流體力學(xué)實驗-精品講課教案

流體力學(xué)(liútǐlìxué)實驗黃勇趙慶賢環(huán)境(huánjìng)與安全工程學(xué)院第一頁，共30頁。實驗(shíyàn)一流體靜力學(xué)實驗(shíyàn)一、實驗?zāi)康?、測定靜止液體內(nèi)部某點的靜水壓強(qiáng)，加深對流體靜力學(xué)基本方程式的理解。2、理解位置水頭、壓強(qiáng)高度及測壓管水頭的基本概念，并觀察靜水中任意兩點測壓管水頭靜水頭為常數(shù)現(xiàn)象。3、建立液體表面壓強(qiáng)的概念，搞清楚絕對壓強(qiáng)、相對(xiāngduì)壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)及真空度等概念。4、了解在壓強(qiáng)相同的條件下不同容重的液體具有不同壓強(qiáng)高度值。第二頁，共30頁。二、實驗(shíyàn)裝置

流體靜力學(xué)實驗(shíyàn)儀：主要由調(diào)壓筒、貯液容器、U型管壓差計、通氣閥等組成。圖1-1流體(liútǐ)靜力學(xué)實驗儀示意圖第三頁，共30頁。三、實驗(shíyàn)步驟1、熟悉裝置，掌握測量過程和操作方法；2、檢查裝置的氣密性，調(diào)節(jié)平衡，讀取A、B點標(biāo)高ZA、ZB；3、打開氣閥，此時P0=Pa，平衡后，關(guān)閉氣閥，提升調(diào)壓筒，使P0>Pa，待穩(wěn)定后，讀取各壓差計液面讀數(shù)記入表1中。4、保持P0>Pa的條件，緩慢提升調(diào)壓筒，改變?nèi)萜髦袎毫Γ貜?fù)測量3次。5、打開氣閥，待平衡后，關(guān)閉氣閥，下調(diào)調(diào)壓筒，使P0＜Pa，調(diào)節(jié)三次(sāncì)記錄各壓差計讀數(shù)于表1中。第四頁，共30頁。四、數(shù)據(jù)(shùjù)記錄及計算表格表1-1原始數(shù)據(jù)記錄表第五頁，共30頁。五、注意事項1、移動(yídòng)調(diào)節(jié)筒要緩慢平穩(wěn)。2、讀數(shù)要仔細(xì)準(zhǔn)確。3、壓力調(diào)節(jié)的差距盡量拉大，合理策化實驗方案。第六頁，共30頁。六、思考題1、如何檢驗裝置的氣密性？2、在實驗過程中，欲使容器中的壓強(qiáng)為最大應(yīng)如何進(jìn)行操作(cāozuò)？3、調(diào)壓筒與貯液容器兩液面間壓差和各U型管壓差之間關(guān)系如何，為什么？第七頁，共30頁。一、實驗(shíyàn)目的1、觀察流體流動的兩種狀態(tài)——層流、紊流；2、觀察流體在不同流動狀態(tài)下質(zhì)點的運動規(guī)律，并測定(cèdìng)其雷諾數(shù)(Re)，了解流態(tài)和Re的關(guān)系；3、測定(cèdìng)流體在圓管中流動時的臨界雷諾數(shù)(Recr)。實驗(shíyàn)二雷諾實驗(shíyàn)第八頁，共30頁。二、實驗(shíyàn)原理1、流體流動的狀態(tài)a.層流：流速低、流動慢、流體質(zhì)點平行、不互相混雜、層次分明，顏色水呈直線。b.紊流：流速大、流動快、流體質(zhì)點作復(fù)雜紊亂的無規(guī)則運動。顏色水線破碎、完全與水混合。c.處于兩種狀態(tài)之間為過渡流，顏色水線曲折、脈動(màidòng)、斷續(xù)。第九頁，共30頁。2、流態(tài)的鑒別及雷諾數(shù)的測定判別流體流動(liúdòng)狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù)——雷諾數(shù)Re或

