測孔口與管嘴出流的流速因數(shù)、流量因數(shù)、側(cè)縮短因數(shù)、局部阻力因數(shù)以及圓柱型管嘴內(nèi)的局部真空度；2.解析圓柱形管嘴的進(jìn)口形狀〔圓角和直角〕對出流能力的影響以及孔口與管嘴過流能力不相同的原因。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各局部名稱如圖1所示。87495(1)11121514(2)61310

7(4)(3)AA321圖1孔口出流與管嘴出流實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺3.可控硅無級調(diào)速器4.恒壓水箱5.溢流板6.穩(wěn)水孔板7.孔口管嘴8.防濺旋板9.搬動觸頭10.上回水槽11.標(biāo)尺12.測壓管13.內(nèi)置式穩(wěn)壓筒14.傳感器15.智能化數(shù)顯流量儀-33-(1)(2)(3)(4)圖2孔口管嘴構(gòu)造剖面圖(1)圓角進(jìn)口管嘴(2)直角進(jìn)口管嘴(3)錐形管嘴(4)薄壁圓形小孔口2．裝置說明〔1〕在容器壁上開孔，流體經(jīng)過孔口流出的流動現(xiàn)象就稱為孔口出流，當(dāng)孔口直徑d0.1H〔H為孔口作用水頭〕時(shí)稱為薄壁圓形小孔口出流。在孔口周界上連接一長度約為孔口直徑3～4倍的短管，這樣的短管稱為圓柱形外管嘴。流體流經(jīng)該短管，并在出口斷面形成滿管流的流動現(xiàn)象叫管嘴出流。圖1中，(1)為圓角進(jìn)口管嘴、(2)為直角進(jìn)口管嘴、(3)為錐形管嘴、(4)為孔口。構(gòu)造詳圖見圖2。在直角進(jìn)口管嘴(2)離進(jìn)口d/2的縮短斷面上設(shè)有測壓點(diǎn)，經(jīng)過首飾管與測壓管12相連通?！?〕智能化數(shù)顯流量儀。配置最新創(chuàng)立的水頭式瞬時(shí)智能化數(shù)顯流量儀，測量精度一級。采用循環(huán)檢查方式，同表分別測量四個(gè)管嘴與孔口的流量。使用方法：先調(diào)零，將水泵關(guān)閉，保證傳感器聯(lián)通大氣時(shí)，將波段開關(guān)打到調(diào)零地址，用儀表面板上的調(diào)零電位器調(diào)零。水泵開啟后，流量將隨水箱水位淹沒管嘴的高度而變，切換波段開關(guān)至對應(yīng)的測量管嘴或孔口，此時(shí)流量儀顯示的數(shù)值即為對應(yīng)的瞬時(shí)流量值。3．根本操作方法(1)管嘴切換。防濺板8用于變換操作，當(dāng)某一管嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將旋板旋至進(jìn)口截?cái)嗨?再用橡皮塞封口；當(dāng)需開啟時(shí)，先用旋板擋水，再翻開橡皮塞。這樣可防范水花四濺。(2)孔口射流直徑測量。搬動觸頭9位于射流縮短斷面上，可水平向伸縮，當(dāng)兩個(gè)觸塊分別調(diào)治至射流兩側(cè)外緣時(shí)，將螺絲固定。用防濺旋板關(guān)閉孔口，再用游標(biāo)卡尺測量兩觸塊的間距，即為射流縮短直徑。(3)直角進(jìn)口管嘴縮短斷面真空度hv測量。標(biāo)尺11和測壓管12可測量管嘴高-34-程z1及測壓管水位z，那么hv=z1-z。(4)智能化數(shù)顯流量儀調(diào)零：在傳感器通大氣情況下，將波段開關(guān)打到調(diào)零位置，用儀表面板上的調(diào)零電位器調(diào)零。(5)實(shí)驗(yàn)流量：切換波段開關(guān)至對應(yīng)實(shí)驗(yàn)工程，記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。三、實(shí)驗(yàn)原理在必然水頭H0作用下薄壁小孔口〔或管嘴〕自由出流時(shí)的流量，可用下式計(jì)算：qA2gHA2gHV00式中：HH02v02g，一般因行近流速水頭2v02g很小可忽略不計(jì)，所以H0H；ε為縮短因數(shù)，2Adccε，Ac、dc分別為縮短斷面的面積、直徑；2Ad為流速因數(shù)，11ε；為流量因數(shù)，qVA2gH0；1為局部阻力因數(shù)，2，可近似取動能修正因數(shù)。