动量传输综合实验指导书(张春阳修改)

0动量传输综合实验指导书1一、实验内容1、文丘里流量计校正2、沿程阻力系数的测定3、突然扩大和突然缩小阻力系数的测定。二、实验目的及要求动量传递综合实验是基于《传输原理》课程中动量传输理论基础之上的一项综合实验，目的是通过该实验促使学生对动量传输的基本理论进行综合验证和分析，从而从流体流动的实际中认识并建立该理论中各知识点之间的内在联系，达到综合的理论知识与实际应用相联系的目的。要求学生独立完成各项操作和数据录取、整理和分析计算工作。在动量传输中的伯努利方程、连续性方程以及达西公式等理论指导下观察、分析和解释实验中流体流动的各种现象。具体有：1、了解文丘里流量计的基本原理，测定流量系数。验证能量方程的正确性。2、观察和测试流体在等直管道中流动时的能量损失情况，测定管道沿程阻力系数λ，了解阻力系数在不同雷诺数下的变化情况，3、观察水流经局部阻力区的测压管水头（水压）及水流变化情况，测定管路上突然扩大和突然缩小的局部损失，并确定其局部阻力系数。三、实验条件及要求实验设备：1、多功能水力学实验台2、伯努利方程实验装置3、文丘里实验仪4、突然扩大和突然缩小管路测定装置5、相应的附件四、实验相关知识点1、伯努利方程2、连续性方程3、达西公式五、实验原理、实施步骤、数据记录（一）文丘里流量计的校正实验原理在文丘里流量计入口处取Ⅰ-Ⅰ断面，在其喉部收缩段处取Ⅱ-Ⅱ断面，由于流量计系水平放置，则可列出上述两断面的能量方程如下（不计水头损失）1gvpgvp2222222111根据连续性方程，得22212144vdvd令121解（1）、(2)两式可得计算流量的公式如下：2141222214ppgdddQ式中21pp为两断面测压管水头差，亦即测压计内的液面高差h令gdddk21441222上式可写成hkQ因此，测出测压计水位高差h后，即可求出计算流量。由于实际上所取的两个断面之间存在着水头损失，所以实际流量oQ一般要略小于计算流量Q,如令QQo则是一小于1的数，称为流量系数。本实验的目的就是用实验的方法确定流量系数的具体数值。实际流量oQ用体积法测定。tQo为t时间内由管道流入计量箱内的体积。1、准备工作1)记录仪器常数d1、d2并计算流量计系数k值2)检查测压计液面是否水平（此时Q＝0，如果不在同一水平面上，必须将橡皮管内的空气排尽，使两个测压管液面处于水平状态方能进行实验。3)关闭测点3～10的小阀门。4)打开阀门7、8、9、10，关闭阀门3、4、5、6。5)阀门2为实验阀门，可先调至较小开度。6)文丘里流量计收缩断面（测点2）经常处于负压状态，实验前应将连接胶管灌满水，才能进行实验，否则会2往里进气。1.实验步骤1)开泵，此时1、2测压管中应出现较小高差。2)缓慢开启阀门2，使压差调到最大（如2号测压管中液位降得太低可关小阀门10，使液位抬高。如测压计中液位太高，可用压气球加压，压低液位）。注意事项：如出现测压管冒水现象，不必惊慌，可把阀门10全开，或停泵重做。文丘里流量计的测定数据记录表NOh1（cm）h2（cm）△h（cm）▽(cm3）T(s)Q(cm3/s)Q0（cm3/s）流量系数μμ平均123（二）、沿程阻力系数的测定实验原理对通过一等直径管道中的恒定水流，在任意两过水断面1－1、2－2上写能量方程，可得：2211pzpzhf同时，我们知道沿程水头损失的表达式：则沿程水头损失系数λ为：22221122vhlgdgvdlpzpzf一般可认为λ与相对粗糙度及雷诺数Re有关。即：实验步骤:1.熟悉实验设备，记录仪器常数。2.关闭测点1、2、5、6、7、8、9、10的小阀门。3.