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1、流体力学与水力学试验可见瓯+岁=心+岁+邛2g 2g 2g()()有关手册给出的90。折管的阅历值为4 =1.1。试验步骤1 .启动水泵，向水箱充水，同时略微翻开尾阀，让水在管流中缓慢流淌。2 .观看管道中，测压管内是否消失气泡，假设有气泡，应设法排解。3 .调整尾阀，待水流稳定后，纪录各测压管的读数，管流的流量值。图局部损失数据表留意：对于实扩管，读取测压管3、9的水柱高度。对于突缩管，读取测压管11、12 的水柱高度,管道流量那么用于工体积法和使用电子流量计分别测量,取其平均值作为流量值。4 .试验结束后，立即切断电源，关闭水泵。测量内容：用手工和流量计分别测量流量，取平均值填入表格，纪录
2、各种局部损失部件 的上、下游的水柱高度。试验数据处理采用数据处理系统计算各种数据。只要将流量，测压管水柱高度填入表格，系统自动算出各种局部损失系数，并给出误差，详见图。思索题1 .数据表中为什么没有计算雷诺数？2 .当测压管、试验管段消失气泡时，你如何将其排解？3 .假如用测压管3、4计算实扩管的局部水头损失，将会消失什么样的误差?1.6 文丘里流量计、孔板流量计的标定试验试验目的测量文丘里流量计，孔板流量计的流量系数图是文丘里管、孔板流量计的试验仪。图中，测压管1, 2用于测量文丘里流量计的压差, 孔板流量计的压差比拟大，因而使用由4支测压管组成的复合式测压计。图文丘里流量计图163孔板流量
3、计文丘里流量计和孔板流量计都属于节流式流量计。即在管流中接入文丘里管或安装一块 孔板，强制地转变局部地方的管流速度和压强，测量其压差就可以计算管道流量。文丘里流量计由收缩段、喉部、集中段组成（参见图）。收缩角为2025。，折角处 应圆滑，尽量接近流线型。喉部是文丘里流量计的断面最小的部位，此处的流线曲率半径相 当大，流淌可视为缓变流，集中角一般为5。15。孔板流量计是一块外径与管道内径相同的不锈钢板，参见图。孔板上开设一个内孔，这个内孔迫使过流断面突然变小，流速变大，压强降低。文丘里管和孔板都是测量流量的仪器，在使用之前，要预先测量它们的流量系数，称为 流量计的标定。试验原理为了计算管道的流量
4、，在管道中安装一个文丘里流量计。对于图所示的断面L 2应用的 努利方程，那么有A X 1-1A X 1-1Pg 2g pg 2g采用连续性方程M4=%为，上式可化为2(|一2)/夕1 /4)4采用测压管直接测量压差，那么有2=夕以侬），于是V2 =V2 =2g（九一4近1 (4 )4速度与截面积相乘就可以计算流量，上面的计算中没有考虑粘性的影响，因此，流量的 表达式可修正为C 4 17 血Q = jjA2V2=jj C 4 17 血Q = jjA2V2=jj 2g(4初/z式中，称为文丘里管的流量系数，工艺精良的文丘里流量计的流量系数以达0.99以上。采用孔板装置也可以测量管道的流量。如下图，
5、流体受到孔板的节制，在孔板的下游 形成一股射流，图中的断面C是射流喉部，对断面3和断面C应用伯努利方程。+城=互+直Pg 2g Pg 2g采用连续性方程匕4 = %A3,（小为管道面积A）,那么得到射流喉部的流速2（，3-P。）/夕用A。表示孔板的孔口截面积，明显，射流喉部面积4小于孔口面积4。即A =刖） （ 1）称为射流喉部的截面收缩系数。喉部的压强不能直接测出，一般用管壁上的静压P6代替。压差P3-P6很大，因而本试验 采纳复合式测压计测定压差P3-P6。明显。射流喉部的速度为3 一，6 =可仇一4+5一6）2g(4 +%1 (幽./&)流量。=4匕=%）匕，式中4是孔的面积Q= ic
6、4J2g(4一也+%一4)Jl-(乳小产引入流量系数，那么Q = Mj2g(-/14 + 4-4)()显示，流量系数的取值除了受到粘性的影响之外，也还取决于孔口面积与管道面积 的比值A)/A O标定文丘里流量计或孔板流量计的流量系数4的方法是：用体积法测出流量Q,读取 测压管的液柱高度。采用式()或式(1. 6.11)确定的值。试验步骤1 .排解测压管的气体启动水泵，向水箱充水，关闭尾阀。此时，管1, 2的液面应当平齐。管3, 4以及管5, 6分别用胶管将其上部连接，拔开这些连接胶管，管3, 6和管4, 5的液面应当平齐。假如 不能平齐，那么在测压管内存在气泡，应设法将其排解。2 .调整尾阀，