、、、的經(jīng)驗(yàn)值參圖2。依照理論解析，直角進(jìn)口圓柱形外管嘴縮短斷面處的真空度為：pvhvg。實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要測出孔口及管嘴的地址高程和縮短斷面直徑，讀出作用水頭H，測出流量，即可測定、考據(jù)上述各因數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1.定性解析實(shí)驗(yàn)(1)觀察孔口及各管嘴出流水柱的流股形態(tài)。依次翻開各孔口、管嘴，使其出流，觀察各孔口及管嘴水流的流股形態(tài)，因各種孔口、管嘴的形狀不相同，過流阻力也不相同，進(jìn)而以致了各孔口管嘴出流的流股形態(tài)也不相同?！沧⒁猓?個(gè)孔口與管嘴不要同時(shí)翻開，省得水流外溢〕(2)觀察孔口出流在〔大孔口〕時(shí)與在〔小孔口〕時(shí)側(cè)縮短情況。-35-開大流量，使上游水位高升，使，測量相應(yīng)情況下縮短斷面直徑dc；再關(guān)小流量，上游水頭降低，使，測量此時(shí)的縮短斷面直徑dc?？砂l(fā)現(xiàn)當(dāng)d/H>0.1時(shí)dc增大，并湊近于孔徑d，此時(shí)由實(shí)驗(yàn)測知，也隨d/H增大而增大，。2.定量解析實(shí)驗(yàn)依照根本操作方法，測量孔口與管嘴出流的流速因數(shù)、流量因數(shù)、側(cè)縮短因數(shù)、局部阻力因數(shù)及直角管嘴的局部真空度，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)辦理與解析參照第五局部。五、數(shù)據(jù)辦理及成就要求1．記錄相關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺號：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________孔口管嘴直徑及高程：-2m直角管嘴d2=____10-2m

圓角管嘴d1=____10-2m出口高程z1=z2=____10-2m孔口d4=____10-2m

錐形管嘴d3=____10-2m出口高程z3=z4=____10〔基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上〕2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1孔口管嘴實(shí)驗(yàn)記錄計(jì)算表分類圓角管嘴直角管嘴圓錐管嘴孔口工程-2m)水箱液位z0/(10流量q/(10-6m3/s)V作用水頭H0/(10-2m)面積A/(10-4m2)流量因數(shù)測壓管液位z/(10-2m)///

真空度hv/(10-2m)///縮短直徑dc/(10-2m)///

縮短斷面Ac/(10-4m2)///縮短因數(shù)流速因數(shù)阻力因數(shù)流股形態(tài)-36-3．成就要求(1)答復(fù)定性解析實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)問題，提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(2)測量計(jì)算孔口與各管嘴出流的流速因數(shù)、流量因數(shù)、側(cè)縮短因數(shù)、局部阻力因數(shù)及直角進(jìn)口管嘴的局部真空度，分別與經(jīng)驗(yàn)值比較，并解析引起差其他原因。見表1六、解析思慮題1．薄壁小孔口與大孔口有何異同？2．為什么相同作用水頭、直徑相等的條件下，直角進(jìn)口管嘴的流量因數(shù)值比孔口的大、錐形管嘴的流量因數(shù)值比直角進(jìn)口管嘴的大？七、本卷須知1．實(shí)驗(yàn)序次先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板將進(jìn)口蓋好，省得水花濺開；關(guān)閉孔口時(shí)旋板的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，否那么水易濺出；2．