工程流体力学实验报告

时间:2024.3.24

工程流体力学

实验报告

01300000321748122890771264207

学院: 交通运输工程学院

班级: 交 通 设 备 1206

姓名: 邱瑞玢

学号: 1104120907

雷诺数测定实验

【实验目的】

1.  观察水的层流和紊流的形态及特征;

2.  学习测量和计算流体的雷诺数和临界雷诺数。

【实验原理】

雷诺数是流体惯性力与黏性力的比值,它是一个无因次化的量。

Re ==

雷诺说较小时,粘滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于粘滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的紊流流场。

【实验内容】

1.  缓慢调节水量控制阀,观察透明水管中红色水流线的变化。观察水的层流态、紊流态的特征。

2.  找出层流和紊流转换临界点,在临界点测量水的流速,往复测量三次。

3.  根据测量数据计算出水的临界雷诺数。

【实验现象】

1.  当水流流速较低时,水管中水流处于层流状态,示踪剂(红色墨水)呈线状,无分散;

2.  逐渐开大控制阀,水流速度加大,呈线状流动的红色墨水开始出现波动,逐渐散开,这时水流处于过渡状态;

3.  再开大控制阀,水流速度继续增大,红色墨水消失,此时水流处于紊流状态。

层流状态

紊流状态

【实验结果】

实验中,水流束的特征长度l=D=3CM,流速由公式求得,得到V1=0.032m/s,V2=0.084m/s,而水在标准大气压,室温时的动力粘度,则雷诺数

Re1 ==960

Re2 ==2520

【结果分析】

查阅资料可知一般管道雷诺数Re<2000为层流状态,Re>4000为紊流状态,Re=2000~4000为过渡状态。而本次实验所测得的紊流状态下的雷诺数比理论值小,产生误差的原因为:

1.  偶然误差:观察出现偏差,将水流处于由层流向紊流的过渡状态当作紊流状态,从而测得的水流速度偏小,造成所计算的雷诺数偏小。

2.  系统误差:示踪剂(红色墨水)很容易在水中扩散,当处于过渡状态时,由于水流开始产生搅动,从而将红色墨水打散,扩散在水中,造成水流已处于紊流状态的假象,导致误差产生。

文丘里管实验

【实验目的】

观察文丘里效应,学习文丘里管测量流量的原理和方法。

【实验原理】

文丘里效应,以其发现者,意大利物理学家文丘里(Giovanni Battista Venturi)命名。这种效应是指在高速流动的气体附近会产生低压,从而产生吸附作用。利用这种效应可以做出文丘里管。

文丘里管在现今科技发展中得到应用,因为其制造和维护成本比较低。

++=+++

基于文丘里效应制造的设备,叫做文丘里xxxx,如文丘里水膜除尘器、文丘里扩散管、文丘里收缩管、文丘里喷射泵、文丘里流量计等。

【实验内容】

1.  认识文丘里管,并观察透明文丘里管内水流产生的文丘里效应。

2.  通过调节流量控制阀,设定高中低三种水流速度,分别测量对应流速下文丘里管的最大压差,并且用量杯和秒表分别测量水流的真实流量。

3.  通过文丘里管和伯努利方程计算出水流速度,与用量杯秒表测量的真实流速对比,评估文丘里管测量流量的准确性,讨论消除误差的方法。

【实验数据】

【数据处理】

本次实验中,d1=40mm,d2=10mm;

由伯努利方程P++=C可求得

【结果分析】

本次实验,由水柱高度差所求得的管内流速(非缩颈处)均比由水管出水流量所求得的管内流速大,其误差原因来源于两方面:

1.  偶然误差:

(1)   在读取h1与h2的高度值时,读书出现偏差(仰视读数,俯视读数),造成△h存在偏差,进而导致v1,v2的计算出现误差;

(2)   在用量杯测取水量时,量杯的接入滞后于秒表开始记时,导致量杯水量偏少,进而所求得的v1实测值偏小。

2.  系统误差:

实验室器材老化严重,在文丘里管缩颈与立管连接的地方,漏水较为严重,也就是说,所测得的h2要偏小,故△h偏大,所求得的v1,v2也随之偏大。漏水导致从水管末端接入量杯的水减少,由此求得的v1实测值也将偏小。