一般情況下，對于圓管中的液體：Re＜2000為層流，Re為＞2300為紊流。第十頁，共30頁。三、實驗(shíyàn)裝置1.水泵；2.蓄水箱；3.上水閥；4.溢流管；5.高位水箱；6.色液調(diào)節(jié)閥；7.色液瓶；8.測壓板；9.雷諾實驗(shíyàn)管；10.流量調(diào)節(jié)閥；11.出水口；12.計量水箱；13.放水閥圖2-1雷諾實驗(shíyàn)裝置第十一頁，共30頁。四、實驗內(nèi)容(nèiróng)及步驟1、關(guān)閉所有閥門，啟動水泵。打開上水閥，使恒流水箱充滿水。2、緩慢開啟(kāiqǐ)雷諾試驗管段的出口調(diào)節(jié)閥門并打開下游各閥門，使圓管中水在較低流速下穩(wěn)定流動。3、微啟色液調(diào)節(jié)閥，使顏色水以微小流束在玻璃管中呈直線流動，測定流量，計算Re，保持顏色水直線狀態(tài)，再調(diào)節(jié)測定－次流量。第十二頁，共30頁。4、逐漸開大出水閥，觀察水從層流到紊流的過度過程及質(zhì)點的變化，并在這種過渡狀態(tài)下測定兩次流量。5、繼續(xù)開大閥門到紊流狀態(tài)。顏色水與水流完全混合，看不出顏色水線的跡象，測定兩次流量，計算Re。6、再緩慢平穩(wěn)地把閥門逐漸關(guān)小，測定從紊流到層流過渡時的臨界流量。7、關(guān)閉顏色水閥，停泵，結(jié)束(jiéshù)實驗。第十三頁，共30頁。五、數(shù)據(jù)(shùjù)記錄及計算項目表雷諾實驗管段內(nèi)徑：mm水溫：℃水的運動粘度：m2/s計量(jìliàng)水箱截面積：cm2表2-1數(shù)據(jù)記錄表第十四頁，共30頁。六、注意事項1、實驗中要經(jīng)常觀察水箱恒流情況，保證高位水箱的液位恒定。2、閥門調(diào)節(jié)要緩慢(huǎnmàn)平穩(wěn)，尤其在過渡狀態(tài)時盡量避免設(shè)備融碰及振動。3、在流量從最小逐漸到最大，或從最大到最小的調(diào)節(jié)過程中，閥門只允許往一個方向旋轉(zhuǎn)，中間不得逆轉(zhuǎn)。第十五頁，共30頁。七、思考題1、從層流到紊流與從紊流到層流所測得的雷諾數(shù)是否相同？為什么？2、如果實驗裝置不變，改用其他(qítā)液體為流動介質(zhì)，或改變管徑，其臨界雷諾數(shù)是否改變？為什么？第十六頁，共30頁。實驗(shíyàn)三能量方程實驗(shíyàn)一、實驗?zāi)康?、加深對總水頭、測壓管水頭、水頭損失等概念的理解。2、觀察流體流經(jīng)能量方程試驗管時能量的轉(zhuǎn)化情況，對實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，加深對能量方程式的理解。3、測定水流各項水頭和水頭損失，繪制測壓管水頭線和總水頭線。4、掌握一種測量流體流速的方法(fāngfǎ)，熟悉畢托管測流速的原理。第十七頁，共30頁。二、實驗(shíyàn)原理1、對于(duìyú)理想流體的流動，有：流體的總機(jī)械能保持不變，總水頭線是一條水平直線(zhíxiàn)。2、對于實際流體，由于流體的粘滯性和水流紊動，一定會產(chǎn)生水頭損失。所以，粘性流體總流的伯努利方程為：第十八頁，共30頁。三、實驗(shíyàn)步驟1、熟悉裝置，看懂流程，了解實驗的大體過程。