實(shí)驗(yàn)時(shí)將旋板置于不工作的管嘴上，防范旋板對工作孔口、管嘴的攪亂。不工作的孔口、管嘴應(yīng)用橡皮塞塞緊，防范滲水。3.其他參照伯努利方程實(shí)驗(yàn)。-37-2-7局部水頭損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.學(xué)習(xí)掌握三點(diǎn)法、四點(diǎn)法測量局部阻力因數(shù)的技術(shù)，并將突擴(kuò)管的實(shí)測值與理論值比較，將突縮管的實(shí)測值與經(jīng)驗(yàn)值比較；2.經(jīng)過閥門局部阻力因數(shù)測量的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)二點(diǎn)法測量局部阻力因數(shù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各局部名稱如圖1所示。94118712345656781011121317161615①②③④⑤⑥①③④B⑤②⑥1415321圖1局部水頭損失實(shí)驗(yàn)裝置簡圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺3.可控硅無級調(diào)速器4.恒壓水箱5.溢流板6.穩(wěn)水孔板7.圓管突然擴(kuò)大8.氣閥9.測壓計(jì)10.測壓管①~⑥11.滑動測量尺12.圓管突然縮短13.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)治閥14.回流接水斗15.下回水管16.穩(wěn)壓筒17.傳感器18.智能化數(shù)顯流量儀2．裝置說明〔1〕實(shí)驗(yàn)管道由圓管突擴(kuò)、突縮等管段組成，各管段直徑。在實(shí)驗(yàn)管道上共設(shè)有六個(gè)測壓點(diǎn)，測點(diǎn)①－③和③－⑥分別用以測量突擴(kuò)和突縮的局部阻力因數(shù)。其中測點(diǎn)①位于突擴(kuò)的初步界面處，這里引用公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論“在突擴(kuò)的-38-環(huán)狀面積上的動水壓強(qiáng)近似按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布〞，認(rèn)為該測點(diǎn)可用以測量小管出口端中心處壓強(qiáng)值。氣閥8用于實(shí)驗(yàn)開始時(shí)消除管中滯留氣體?！?〕流量測量——智能化數(shù)顯流量儀智能化數(shù)顯流量儀系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒、高精美傳感器和智能化數(shù)顯流量儀〔含數(shù)字面板表及A/D變換器〕。該流量儀為管道式瞬時(shí)流量儀，測量精度一級。流量儀的使用方法拜會伯努利方程實(shí)驗(yàn)，需先排氣調(diào)零，流量儀所顯示的數(shù)值為瞬時(shí)流量值。3．根本操作方法(1)排氣。啟動水泵待恒壓水箱溢流后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)流量調(diào)治閥13，翻開閥8消除管中滯留氣體。排氣后關(guān)閉閥8，并檢查測壓管各管的液面可否齊平，假設(shè)不平，重復(fù)排氣操作，直至齊平，智能化數(shù)顯流量儀調(diào)零。(2)測壓管水頭用測壓計(jì)測量，基準(zhǔn)面可選擇在滑動測量尺零點(diǎn)上。(3)流量測量。實(shí)驗(yàn)流量用閥13調(diào)治，記錄智能化數(shù)顯流量儀的流量值。三、實(shí)驗(yàn)原理流體在流動的局部地域，如流體流經(jīng)管道的突擴(kuò)、突縮和閘門等處(圖2)，由于固體界線的急劇改變而引起速度分布的變化，甚至使主流走開界線，形成旋渦區(qū)，進(jìn)而產(chǎn)生的阻力稱為局部阻力。由于局部阻力作功而引起的水頭損失稱為局部水頭損失，用hj表示。局部水頭損失是在一段流程上，甚至相當(dāng)長的一段流程上達(dá)成的，如圖2，斷面1至斷面2，這段流程上的總水頭損失包括了局部水頭損失和沿程水頭損失。假設(shè)用hi〔i=1,2?〕表示第i斷面的測壓管水頭，即有121v1v2v21v212v121突擴(kuò)突縮212閘門圖2局部水頭損失22vv12hwhjhf12(h1)(h2)

