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流体力学（水力学） 实验指导书 黎 强 张永东 编 西南大学工程技术学院建筑系 二零零八 年 九 月 流体力学综合实验台简介 流体力学综合实验台为多用途实验装置，其结构示意图如图1所示。 图1 流体力学综合试验台结构示意图 1.储水箱 2.上、回水管 3.电源插座 4.恒压水箱 5.墨盒 6.实验管段组 7.支架 8.计量水箱 9.回水管 10.实验桌 利用这种实验台可进行下列实验： 一、 雷诺实验； 二、 能量方程实验； 三、 管路阻力实验；1．沿层阻力实验2．局部阻力实验； 四、孔板流量计流量系数 和 文丘里流量系数的测定方法； 五、 皮托管测流速和流量的方法。 一、 雷诺实验 1．实验目的 （1）观察流体在管道中的流动状态； （2）测定几种状态下的雷诺数； （3）了解流态与雷诺数的关系。 2．实验装置 本实验的实验装置为：（1）流体力学综合实验台；（2）雷诺实验台。 在流体力学综合实验台中，雷诺实验涉及的部分有高位水箱、雷诺数实验管、阀门、伯努力方程实验管道、颜料水（蓝墨水）盒及其控制阀门、上水阀、出水阀，水泵和计量水箱等，秒表及温度计自备。 雷诺实验台部件种类同综合实验台雷诺实验部分。 3．实验前准备 （1）、将实验台的各个阀门置于关闭状态。开启水泵，全开上水阀门，把水箱注满水，再调节上水阀门，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不变。 （2）、用温度计测量水温。 4．实验方法 （1）、观察状态 打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针流出，颜料水和雷诺实验管中的水迅速混合成均匀的淡颜色水，此时雷诺实验管中的流动状态为紊流；随着出水阀门的不断的关小，颜料水与雷诺实验管中的水渗混程度逐渐减弱，直至颜料水与雷诺实验管中形成一条清晰的线流，此时雷诺实验管中的流动为层流。 （2）测定几种状态下的雷诺系数 全开出水阀门，然后在逐渐关闭出水阀门，直至能开始保持雷诺实验管内的颜料水流动状态为层流状态。按照从小流量到大流量的顺序进行实验，在每一个状态下测量体积流量和水温，并求出相应的雷诺数。 实验数据处理举例： 设某一工况下具体积流量Q=3.467×10-5m3/s，雷诺实验管内径d=0.014m，实验水温T=5℃，查水的运动粘度与水温曲线，可知微v=1.519×10-6m2/s 。 流 速 Re 雷诺数 m3 图 2 雷诺数与流量的关系曲线 根据实验数据和计算结果，可绘制出雷诺数与流量的关系曲线（图2）。不同温度下，对应的曲线斜率不同。 3）测定下临界雷诺数 调整出水阀门，使雷诺实验管中的流动处于紊流状态，然后缓慢地逐渐关小出水阀门，观察管内颜色水流的变动情况。当关小某一程度时，管内的颜料水开始成为一条线流，即为紊流转变为层流的下临界状态。记录下此时的相应的数据，求出下临界雷诺数。 4）观察层流状态下的速度分布 关闭出水阀门，用手挤压颜料水开关的胶管二到三下，使颜料水在一小段管内扩散到整的断面。然后，在微微打开出水阀门，使管内呈层流流动状态，这是即可观察到水在层流流动时呈抛物状，演示出管内水流流速分布。 注：每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟。关小阀门过程中，只许渐小，不许开打。随着出水流量减小，应当调小上水阀门，以减少溢流流量引发的振动。 二、 能量方程实验 1、实验目的 （1）、观察流体流经能量方程实验管时的 能量转化情况，并对实验中出现的现象进行分析，从而加深对能量方程的理解。 （2）、掌握一种测量流体流速的原理。 2、实验装置 流体力学综合实验台中，能量方程实验部分涉及的有上水箱、能量方程实验管、上水阀门、出水阀门、水泵、测压管板（图中未给出）和计量水箱等。 3、实验前准备工作 开启水泵，全开水阀门使水箱注满水，再调节上水阀门，使水箱水位始终保持不变，并有少量溢出。 4、实验方法 （1）、能量方程实验 调节出水阀门至一定开度，测定能量方程实验管的四个断面四组测压管的液柱高度，并利用计量水箱和秒表测定流量。改变阀门的开度，重复上面方法进行测试。 根据测试数据的计算结果，绘出某一流量下各种水头线（如图3），并运用能量方程进行分析，解释各测点各种能头的变化规律。 可以看出，能量损失沿着流体流动方向增大的；Ⅰ与Ⅲ比 较，两点管径相同，所以动能头基本相同，但Ⅲ点的压力能头