工程流体力学

实验报告

(三)毕托管测速实验

一、实验目的和要求

  1．通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；

  2. 了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体力学量测仪器的现实作用。

 

二、实验装置

  本实验的装置如图4．1所示。

图4．1  毕托管买验装置图

    1．自循环供水器；  2．实验台；  3．可控硅无级调速器；  4．水位调节阀；  5．恒压水箱；  6．管嘴；  7．毕托管；  8．尾水箱与导轨；  9．测压管；    10．测压计；    11．滑动测量尺(滑尺)；    12．上回水管。

  说明

  经淹没管嘴6，将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值。测压计10的测压管1、2用以测量高、低水箱位置水头，测压管3、4用以测量毕托管的全压水头和静压水头。水位调节阀4用以改变测点的流速大小。

三、实验原理

                                (4.1)

式中  u——毕托管测点处的点流速；

      c——毕托管的校正系数；

      ——毕托管全压水头与静水压头差。

                                    (4.2)

联立求解上两式可得                                          (4.3)

式中  u——测点处流速，由毕托管测定；

      ——测点流速系数；

      △H——管嘴的作用水头。

   

四、实验方法与步骤

    1．准备    (a)熟悉实验装置各部分名称、作用性能，搞清构造特征、实验原理。(b)用医塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。(c)将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约2～3cm，上紧固定螺丝。

    2．开启水泵    顺时针打开调速器开关3，将流量调节到最大。

    3．排气    待上、下游溢流后，用吸气球(如医用洗耳球)放在测压管口部抽吸，排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平，液面不齐平可能是空气没有排尽，必须重新排气。

    4．测记各有关常数和实验参数，填入实验表格。

    5．改变流速     操作调节阀4并相应调节调速器3，使溢流量适中，共可获得三个不同恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量。

    6．完成下述实验项目：

      (1)分别沿垂向和沿流向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布；

      (2)在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6～10倍以内时，误差在2～5％以上，不宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。

    7．实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。

   

五、实验成果及要求

实验装置台号No_____________

表4.1 记录计算表       校正系数c=  0.999  k= 4.423 cm^0.5/s

六、实验分析与讨论

1．利用测压管测量点压强时，为什么要排气?怎样检验排净与否？

2．毕托管的压头差△h和管嘴上、下游水位差△H之间的大小关系怎样?为什么？

3．所测的流速系数说明了什么？

4．据激光测速仪检测，距孔口2～3cm轴心处，其点流速系数为0．996，试问本实验的毕托管精度如何？如何率定毕托管的校正系数c？

5．普朗特毕托管的测速范围为0.2～2m/s，流速过小过大都不宜采用，为什么？另，测速时要求探头对正水流方向(轴向安装偏差不大于10度)，试说明其原因(低流速可用倾斜压差计)。

6．为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的流体测速仪器？

（五）局部阻力损失实验

一、实验目的要求

  1．掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；

  2．通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径；

  3．加深对局部阻力损失机理的理解。

二、实验装置

  本实验装置如图8．1所示

图8．1  局部阻力系数实验装置图

1．自循环供水器；  2．实验台；  3．可控硅无级凋速器；  4．恒压水箱；   5．溢流板；  6．稳水孔板；  7．突然扩大实验管段；  8．测压计；   9．滑动测量尺；   10．测压管；    11．突然收缩实验管段；    12．实验流量调节阀

实验管道由小→大→小三种已知管径的管道组成，共设有六个测压孔，测孔1—3和3—6分别测量突扩和突缩的局部阻力系数。其中测孔1位于突扩界面处，用以测量小管出口端压强值。

三、实验原理

  写出局部阻力前后两断面的能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得：

1．  突然扩大  

  采用三点法计算，下式中由按流长比例换算得出。

实测

理论                   

                        

2．突然缩小

采用四点法计算，下式中B点为突缩点，由换算得出，由换算得出。

实测    

经验    

四、实验方法与步骤

  1．测记实验有关常数。

  2．打开电子调速器开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。待水箱溢流后，检查泄水阀全关时，各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。

  3．打开泄水阀至最大开度，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法或用电测法测记流量。

  4．改变泄水阀开度3～4次，分别测记测压管读数及流量。

  5．实验完成后关闭泄水阀，检查测压管液面是否齐平?否则，需重做。

五、实验成果及要求

1．记录、计算有关常数：                                 实验装置台号 No＿＿

d₁ =D₁ = 1.08cm    d₂=d₃=d₄=D₂=  2.0cm

d₅= d₆ =D₃ = 1.13cm ，         l_1-2=12cm，   ，

，     ，      ，   ，

，

。

2．整理记录、计算表。

3．将实测ζ值与理论值(突扩)或公认值(突缩)比较。

表8．1  记录表

表8．2  计算表

六、实验分析与讨论

1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系。

2．结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在?产生突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪里?怎样减小局部阻力损失?

3．现备有一段长度及联接方式与调节阀(图8．1)相同，内径与实验管道相同的直管段，如何用两点法测量阀门的局部阻力系数?