2g2g或22vv12hj(h1)(h2)hf122g2g-39-局部阻力因數(shù)為hj/2v2g(1)圓管突然擴(kuò)大段。本實(shí)驗(yàn)儀采用三點(diǎn)法測量。三點(diǎn)法是在突然擴(kuò)大管段上布設(shè)三個(gè)測點(diǎn)，如圖1測點(diǎn)①、②、③所示。流段①至②為突然擴(kuò)全局部水頭損失發(fā)生段，流段②至③為平均流流段，本實(shí)驗(yàn)儀測點(diǎn)①、②間距為測點(diǎn)②、③的一半，hf1-2按流程長度比率換算得出。那么hf1-2＝hf2-3/2=h2-3/2=(h2-h3)/222vvhh1223hj(h1)(h2)E1E2

2g2g2式中hi為測壓管水頭值，當(dāng)基準(zhǔn)面選擇在標(biāo)尺零點(diǎn)時(shí)即為第i斷面測壓管液位的標(biāo)尺讀值；E、E分別表示式中的前、后括號項(xiàng)。12所以只要實(shí)驗(yàn)測得三個(gè)測壓點(diǎn)的測壓管水頭值h1、h2、h3及流量等即可得突然擴(kuò)大段局部阻力水頭損失。假設(shè)圓管突然擴(kuò)大段的局部阻力因數(shù)用上游流速v1表示，為2v1hj2g對應(yīng)上游流速v1的圓管突然擴(kuò)大段理論公式為A21(1)A2(2)圓管突然減小段。本實(shí)驗(yàn)儀采用四點(diǎn)法測量。四點(diǎn)法是在突然減小管段上布設(shè)四個(gè)測點(diǎn)，如圖1測點(diǎn)③、④、⑤、⑥所示。圖中B點(diǎn)為突縮斷面處。流段④至⑤為突然減小局部水頭損失發(fā)生段，流段③至④、⑤至⑥都為平均流流段。流段④至B間的沿程水頭損失按流程長度比率由測點(diǎn)③、④測得，流段B至⑤的沿程水頭損失按流程長度比率由測點(diǎn)⑤、⑥測得。本實(shí)驗(yàn)儀l3-4=2l4-B，lB-5＝l5-6，有hf4-B＝hf3-4/2=h3-4/2，hfB-5＝hf5-6=h5-6。那么hf4-5＝h3-4/2+h5-6=(h3-h4)/2+h5-h622vhhv4345hj(h4)(h5h5h6)E4E5

2g22g所以只要實(shí)驗(yàn)測得四個(gè)測壓點(diǎn)的測壓管水頭值h3、h4、h5、h6及流量等即可得突然減小段局部阻力水頭損失。假設(shè)圓管突然減小段的局部阻力因數(shù)用下游流速v5表示，為-40-hj/25v2g對應(yīng)下游流速v5的圓管突然減小段經(jīng)驗(yàn)公式為A50.5(1)A4(3)測量局部阻力因數(shù)的二點(diǎn)法。在局部阻攔處的前后順直流段上分別設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)，在某一流量下測定兩點(diǎn)間的水頭損失，爾后將等長度的直管段取代局部阻攔段，再在同一流量下測定兩點(diǎn)間的水頭損失，由兩水頭損失之差即可得局部阻攔段的局部水頭損失。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1.測量突然擴(kuò)全局部水頭損失與突然減小局部水頭損失，并測定相應(yīng)的局部水頭損失因數(shù)。參照實(shí)驗(yàn)根本操作方法，在恒定流條件下改變流量2~3次，其中一次為最大流量，待流量牢固后，測記各測壓管液面讀數(shù)，同時(shí)測記實(shí)驗(yàn)流量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與解析參照第五局部。2．