流体力学实验(环境工程)

实验一伯努利方程实验一、目的和要求1．验证不可压缩流体的定常流动的总流Bernoulli方程（能量方程），加深对流动过程中能量损失的了解；2．掌握流速、流量、压强等流动参量的实验测量技能3．用实例流量计算流速水头去核对测压板上两线的正确性；。二、实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。运用不可压缩流体的定常流动的总流Bernoulli方程，可以列出进口附近断面（1）至另一缓变流断面（i）的Bernoulli方程：iwiiiihgvpzgvpz122111122其中i=2，3，4，……，n；取121n。选好基准面，从断面处已设置的静压测管中读出测管水头pz的值；通过测量管路的流量，计算出各断面的平均流速v和gv22的值，最后即可得到各断面的总水头gvpz22的值。验装置装置图实验装置如图一所示。三、实验步骤1．熟悉实验设备，了解测压管的布置情况；2．打开泵供水，待水箱溢流后，关闭伯努利管阀门，检查所有测压管的液面是否平齐。如不平，则查明故障原因（如连通管阻塞、漏气或夹气泡等），并加以排除，直至调平；3．打开伯努利管阀门，待测压管的液面完全静止后，观察测量测压管的液面高度，并记录在表2；4．调节伯努利管阀的开度，待流量稳定后，测量并记录各测压管和液面的高度，同时测记此时的管道流量；5．改变流量2次，重复上述测量。四、实验结果记录与分析1．有关常数记入表1。表1常数记录表格测点编号1223344556管径(cm)两点间距(cm)2．测量流量和)(pz并记入表2。表2实验记录表格(基准面选在标尺的零点上)水头z+p/γ(cm)z+p/γ+u2/2g(cm)Q编号12341234cm3/s实验次数1233．计算速度水头和总水头，填入表3和表4。表3速度水头计算表格管径d(mm)Q=(cm3/s)Q=(cm3/s)Q=(cm3/s)A(cm3)v(cm/s)v2/2g(cm)A(cm3)v(cm/s)v2/2g(cm)A(cm3)v(cm/s)v2/2g(cm)表4总水头计算表格z+p/+v2/2g(cm)Q测点编号1234(cm3/s)实验次数1234．将上述结果中最大流量下的总水头线（动压水头线和计算水头线）和测压管水头线绘在图上。六、结果分析及讨论1．沿管长方向，总水头线的变化趋势如何？静水头线的变化趋势与总水头线的有何不同？简要说明原因。2．水箱水位恒定，流量增加，静水头线发生哪些变化？简要说明原因。实验二雷诺实验一、实验目的1、观察液体流动时的层流和紊流现象。区分两种不同流态的特征，搞清两种流态产生的条件。2、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线，验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的。二、实验原理液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起控制作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大，质点惯性力也逐渐增大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。通过雷诺数来判定两种流态：Re=Vd/流量由小到大变化时，由层流转变为紊流的雷诺数称为上临界雷诺数；流量由大到小变化时，由紊流转变为层流的雷诺数称为下临界雷诺数。三、实验步骤12、微微开启泄水阀及有色液体盒出水阀，使有色液体流入管中。调节泄水阀，使管中的有色液体呈一条直线，此时水流即为层流。此时用体积法测定管中过流量。3、慢慢加大泄水阀开度，观察有色液体的变化，在某一开度时，有色液体由直线变成4、继续逐渐开大泄水阀开度，使有色液体由波状形变成微小涡体扩散到整个管内，此5、以相反程序，即泄水阀开度从大逐渐关小，再观察管中流态的变化现象。并用体积法6、重复平行实验，上临界和下临界雷诺数经多次测量取平均值。四、实验数据计算和处理1、实验记录表次数VtVs临界流速临界雷诺数附注×10-3m3）（s）(m3/s)uk(m/s)Rek实验管内径：d=mm水温：℃1234562、实验数据计算Rek=vdukuk=4/2dVsAVsm/sVs=tVm3/s式中：——水的运动粘度（根据实验的水温，从水的粘温曲线上查得）A——实验管内横截面积，m2uk——临界流速，m/sVs——体积流量，m3/s五、结果分析及讨论1、液体流态与哪些因素有关?为什么外界干扰会影响液体流态的变化?2、雷诺数的物理意义是什么？为什么雷诺数可以用来判别流态？3．临界雷诺数与哪些因素有关？为什么上临界雷诺数和下临雷诺数不一样？实验三阻力实验一、实验目的1、学习直管摩擦阻力Δpf（hf），直管摩擦系数λ的测定方法。2、掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。3、掌握局部阻力的测量方法。二、实验原理1、直管摩擦系数λ与雷诺数Re的测定流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力，流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系：gvdlphff2222vpldfvdRe式中：d——管径，m；fp——直管阻力引起的压强降，Pa；l——管长，m；v——流速，m/s；——流体的密度，kg/m3；——流体的重度，N/m3；——流体的运动粘度系数，m2/s。直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度和粘度也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降fP与流速v（流量V）之间的关系。根据实验数据和可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，以及对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线。gvphff2222vpf式中：——局部阻力系数，无因次；fp——局部阻力引起的压强降，Pa；fh——局部阻力，m。三、实验步骤（1）熟悉实验装置及流程。关闭泵的出口阀，启动离心泵。（2）打开管道上的出口阀门；再慢慢打开进口阀门，让水流经管道，以排出管道中的气体。（3）在进口阀全开的条件下，调节出口阀，流量由小到大或反之，记录8~10组不同流量下的数据，并记录各流量下的测压管水头。注意流量的变更，应使实验点在λ~Re图上分布比较均匀。（4）数据取完后，关闭进、出口阀，停止沿程阻力实验。（5）按以上步骤测定局部阻力系数。（五）数据处理根据实验数据，计算Re及λ，在双对数座标纸上标绘二者的关系，并与教材上的图线比较之。数据记录及整理表管内径mm；管长EF=m水温℃水粘度m2/s序号V×10-3m3tsVsm3/svm/sRevd测压管水头（m）△pN/m2λ备注56差1234五、结果分析和讨论影响流体阻力大小因素有哪些？