☆4．实验测得突缩管在不同管径比时的局部阻力系数()如下：

试用最小二乘法建立局部阻力系数的经验公式。

☆5．试说明用理论分析法和经验法建立相关物理量间函数关系式的途径。

第二篇：工程流体力学实验报告

福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心

学生实验报告

工程流体力学实验

题目：

实验项目1：毕托管测速实验

实验项目2：管路沿程阻力系数测定实验

实验项目3：管路局部阻力系数测定实验

实验项目4：流体静力学实验

姓名：李威 学号：051001509组别：________

实验指导教师姓名：__________________________

  同组成员：____________________________________

20##年月日

实验一  毕托管测速实验

一、实验目的要求：

1．通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用测压管测量点流速的技术和使用方法。 
2．通过对毕托管的构造和适用性的了解及其测量精度的检验，进一步明确水力学量测仪器的现实作用。

二、实验成果及要求

                                       实验装置台号No     

表1       记录计算表         校正系数c=        ，k=        cm^0.5/s

   

三、实验分析与讨论

1．利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？

答：若测压管内存有气体，在测量压强时，水柱因含气泡而虚高，使压强测得不准确。排气后的测压管一端通静止的小水箱中（此小水箱可用有透明的机玻璃制作，以便看到箱内的水面），装有玻璃管的另一端抬高到与水箱水面略高些，静止后看液面是否与水箱中的水面齐平，齐平则表示排气已干净。

2．毕托管的压头差Δh和管嘴上、下游水位差ΔH之间的大小关系怎样？为什么？

答：这两个差值分别和动能及势能有关。在势能转换为动能的过程中，由于粘性的存在而有能量损失，所以压头差较小。

3．所测的流速系数说明了什么？

实验二  管路沿程阻力系数测定实验

一、实验目的要求：

1．  掌握沿程阻力的测定方法；

2.     测定流体流过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数λ与的关系；

3测定流体流过直管时的局部阻力，并求出阻力系数ξ；

4学会压差计和流量计的使用。

二、实验成果及要求

1．有关常数。                                   实验装置台号         

圆管直径d=        cm，    量测段长度L=85cm。及计算（见表1）。

2．绘图分析*    绘制lgυ～lgh_f曲线，并确定指数关系值m的大小。在厘米纸上以lgυ为横坐标，以lgh_f为纵坐标，点绘所测的lgυ～lgh_f关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率

将从图上求得的m值与已知各流区的m值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流区m=2.0，紊流过渡区1.75<m<2.0）进行比较，确定流区。

表1    记录及计算表

常数K=π²gd⁵/8          L=     cm⁵/s²

三、实验分析与讨论

1．  为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响

实验成果？

2．据实测m值判别本实验的流动型态和流区。

3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。

实验三  管路局部阻力系数测定实验

一、实验目的要求：

二、实验成果及要求

1．记录计算有关常数。                          实验装置台号No         

d₁=D₁=          cm，        d₂=d₃= d₄= D₂=        cm，

d₅=d₆=D₃=          cm，        l_1—2=12cm，      l_2—3=24cm，

l_3—4=12cm，     l_4—B=6cm，      l_B—5=6cm，       l_5—6=6cm，

=                        ，

=                        。

2．整理记录、计算表。

3．将实测值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。

表1  记录表

表2计算表

三、实验分析与讨论

1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系：

1）不同R_e的突扩ξ_e是否相同？

2）在管径比变化相同的条件下，其突扩ξ_e是否一定大于突缩ξ_s？

2．结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？

实验四  流体静力学实验

一、实验目的要求：

二、实验成果及要求

1．记录有关常数。                             实验装置台号No          

各测点的标尺读数为：

▽_B =      cm，▽_C=      cm，▽_D=      cm， =      N/cm³。

2．分别求出各次测量时，A、B、C、D点的压强，并选择一基准检验同一静止液体内的任意二点C、D的是否为常数。

3．求出油的容重。

4．测出4^#测压重管插入小水杯水中深度。

三、实验分析与讨论

1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？

2．当p_B<0时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。

3．若再箅一根直尺，试采用另外最简便的方法测定。

4．如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？

5．过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部液体是同一等压面？

6．用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？

7．该仪器在加气增压后，水箱液面将下降δ而测压管液面半升高H,实验时,若以p₀=0时的水箱液面作为测量基准,试分析加气增压后,实际压强(H+δ)与视压强H的相对误差值.本仪器测压管内径为0.8cm,箱体内径为20cm.

表1   流体静压强测量记录及计算表         单位：cm

注：表中基准面选在             Z_C=           cm Z_D=           cm

表2  油容重测量记录及计算表     单位：cm

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* 附录1    实验曲线绘法建议

1．图纸    绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于12×12cm；

2．坐标确定    若采用厘米纸，取lgh_f为纵坐标（绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标），lgv为横坐标；采用对数纸，纵坐标写h_f，横坐标用v，即不写成对数；

3．标注    在坐标轴上，分别标明变量名称、符号、单位以及分度值；

4．绘点    据实验数据绘出实验点；

5．绘曲线    据实验点分布绘制曲线，应使位于曲线两侧的实验点数大致相等，且各点相对曲线的垂直距离总和也不致相等。