設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)某開度下閥門的局部阻力因數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)。要求：用二點(diǎn)法測量，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置改造簡圖，擬定實(shí)驗(yàn)方案，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)CAI軟件〔已隨儀器配置〕，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)辦理及成就要求1．記錄相關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺號：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________實(shí)驗(yàn)管段直徑：d1=D1=____10-2md2=d3=d4=D2=____10-2md5=d6=D3=___10-2m實(shí)驗(yàn)管段長度：l1-2=10-2ml2-3=10-2ml3-4=10-2ml4-B=10-2mlB-5=10-2ml5-6=10-2m-41-2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表1局部水頭損失實(shí)驗(yàn)記錄表次流量qV測壓管讀數(shù)/10-2m數(shù)123/(10-6m3/s)h1h2h3h4h5h6表2局部水頭損失實(shí)驗(yàn)計(jì)算表次數(shù)阻力形式流量qV/(10-6m3/s)前斷面后斷面22vE1v2g/10-2m/10-2m2g/10-2mE2/10-2mhj/10-2m-2m理論值經(jīng)驗(yàn)值123突然擴(kuò)大1突然2減小3注：對應(yīng)于突擴(kuò)段的v1或突縮段的v5。3．成就要求(1)測定突擴(kuò)斷面局部水頭損失因數(shù)ζ值并與理論值比較。見表1(2)測定突縮斷面局部水頭損失因數(shù)ζ值并與經(jīng)驗(yàn)值比較。見表1(3)達(dá)成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。六、解析思慮題1．管徑粗細(xì)相同、流量相同條件下，試問d1/d2〔d1<d2〕在何范圍內(nèi)圓管突然擴(kuò)大的水頭損失比突然減小的大？2．結(jié)合流動演示儀的水力現(xiàn)象，解析局部阻力損失機(jī)理。產(chǎn)生突擴(kuò)與突縮局部水頭損失的主要部位在哪里？怎樣減小局部水頭損失？3．局部阻力種類眾多，局部阻力因數(shù)的計(jì)算公式除突然擴(kuò)大是由理論推導(dǎo)得出之外，其他都是由實(shí)驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)公式。試問，獲得經(jīng)驗(yàn)公式有那些路子？七、本卷須知1．恒壓水箱內(nèi)水位要求向來保持在溢流狀態(tài)，保證水頭恒定。2.測壓管后設(shè)有平面鏡，測記各測壓管水頭值時(shí)，要求視線與測壓管液面及鏡子中影像液面齊平，讀數(shù)精確到0.5mm。3.其他拜會伯努利方程實(shí)驗(yàn)。-42-2-8沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?．學(xué)會測定管道沿程水頭損失因數(shù)和管壁粗糙度的方法；2．解析園管恒定流動的水頭損失規(guī)律、隨雷諾數(shù)Re變化的規(guī)律，考據(jù)沿程水頭損失hf與平均流速v的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各局部名稱如圖1所示。K4816591514610711①②

