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水力学实验指导书 第一部分：实验装置 一、多功能水力学实验装置 本实验装置由蓄水箱、水泵、恒定水箱、计量水箱以及实验管道、阀门、测压管和实验台等组成，见图1所示。 图1 GD-Ⅵ-14型多功能水力学实验装置 二、开出实验 1、雷诺实验；2、沿程阻力实验；3、局部阻力实验；4、文丘里流量实验；5、孔板流量实验 第二部分：实验部分 实验1：雷诺实验 一、实验目的 1．观察液体的层流、紊流两种流态，掌握圆管流态转化的规律。 2．测定液体在圆管中稳定流动时的上、下临界雷诺数 Rec 。 二、实验原理及计算公式 1．实验原理 液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起控制作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大，质点惯性力也逐渐增大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。 液体的流态可用临界雷诺数Rec来判别。液流型态开始变化时的雷诺数叫做临界雷诺数，有上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它受实验条件影响较大，大小很不确定，跨越一个较大的取值范围，因此不作为液态的判别标准。下临界雷诺数表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值，大致是一个常数。通常把下临界雷诺数作为液态的判别标准，简称临界雷诺数。 在雷诺实验装置中，通过有色液体的质点运动，可以将两种流态的根本区别清晰地反映出来。在层流中，有色液体与水互不混惨，呈直线运动状态，在紊流中，有大小不等的涡体振荡于各流层之间，有色液体与水混掺。如图a、b、c所示。 2．计算公式 雷诺数： 三、实验方法与步骤 1．测定实验有关的常数。 2．观察两种流态：打开水泵开关使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀，并有颜色水注入管道内，使颜色水流成一条直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察水流从流层流到紊流变化的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察水流由紊流转变为层流的水力特征。 3．测定下临界雷诺数 （1）将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调节到使颜色水在全管刚刚拉成一条直线状态时，即为下临界状态。每调节一次阀门，均须等待稳定几分钟。 （2）待管中出现临界状态时，用体积法测定流量。 （3）根据所测流量计算下临界雷诺数。 （4）重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按上述步骤重复测量不少于3次。 （5）同时由水箱中的温度计测记水温，从而查得水的运动粘滞性系数ν。 注意：流量不宜开得过大以免引起水箱中的水体紊动，若因水箱中水体紊动而干扰进口水流，须关闭阀门静止3~5分钟，再按步骤（1）重复进行。 4．测定上临界雷诺数（*） 逐步开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当颜色水线刚刚开始散开时即为上临界状态，测定上临界雷诺数次1~2次。 四、资料整理与结果分析 1．记录有关计算常数 雷诺管内径 d = 14.5mm， 水温= ℃ ，水的粘度ν= m2/s 表1.1 雷诺实验记录表 实验 次序 水的体积ΔV （m3 ） 时间 T（s ） 流量 Q（m3/s） 临界流速 Vc（m/s） 临界雷诺数Rec 五、思考与讨论 1、雷诺数与哪些因素有关？其意义何在？ 2、为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判断依据？ 实验2：沿程阻力实验 一、实验目的 1、加深了解圆管层流和紊流的沿程阻力损失随断面平均流速变化的规律。 2、掌握管道沿程阻力系数的测量方法。 3、将测得的-关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验结果分析能力。 二、实验原理 图1所示实验装置中，在被测直管段的两测量点之间列伯努利方程式，可得： (1) (2) (3) (4) 式中： —管径，m； —管长，m； —流速，m/s； —直管阻力引起的压差，Pa； —