7、依次增大流量，纪录各测压管的液柱高度。用体积法以及用电子流量计 分别测量管流的流量，取其平均值作为计算用。流量要求转变8次。转变流量时，要等待 35分钟，水流稳定后方可读数。,ia|x| FormH文丘里流量计及扎板流量计流量未款测定实验数据表工丘里小告直径d工丘里小告直径d孔板大孔而孔极小孔往d测次希里ml/sh6 ctnh5 cmh4 cmh3 cmh2 cmhl cm文丘里管波里系装p孔世流生系数P147 227 032 026 831 227439 0.9446,6306252 225.331526.032 426.829 8.9726.6024333 228.030 228.0306
8、28.930 1.9n.6207438728.231.228.131 628.830.619308.6218548 226.731 626.731 927.429.9,983762136|33 128430 828.430 129.0302.9751759725.733 025433 226.029 8M33,6293878 022 635 422.935 523429 81| *95634注，表中的后濒由系统目出9E(023:m图文丘里、孔板试验数据表测量内容：流量(分别用手工和流量计测量，取平均值)，各测压管读数。数据处理图是数据表的界面。由表中看出，文丘里流量计的流量系数，4=0.944
9、60.995,试验 值变化较大。此外，孔板的流量系数可以进行估算。在式(1.6.10)中，取0. 62,而A)/A = (d/O)2,因而式(L6.11)中的4=0.6603。此外，还应考虑粘性的影响，用06取代pc也影响4的值。因此，再乘一个系数0. 95,那么4=0.6273。可以看出，孔板的流量系数与实 测值也有较大误差。产生误差的缘由，主要是测压管读数不够精确。一方面，高度读数刻度 只精确到mm,而且用人工判读也产生误差。止匕外，水柱液面常发生波动，其高度不易确定。思索题. 的值可能大于1吗？1 .影响取值的因素有哪些？2 .请推导式()3 .请认真观看孔板流量计。在射流喉部处是否装有
10、测压管？测压管装在喉部的上游还 是下游？这样做会对测量精度产生哪些影响？1.8雷诺试验试验目的测量管流的沿程水头损失，绘制沿程水头损失与管流速度的对数曲线，并确定管流临 界雷诺数。试验装置图雷诺仪图的试验装置由稳压水箱，试验管段，倾斜式比压计组成。水箱向管道供应稳压水流。 管段的压强差用比压计测量。本试验用手工体积法测流量。试验原理对于图的管段的首、尾两个断面应用伯努利方程，那么有Z1 4- + - = z2+ + + hf()pg 2g - pg 2g ，管段水平放置，流速处相同，因而()Pg那么有()用比压计测量压差A-P2O设比压计两支测压管的液柱长度之差为/,pP2 = pgisme(
11、)hr = / sin。式中，。是比压计的水平倾角。只要测出比压计两支液柱长度的差值，由式（）便可以计算管段水流的沿程水头损失厂管流速度等于流量除以截面积。流量用量筒、秒表测量。小流量的测量比拟费时。充水 时间往往超过1分钟。计算管流雷诺数时，需用到水的运动粘度。运动粘度与水温有关。本试验用温度计测量 水温，水的运动粘度与温度的阅历公式可表示为1.775乂10一6V =7（）+ 0.03371+ 0.000221 t2式中，大量水温单位是。C, u的单位是m%。程水头损失作与速度V的函数关系与流态有关，层流时，与V的一次方成正比，紊流时，4/与V的1.75-2. 0次方成正比，将实测值标在对数
12、坐标log/logV图上。假如试验曲线斜率为45 ,那么说明流态为层流，否那么为紊流。值得留意的是，流量从小变大的曲 线与流量从大变小的曲线是不重合的。试验步骤1 .启动水泵，向水箱注水，待水位稳定后才全开尾阀，以便冲洗管道，排解管内气体。2 .关闭尾阀，松开倾斜比压计上端的止水夹，以使测压管内的残留气泡排出，气泡全 部排出后，用气囊球向比压计的测压管打气，压迫测压管水面下降至中部，再夹紧止水夹, 防止液面提升。试验管段的水不流淌时，比压计的两支测压管的液面应当平齐。假设不平，说 明测压管内残留有气泡，应当设法排解。3 .微微翻开尾阀，让水流速度从小变大，流态从层流变为紊流。当流量到达最大值之