①②③④1213321圖1沿程水頭損頭實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)高壓恒定全自動供水器2.實(shí)驗(yàn)臺3.回水管4.壓差計(jì)5.滑動測量尺6.穩(wěn)壓筒17.實(shí)驗(yàn)管道8.壓差數(shù)顯儀9.壓差傳感器10.測壓點(diǎn)11.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)治閥12.供水管及供水閥13.旁通管及旁通閥14.穩(wěn)壓筒15.流量傳感器16.智能流量數(shù)顯儀2．裝置說明(1)水泵與穩(wěn)壓器。自循環(huán)高壓恒定全自動供水器1由水泵、壓力自動限制開關(guān)、氣—水壓力罐式穩(wěn)壓器等組成。壓力超高時(shí)能自動停機(jī)，過低時(shí)能自動開機(jī)。為防范因水泵直接向?qū)嶒?yàn)管道供水而造成的壓力顛簸等影響，水泵的供水是先進(jìn)入穩(wěn)壓器的壓力罐，經(jīng)穩(wěn)壓后再送向?qū)嶒?yàn)管道。(2)旁通管與旁通閥。由于供水泵設(shè)有壓力自動限制開關(guān)，在供小流量時(shí)因壓力過高，水泵可能出現(xiàn)斷續(xù)關(guān)閉的現(xiàn)象，為此設(shè)有旁通管與旁通閥13，在小流量-43-實(shí)驗(yàn)時(shí)，經(jīng)過旁通管分流可使水泵連續(xù)牢固運(yùn)行。(3)閥11用于調(diào)治層流實(shí)驗(yàn)流量；閥12用于檢修，實(shí)驗(yàn)時(shí)向來全開；閥13層流時(shí)用于分流〔全開〕，湍流時(shí)用于調(diào)治實(shí)驗(yàn)流量。(4)實(shí)驗(yàn)管道7為不銹鋼管，其測壓斷面上沿十字型方向設(shè)有4個(gè)測壓孔，經(jīng)過均壓環(huán)與測點(diǎn)管嘴相連通。(5)本實(shí)驗(yàn)儀配有壓差計(jì)4〔倒U型氣-水壓差計(jì)〕和壓差儀8，壓差計(jì)測量范-2mH2O。圍為0~0.3mH2O；壓差電測儀測量范圍為0~10mH2O，視值單位為10壓差計(jì)4與壓差電測儀8所測得的壓差值均可等值變換為兩測點(diǎn)的測壓管水頭差，單位以m表示。在測壓點(diǎn)與壓差計(jì)之間的連接軟管上設(shè)有管夾，除湍流實(shí)驗(yàn)時(shí)管夾關(guān)閉外，其他操作時(shí)管夾均處于翻開狀態(tài)。(6)流量測量——智能化數(shù)顯流量儀智能化數(shù)顯流量儀系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)配套流量計(jì)、穩(wěn)壓筒、高精美傳感器和智能化數(shù)顯流量儀〔含數(shù)字面板表及A/D變換器〕。該流量儀為管道式瞬時(shí)流量儀，測量精度一級。流量儀的使用方法拜會伯努利方程實(shí)驗(yàn)，需先排氣調(diào)零，流量儀所顯示的數(shù)值為瞬時(shí)流量值。(7)配有數(shù)顯溫度計(jì)。3．根本操作方法〔1〕層流實(shí)驗(yàn)層流實(shí)驗(yàn)壓差由壓差計(jì)測量，流量用稱重法或量體積法。1〕稱重法或量體積法是在某一固定的時(shí)段內(nèi)，計(jì)量流過水流的重量或體積，進(jìn)而得出單位時(shí)間內(nèi)流過的流體量，是依照流量定義的測量方法。本實(shí)驗(yàn)及后述各實(shí)驗(yàn)的測流量方法常用稱重法或量體積法，用秒表計(jì)時(shí)，用電子稱稱重，小流量時(shí)，也可用量筒測量流體體積。為保證測量精度，一般要求計(jì)時(shí)大于15~20秒。2〕壓差計(jì)連接收排氣與壓差計(jì)補(bǔ)氣。啟動水泵，全開閥11，間歇性開關(guān)旁通閥13數(shù)次，待水從壓差計(jì)頂部流過即可。假設(shè)測壓管內(nèi)水柱過高須補(bǔ)氣，全開閥門11、13，翻開壓差計(jì)4頂部氣閥K，自動充氣使壓差計(jì)中的右管液位降至底部〔必要時(shí)可短暫關(guān)閉閥12〕，馬上擰緊氣閥K即可。排氣后，全關(guān)閥11，測壓計(jì)壓差應(yīng)為零。-44-3〕實(shí)驗(yàn)時(shí)向來全開閥13，用閥11調(diào)治流量。