流体力学综合试验简介.DOC

流体力学综合实验 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、稳压水箱 5、颜料水盒 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、 伯努利方程验证 三、 流动参数测定，包括：1．沿层阻力测定2．局部阻力测定 四、 孔板流量计和文丘里流量计的流量系数测定 五、 皮托管测流速和流量的方法 实验 式中： d---- 雷诺数实验管管径，m； ---- 流体密度，kg/m3； ---- 流体动力粘度，Pa.s； ---- 流体运动粘度，m2/s； ---- 流体流速，m/s； 大量实验表明：当雷诺数小于某一下临界值时，流体流动状态为层流；当雷诺数大于某一上临界值时，流动状态为紊流。在上、下临界值之间为不稳定的过渡流。对于圆管，Re≦2000时，流态为层流；Re≧4000时，流态为紊流。 应当指出，层流和紊流之间并非是突然的转变，在两者之间有一个不稳定的过渡流。因此，临界测定值和流态的转变，在一定程度上受一些不稳定因素的影响。 圆管中，层流的断面流速分布方程为： 式中： R---- 管子的内半径，m； r---- 从管中心算起的距离，m； u---- 距管中心距离为r的点速度值，m/s； l---- 流体流经的长度，m； hl---- 流体流经 l长度的水头损失，m； ---- 流体动力黏度，Pa.s； 当层流充分发展时，即l相当长时，u=f（r2），流体流速的抛物线分布就可充分显示。 三、实验装置 在流体力学综合实验台中，雷诺实验涉及的部分有：储水箱和稳压水箱、雷诺实验管及其出水阀门、颜料水（红墨水）盒、上水阀门、水泵和计量水箱等，秒表、量筒及温度计自备。 四、实验方法与步骤 （一）、实验前准备 1、预习实验内容，熟悉与实验相关的理论知识。 2、测记与实验相关的实验数据。 3、将红墨水和适量的水加入颜料水盒内备用，并将其管路内的空气排除干净。 4、将上水阀门和实验管出水阀门全开，其它实验管段的阀门关闭。将储水箱1放满水，开启水泵，把稳压水箱4注满水，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不变。同时检验系统是否有泄露，观察实验管段是否有空气，若有将其排除干净。 （二）、实验步骤 5、将实验管出水阀门开度调至只有少许水流出，以便观察层流的稳定流型，再打开并小心调节颜料水控制阀，使颜料水流速与实验管内水流速相接近，一般略低于管内水流速为宜。精心调节至能观察到一条平直的红色细流为止。 6、缓慢地增大出水阀门开度（同时相应增大上水阀门的开度，使水箱的水溢流量不变，以便水位保持不变），使水流量平稳地增加。直至实验管内直线流动的红色细流开始发生波动时，用秒表测计一定时间内水的体积，计算出该状态下水的流速，以供计算下临界雷诺数用。 7、继续缓慢地增加出水阀门和上水阀门的开度，使水流量平稳地增加。这时导管内的流体流态逐渐由层流向紊流过渡。当流量增大到某一数值后，颜料水一进入导管，立即被分散呈烟雾状，这时表明流体流态已进入紊流区。用秒表测计一定时间内水的体积，计算出该状态下水的流速，以供计算上临界雷诺数。 8、上述实验步骤反复进行3次，以便取得较准确的实验数据。 9、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。 10、实验结束后，先关闭颜料水控制阀，待管内红墨水全流出后，断开水泵电源，关闭所有阀门，最后清洁实验台面和设备卫生。 五、实验操作注意事项 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，不许开大。 在实验过程中，颜料水流的速度应与主体流体的流速相近（略低些为宜），因此，随着水流速度的增大，需相应地细心调节颜料水注射流量，才能得到较好的实验效果。 在整个实验过程中，切勿碰撞设备，操作应轻巧缓慢，以免干扰流体流动过程的稳定性。实验过程有一定滞后性，因此，调节流量过程切勿操之过急，状态确实稳定之后，再继续调节或记录数据。 六、实验数据处理 1、实验基本参数： 实验管内径： d= mm，水温：t= ℃ 2、实验数据与结果： 表1-1 实验序号 上临界流量 （mL/s） 下临界流量 （mL/s） 运动粘度 上临界雷诺数 Rek上 下临界雷诺数 Rek下 体积 （mL） 时间（s） 体积 （mL） 时间 （s） m2/s 1 2 3 平均临界雷诺数Re平均 七、思考题 1、本实验中