毕托托管测速实验

一、实验目的

1、通过对风洞中圆柱尾迹和来流速度剖面的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；

2、了解毕托管的构造和适用性,掌握利用数字式精密微压计，对风速进行静态快速测量；

3、利用动量定理计算圆柱阻力。

二、实验原理及装置

 

①数字式微压计        ②毕托管

图1 电动压力扫描阀

毕托管又叫皮托管，是实验室内量测时均点流速常用的仪器。这种仪器是1730年由享利·毕托（Henri Pitot）所首创。

  式中；    ——毕托管测点处的点流速：

             ——毕托管的校正系数；

             P ——毕托管全压;

             P₀——毕托管静压;

三、实验方法与步骤

1、用两根测压管分别将毕托管的全压输出接口与静压输出接口与微压计的两个压力通道输入端连接；

2、安装毕托管

将毕托管的全压测压孔对准待测测点，调整毕托管的方向，使得毕托管的全压测压孔正对风洞来流方向，调整完毕固定好毕托管；

3、点击微压计面板上的“on/off”，开启微压计，待微压计稳定，如果仍不能回零，可以按下“Zero”键进行清零；

4、开启风洞，如果此时微压计上的压力读数为负值，则表明微压计与毕托管之间的测压管接反了，适时调整即可。

5、开始测量，读数稳定后，可记录读数。

四、数据处理与分析

原始数据：

取标准大气压：

通过绘图得到皮托管风速与风机频率的曲线图：由图可见两者呈线性关系

五、思考题

（1）利用速度剖面如何计算圆柱受到的阻力？

答：在风洞中，计算圆柱所受阻力时，由于空气粘性很小，其对阻力的影响可忽略不计，则由空气流动的连续性则设单位时间内来流动量为，圆柱尾部动量为，则圆柱所受阻力为。（设圆柱直径为d，高 为h则有）

（2）当毕托管在圆柱尾迹的某些测点上，微压计的读数无法稳定，为什么？

答：在圆柱绕流中，风洞中风机在不同工作频率引起风速变化，进而改变流场中雷诺数，当雷诺数Re<4时，流体紧贴圆柱流动，不发生分离；当Re介于4到45之间时，圆柱后有驻定涡, 后面有很薄的尾迹.随 Re的增大,分离位置由后驻点附近前移,分离区增大，45<Re<180时出现周期性旋涡脱落, 二维层 流尾流。所以，毕托管测点处在雷诺数较大圆柱尾迹处，形成了周期性脱落的漩涡且不稳定的流场，导致微压计无法得到稳定的读数

第二篇：比托管测速实验

比托管测速实验

一、目的和要求

1．观察粘性流体的层流和紊流两种流态及其相互转换；

    2．测定临界Re数，掌握圆管流态判别准则；

3．学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。

二、实验原理

Reynolds在1883年以前的实验中，发现圆管流动存在着两种状态——层流和紊流，并且发现层流和紊流相互转化的临界速度，与流体的粘性和圆管的直径有关，即

                 

上式的函数关系能用指数的乘积来表示，即

                        -----为一无量纲系数

上式量纲关系为

             

运用量纲齐次性原理，得

              

联立求解得      

那么得到               

大量的实验验证，不同的管道粘性流动，当流动状态发生改变时，K值为一相同的常数，称之为Re数：

        ；      为管道流量

取Re数为流态转变的判据。当流动为层流时，有色流体呈直线流动；当流动为紊流时，有色流体混于管中流体，据此，测定实验的临界Re数。

三、实验装置

1．实验装置如图3-1所示

图3-1  自循环雷诺实验装置图

1 循环供水器；2 实验台；3 可控硅无级调速器；4 恒压水箱；5 有色水水管；6 稳水孔板；7 溢流板；8 实验管道；9 实验流量调节阀

    2．装置使用说明

    a．供水流量由无级调速器3调控使恒压水箱4始终保持微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度；恒压水箱4设有的多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3～5分钟；

b．有色水经水管5注入实验管道8，有色水的流动显示管内流动状态；为防止自循环水污染，有色水采用自行消色的专用水；

四、实验步骤

1．  测记本实验有关的常数；

    2．观察两种流态；

    a．打开开关3给水箱4充水；

b．待水箱4溢流、水体稳定后，微微开启阀9，并注入有色水，使其在圆管中呈一直线流动，即为层流状态；

c．通过有色水质点的运动观察管内水流的层流状态，然后逐步开大调节阀9，通过有色水直线的变化观察由层流转变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀9，观察由紊流转变为层流的水力特征。

3．确定下临界Re数；

a．将调节阀9打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀9使流量减小。当流量调节到使颜色水在全管中呈现出一稳定直线时，此即为下临界状态；

b．待管中出现下临界状态时，用体积法测定此时下临界状态的流量；

c．根据所测流量计算下临界Re数，并与公认值（2000）比较。偏离过大，需重测；

d．重新打开调节阀，使其形成完全紊流。按照上述步骤重复测量不少于三次；

e．同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。

注意：

a．每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；

b．在关小阀门过程中，只许渐小，不许幅度大；

c．随出水流量减小，应适当调小开关3（右旋），以减小溢流量引发的扰动。

4．确定上临界Re数。

关闭调节阀9，然后逐渐开启调节阀9，使管中水流由层流过渡到紊流状态。当有色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界Re数1～2次。

五、实验结果与计算

1．记录、计算有关常数：

        管径d=       cm，水温t=      ℃

        运动粘度        cm²/s

        计算常数K=           s/cm³

    2．整理、记录、计算下表：

六、实验分析与讨论

1.         流态判据为何采用无量纲参数Re数，而不采用临界速度？

2.         为何认为上临界Re数无实际意义，而采用下临界Re数作为层流与紊流的判据？实测下临界Re数为多少？

3.         Reynolds测得的下临界Re数为2320，上临界Re数为13800。把实验测得的值，与之相比较，分析本实验中影响上、下临界Re数的原因。

    七、参考资料：

1. 《流体力学实验》王英 谢晓晴 李海英主编 中南大学出版社

2. 《流体力学实验计数》陈克诚 浙江大学出版社

3. 《实验流体力学》朱仁庆 杨松林 杨大明编著 国防工业出版社

4. 《应用流体力学实验》毛根海 高等教育出版社

5. 《奇妙的运动流体力学科学》毛根海 浙江大学出版社