層流范圍的壓差值僅為2~3cm之內(nèi)，水溫越高，差值越小，由于水泵發(fā)熱，水溫連續(xù)高升，應(yīng)先進(jìn)行層流實(shí)驗(yàn)。用壓差計(jì)測量，流量調(diào)治后須等待幾分鐘，牢固后再測量?！?〕湍流實(shí)驗(yàn)湍流實(shí)驗(yàn)測量時(shí)用管夾關(guān)閉壓差計(jì)連通管，壓差由數(shù)顯壓差儀測量，流量用智能化數(shù)顯流量儀測量。1)調(diào)零。啟動水泵，全開閥11，間歇性開關(guān)旁通閥13數(shù)次，以消除連通管中的氣泡。爾后，在關(guān)閉閥11的情況下，管道中充滿水但流速為零，此時(shí)，壓差儀和流量儀讀值都應(yīng)為零，假設(shè)不為零，那么可旋轉(zhuǎn)電測儀面板上的調(diào)零電位器，使讀值為零。2)流量調(diào)治方法：全開實(shí)驗(yàn)流量調(diào)治閥11，調(diào)治旁通閥13來調(diào)治流量。3)流量用智能化數(shù)顯流量儀測量。無論層流還是湍流實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)均須測記水溫。三、實(shí)驗(yàn)原理1．對于經(jīng)過直徑不變的圓管的恒定水流，沿程水頭損失由達(dá)西公式表達(dá)為2lv

hf2dg式中：為沿程水頭損失因數(shù)；l為上下游測量斷面之間的管段長度；d為管道直徑；v為斷面平均流速。假設(shè)在實(shí)驗(yàn)中測得沿程水頭損失hf和斷面平均流速，那么可直接得沿程水頭損失因數(shù)2gdh12gdhπhff22f(d/q)k2V2lvl4qV其中k=25πg(shù)d/8l由伯努利方程可得pp12hf(z1)(z2)h

gg沿程水頭損失hf即為兩測點(diǎn)的測壓管水頭差h，可用壓差計(jì)或電測儀測得。2．圓管層流運(yùn)動64Re3．管壁平均當(dāng)量粗糙度在流動處于湍流過渡區(qū)或阻力平方區(qū)時(shí)測量，可由-45-巴爾公式確定1d2lg[4.1365( )]3.7dqV即1d3.7d[104.1365( )]qV四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1．沿程水頭損失因數(shù)測量與解析實(shí)驗(yàn)參照實(shí)驗(yàn)根本操作方法，分別在層流和湍流兩種流態(tài)下測量流量、水溫、壓差各4~6次。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參照表1辦理。2．設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)試?yán)脠D1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)測定實(shí)驗(yàn)管段平均當(dāng)量粗糙度的實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)辦理及成就要求1．記錄相關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺號：_________實(shí)驗(yàn)者：______________________實(shí)驗(yàn)日期：_________-2m測量段長度l=______10-2m

圓管直徑d=______102．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果〔參表1〕3．成就要求(1)測定沿程水頭損失因數(shù)值，解析沿程阻力損失因數(shù)隨雷諾數(shù)的變化規(guī)律。并將結(jié)果與穆迪圖進(jìn)行比較，解析實(shí)驗(yàn)所在地域。(2)依照實(shí)測管道內(nèi)流量和相應(yīng)沿程損失值，繪制lgv～lghf關(guān)系曲線，并確lghlgh定其斜率m值，f2f1mlgvlgv21。將從圖上求得的m值與各流區(qū)的m值進(jìn)行比較考據(jù)。(3)達(dá)成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。