要提高文丘里管的测量精度,首先应该着眼于提高文丘里管的密封性,使其密封性达到一个相对来说密闭的状态;其次在文丘里管内部,在主管与缩颈的连接处应采用光滑连接,内壁尽量采用对流体粘滞力的材料,以减少水头损失,提高测量精度。

皮托管及伯努利方程应用实验

【实验目的】

1.  学习皮托管的使用方法。

2.  增强对伯努利方程的理解和认识。

【实验原理】

1.  伯努利方程:

流体在忽略粘性损失的流动中,流线上任意两点的压力势能、动能与位势能之和保持不变。

这个理论是由瑞士数学家丹尼尔-伯努利在1738年提出的,被称为伯努利原理。重力场中无粘性流体定常流动的能量方程称为伯努利定理。或称为伯努利方程,是流体动力学基本方程之一。

P++=C

2.  皮托管

皮托管是测量气流总压和静压以确定气流速度的一种管状装置,由法国H·皮托发明而得名。皮托管的构造如图,头部为半球形,后为一双层套管。测速时头部对准来流,头部中心处小孔(总压孔)感受来流总压,经内管传送至压力计。

头部后约3-8D处的外套管壁上均匀地开有一排孔(静压孔),感受来流静压p,经外套管也传送至压力计。

皮托管常用在测量通风管道、工业管道、炉窑烟道内的气流速度,经过换算来确定流量,也可测量管道内的水流速度。用皮托管测速和确定流量,有可靠的理论根据,使用方便、准确,是一种经典的广泛的测量方法。此外,它也可用来测量流体的压力。

【实验内容】

1.  控制水量调节阀,分别调出高中低三种水流速度;

2.  在每一种速度下,用皮托管测量出水管内的动压;

3.  用量杯和秒表测量水管内的真实流量;

4.  分别计算出二中不同方法的测量结果并比较,讨论皮托管测量流速的优势和不足。

【实验数据】

【数据处理】

由伯努利方程P++=C可以推导出,则得到:

V1=119.6cm/s;

V2=59.4cm/s;

V3=31.1cm/s.

由量杯/秒表测得的水流量求得的流速:

V1=114.4cm/s;

V2=67.1cm/s;

V3=29.8cm/s.

【结果分析】

由皮托管测得管内水流流速与从管末端通过量杯/秒表测得的管内水流流速有一定的出入。首先这可能源于量杯/秒表方法测水流流速偶然误差发生的概率比较大,尤其是当水流流速很大的时候,秒表开始的时间与量杯接入的时间稍微有点不同步,就会导致极大的误差。

皮托管本身测量的误差就很小,质量越高的皮托管,其精度也越高,故其在实际中有很广泛的运用空间。但是,皮托管必须是建立在一端伸入管内的基础上,所以拆装很不方便,灵活性差,不适用于在管道路线上进行随机测量。


第二篇:工程流体力学(B)


《工程流体力学》课程期末考试(B)卷(开卷)

该试卷使用范围: 20##  年级  安全工程  专业

一、名词解释(每小题5分,总分25分)。

1、表面张力

2、膨胀性

4、间接水击

5、沿程阻力损失

答:

二、简答题(每小题8分,总分24分)。    

1、简述拉格朗日法和欧拉法的区别。

2、简述均匀流动基本方程极其各项意义。

3、简述伯努利方程的几何意义。

三、计算题(总计51分)

1、一块可动平板与另一块不动平板同时水平浸在某种液体中,它们之间的距离为0.5mm。若可动平板以0.25m/s的速度移动,为了维持这个速度需要单位面积上作用力为.       求这两块平板间的液体的动力粘性系数。(6分)

2、绕铰链轴O转动的自动开启水闸如图所示,当水位超过H=2m时,闸门自动开启,若闸门另一侧的水位h=0.4m,角,试求铰链的位置x。(15)

3、离心式通风机用管道A从大气中吸取空气,在直径D=0.2m处接一玻璃管,其下端插入水槽中,水沿此管上升H=0.25m,空气密度为ρ=1.23kg/m3。求每秒管道A所吸取的空气量。

4、长度l=2000m,内径d=200mm的普通镀锌钢管,用来输送粘性系数的重油,测得其流速,求其沿程阻力损失。

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