打开阀门2、4、5、9、10；关闭阀门3、6、7、8。34.开泵、调节阀门2，使流量在测压管量程范围内达到最大，待水流稳定后记录测压管读数，并量测其流量，流量用体积法量测。5.逐渐关闭阀门2，依次减小流量，量测各次流量和相应的压差值。6．用温度计测记本次实验的水温t。并查得相应的值，从而可计算出相应于每次流量下的雷诺数Re值。沿程阻力系数测定记录表d＝mmL＝m水温t0=运动粘滞系数=NOh3（cm）h4（cm）△h（cm）▽(cm3）T(s)Q(cm3/s)v(cm/s)沿程阻力系数λ雷诺数Re123456（三）、突然扩大和突然缩小实验实验原理由于边界形状的急剧改变，主流就会与边界分离,出现旋涡以及水流流速分布的改组，从而消耗掉一部分机械能。单位重量液体的能量损失就是局部水头损失。边界形状的改变有水流断面的突然扩大或突然缩小、弯道及管路上安装阀门等。局部水头损失常用流速水头与一系数的乘积来表示：gvhm22式中，—局部水头损失系数，也叫局部阻力系数。系数是流动形态与边界形状的函数。即。一般水流Re足够大，可认为系数不再随Re数而变化而看作常数。在实验中，mh的值可由能量方程式求得。即选用突然扩大或突然缩小前后符合渐变流条件的两个断面，列能量方程。突然扩大：在扩大前后取1-1及2-2断面，因管道系水平放置，可列出两断面的能量方程如下：4gvgvpgvp22222222211gvgvvpp2222222121记录格式：NOh1(cm)h2(cm)▽(cm3)t(s)Q(cm3/s)1v(cm/s)gv221(cm)2v(cm/s)gv222(cm)1231．突然缩小：在缩小前后取3-3及4-4断面，列能量方程：gvgvvpp2224242343记录格式：NOh3(cm)h4(cm)▽(cm3)t(s)Q(cm3/s)3v(cm/s)gv223(cm)4v(cm/s)gv224(cm)123实测所得之值，可与理论导出的突然扩大阻力系数突扩及借助于经验而得出的突然缩小阻力系数缩小进行比gvgvpgvp222242442335较。它们分别为：突然扩大：gvhm2222；gvhm2211；式中：1A和分别为突然扩大上游管段的断面面积和平均流速；和分别为突然扩大下游管段的断面面积和平均流速。突然缩小：gvhm222；1215.0AA实验步骤（1）关闭测点1、2、3、4、5、6、7、8的小阀门。（2）打开阀门2、7、8、9、10。（3）关闭阀门3、4、5、6。（4）开泵、调节阀门2、使测压管9、10、11、12中出现高差。（5）用计量箱量测流量。注意事项：如出现测压管冒水现象，不必惊慌，可把阀门10全开、或停泵重做。六、思考问题1、实验时，若将文丘里流量计倾斜放置，各测压管内液面高度差是否会变化？2.沿程阻力系数测定实验中，如果将实验管道倾斜安装，压差计中的读数差是不是沿程水头损失值？3如何解释突然扩大前测压管的液面常常低于突然扩大后测压管的液面？4突然扩大和突然缩小的局部阻力系数是否相等？为什么？七、实验成绩评定办法实验评分以100分为满分，各主要评分点为：原理描述、实验流程、调试过程、数据记录、解决问题的能力、资料搜集、实验结果分析等。其分数分割值为：1、实验报告中，能够正确描述实验原理。10分。2、按照实验流程，正确进行全过程的调试和实验。20分。3、实验数据记录齐全、认真。10分。4、能够正确灵活地解决和处理实验中遇到的各种问题，顺利完成实验。10分5、能够正确借助其它有关资料查阅和补全计算过程中所需要的其它参数。10分。6、能够认真整理和计算实验数据、绘制相关曲线、并正确分析实验结果。20分。7、能够正确、完整且有条理地回答问题。20分。