2、關(guān)閉所有閥門，啟動水泵，緩慢開啟上水閥門，使上位水箱保持恒定液位，溢流(yìliú)管中有一定量的溢流(yìliú)。3、開啟能量方程管進(jìn)口閥門（即流量調(diào)節(jié)閥）及下游各閥門，使水流流過能量方程試驗段。對試驗管段及各斷面處的測壓管進(jìn)行排氣調(diào)整，并注意隨時調(diào)整上水閥門使高位水箱液位保持恒定。4、測定流量，記錄各測量斷面測管的高度，填入表中。5、改變閥門開度，調(diào)節(jié)流量，測定幾組流量和水頭高度，填入表中。6、關(guān)閉，停泵。第十九頁，共30頁。四、注意事項1、實驗過程中，要經(jīng)常觀察高位水箱的恒流情況，隨時調(diào)整上水閥門，保證液位恒定。2、測壓管中液位要適中，方便讀數(shù)。3、流量調(diào)節(jié)要緩慢平穩(wěn)，測點并盡量(jǐnliàng)拉開。4、備好記錄紙，分工明確，讀數(shù)仔細(xì)準(zhǔn)確。第二十頁，共30頁。五、數(shù)據(jù)記錄(jìlù)及計算項目表表3-1數(shù)據(jù)(shùjù)記錄表第二十一頁，共30頁。六、思考題1、為什么實際流體的總水頭線是沿流向逐漸降低的？2、在調(diào)節(jié)流量時，沿能量方程試驗段，請問哪根測管內(nèi)的液面變動最大，試分析原因？3、根據(jù)(gēnjù)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，并結(jié)合實驗結(jié)果，繪制某一流量下能量方程管段的測壓管水頭線和總水頭線。第二十二頁，共30頁。實驗(shíyàn)四沿程阻力實驗(shíyàn)一、實驗?zāi)康?、研究穩(wěn)定狀態(tài)下均勻流動時壓力管中水流(shuǐliú)沿程阻力的變化規(guī)律。2、管道阻力的類型和計算方法，了解阻力系數(shù)在不同的流態(tài)，不同雷諾數(shù)下的變化情況。3、學(xué)會測定管道沿程阻力系數(shù)的方法。第二十三頁，共30頁。二、實驗(shíyàn)原理1、沿程水頭損失與流速的關(guān)系對沿程阻力兩測點的斷面列伯努利方程因?qū)嶒灩芏嗡?，且為均勻流動，所以由此?/p>

即管路兩點的沿程水頭損失等于測壓管水頭差。由此式求得沿程水頭損失，同時根據(jù)實測流量計算(jìsuàn)平均流速，將所得和數(shù)據(jù)繪在對數(shù)坐標(biāo)紙上，就可確定沿程水頭損失與平均流速的關(guān)系。第二十四頁，共30頁。2、沿程阻力系數(shù)的測定(cèdìng)由上面的分析可以得到：由達(dá)西公式：用體積法測得流量，并計算出斷面平均流速，即可求得沿程阻力系數(shù)：第二十五頁，共30頁。三、實驗(shíyàn)裝置管道阻力(zǔlì)實驗裝置如圖所示：圖4-1管道阻力實驗(shíyàn)裝置第二十六頁，共30頁。四、實驗(shíyàn)步驟1、熟悉裝置、原理、流程。2、調(diào)整流程，檢查壓差計，排氣、調(diào)平衡。3、調(diào)節(jié)尾閥，待管道流量穩(wěn)定后，測定流量，記下(jìxià)壓差計讀數(shù)。流量可通過磅秤、水桶、秒表，求出體積流量。4、改變尾閥的開度，調(diào)節(jié)流量，共測量10次，記錄壓差，測定流量。第二十七頁，共30頁。五、數(shù)據(jù)(shùjù)記錄計算表格表4-1數(shù)據(jù)(shùjù)記錄表第二