試?yán)脠D1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)測定實(shí)驗(yàn)管段平均當(dāng)量粗糙度的實(shí)驗(yàn)。六、解析思慮題1．為什么壓差計(jì)的水柱差就是沿程水頭損失？實(shí)驗(yàn)管道傾斜安裝可否影響實(shí)驗(yàn)成就?-46-2．為什么管壁平均當(dāng)量粗糙度不能夠在流動處于圓滑區(qū)時(shí)測量？七、本卷須知1．實(shí)驗(yàn)裝置長遠(yuǎn)靜置不用后再啟動時(shí)，需在切斷電源后，先用螺絲刀頂住電動機(jī)軸端，將電機(jī)軸轉(zhuǎn)動幾圈前面可通電啟動。2．實(shí)驗(yàn)時(shí)，去掉水泵罩殼，以防泵體過熱。3．其他拜會伯努利方程實(shí)驗(yàn)。-47-表1沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)記錄計(jì)算表測次體積V/10-6m3-6m3時(shí)間t/s流量qV/(10-6m3/s)流速v/(10-2m/s)-2m/s)水溫T/C粘度/(10-4m2/s)雷諾數(shù)Re壓差計(jì)、電測儀讀數(shù)/10-2m-2mh1h2沿程損失hf/10-2m-2m沿程損失因數(shù)64=Re(Re<2300)12

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56///7///8///9///10///11///482-9畢托管測速與修正因數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?．認(rèn)識畢托管的構(gòu)造和適用條件，掌握用畢托管測量點(diǎn)流速的方法；2．測定管嘴淹沒出流時(shí)點(diǎn)流速，學(xué)習(xí)率定畢托管流速修正因數(shù)的技術(shù)；3．解析管嘴淹沒射流的流速分布及流速系數(shù)的變化規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)裝置簡圖實(shí)驗(yàn)裝置及各局部名稱如圖1所示。45678910111215171416④③1315①②③④①②321圖1畢托管測速實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺3.水泵電源開關(guān)4.水位調(diào)治閥5.恒壓水箱與測壓點(diǎn)①6.管嘴7.畢托管及其測壓點(diǎn)③、④8.尾水箱與測壓點(diǎn)②9.測壓管①~④10.測壓計(jì)11.滑動測量尺12.上回水管13.穩(wěn)壓筒14.傳感器15.智能化數(shù)顯流速儀2.裝置說明〔1〕配有智能化畢托管數(shù)顯流速儀。智能化數(shù)顯畢托管流速儀系統(tǒng)包括穩(wěn)壓筒、高精美傳感器和智能化數(shù)顯流速儀〔含數(shù)字面板表及A/D變換器〕。該流速儀為流速瞬時(shí)測量儀，精度一級。-49-流速儀的使用方法拜會伯努利方程實(shí)驗(yàn)，需先排氣調(diào)零?！?〕測壓管與測點(diǎn)之間能夠直接連接也可經(jīng)過軟管連接。本書插圖中所涉及的測壓點(diǎn)與測壓管〔或傳感器〕之間的連通管一般都未繪出，而是將連通的各點(diǎn)用帶“○〞的相同編號表示。比方本裝置圖中表示水箱測壓點(diǎn)①、②及畢托管測壓點(diǎn)③、④分別用連通管與同編號的測壓管①、②、③、④相連?！?〕恒壓水箱5在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)向來保持溢流狀態(tài)，其水箱水位向來保持恒定不變。需調(diào)治工作水位時(shí)可翻開不相同的水位調(diào)治閥4，以改變不相同的溢流恒定水位。溢流量太大水面不易平穩(wěn)，溢流量大小可由可控硅無級調(diào)速器3調(diào)治?！?〕畢托管由導(dǎo)軌及卡板固定，可上下、前后改變地址。水流自高位水箱經(jīng)管嘴6流向低位水箱，形成淹沒射流，用畢托管測量淹沒射流點(diǎn)流