13、 后，渐渐关小尾阀，使流速从大变小，流态从紊流变为层流。转变流量时，待水流稳定后， 测量流量，纪录比压计液柱读数。层流时，水流达稳定状态所用的时间往往比拟长，要急躁 等待。对于本试验装置，可依据比压计读数也许地推断流态。当流态为层流时，管段的沿程水头损失为 W0.006m。假如比压计的水平倾角。=30。，那么比压计液柱长度之差/Pa。反之，那么POPa （调压筒液面高于水箱液面）和0Pa （调压筒液面 低于水箱液面）的状况分别测量2组数据。测量内容：各测压管的液柱高度。思索题1 .在什么状况下，管1, 2, 3的液面平齐？2 .当管2, 3的液面平齐时，管4, 5以及管6, 7的液面是否全分别
14、平齐？为什么？3 .管1和管5都与大气相通，其液面是否处在同一个等压面上？4 .假如（Z7-Z6）（Z5-Z4）,那么夕和02哪个较大？数据整理及误差分析流体力学试验的数据整理是件简单的工作，为此，可编制数据处理系统供试验课使用。 图是编者研制的数据处理系统的静水压强试验数据表界面。试验装置中的未知液体的密度值分别为乃=800 kg/n?, p2 = 1000 kg/m3 o由数据表看出，测量误差小于7%,引起误差的主要缘由是仪器的水柱高度读数的精度不够。水柱 高度的刻度为mm,小数点后面的值是目估的，从而引起误差。1.3动量方程试验试验目的用杠杆法测量水流对档板的冲击力，并用动量方程计算水流
15、对档板的作用力，两者进行 比拟，深入对动量方程的理解。试验装置及试验原理水箱水箱图动量方程试验仪图是本试验使用的试验装置示图。水箱为试验供应稳压水源，水箱的溢流板上开设假设干 泄流孔。开、闭这些泄流孔可以掌握水位的凹凸。水流从设在水箱下部的管嘴射击，冲击一个轴对称曲面档板，档板将射流冲击力传递给 杠杆。移动祛码到某一位置，可使杠杆保持平衡。本试验用杠杆平衡原理测量射流的冲击力。止匕外，再用流体力学的动量方程计算射流对 档板的作用力，并比拟这两个冲击力的大小，以便进行误差分析。设祛码的重量为G,作用力臂为L,射流的作用力为F,作用力臂为L。当杠杆平衡时, 有()()F = G图动量方程用图射流的
16、冲击力也可以由动量方程算出，图是计算用图，设射流的偏转角度为。(即入射 速度矢量转到出流速度矢量所旋转的角度)，射流的流量为。，入射速度为匕那么有F = pQV(l-cos0)()本试验的射流偏角有90。，135。，180。等3种。试验步骤1 .试验前，调整平衡锤的位置，使杠杆处于水平状态。2 .开启水泵，向水箱充水。调整溢流档板泄孔的开启程度，使水箱的水位保持在某一 高度位置。3 .翻开出流孔口，使水流冲击挡板。4 .移动祛码至相宜位置，使杠杆保持水平，纪录数据。5 .转变水位，重复以上测量。此外，也可以更换另一种偏转角的挡板，并进行相应的 测量。6 .试验结束后，关闭水泵，取下祛码，排空水
17、箱。测量内容：流量、跌码力臂。数据处理及误差分析图是数据表的界面。冲击力的实测值与计算值存在肯定误差。引起误差的缘由有两个, 一是杠杆支座存在摩擦力，另一个缘由是动量方程没有考虑重力对水流的影响，认为射流的 反射速度为轴对程分布。其实，在重力作用下，挡板下部的反射水流速度大于上部的反射水 流速度。思索题1 .请自己推导方程()2 .试验中如何确定祛码的作用力臂？3 .本试验的流量是用什么方法调整的？l. f ormlli弹升科技火等重弹升科技火等重动争定理实险数据表实敢笔数!喷君直&d射流冷击力力STLkcmcmik克里洌次数R-注：袤o的后3汉由系统口出打印II冬回目篁B.HBSA5事聆日期
18、 也刀Q-12-18 L0.55 16实心人 |向出人|测次流量ml/S冲击板角度跌仍力甘LI cm冲击力实测值N冲击力计算值N误差%11301358.2.5744.5739,07213513589.6234.6189.7231321358.4559195917M41361358.9.6234.6281.75图动量方程试验数据表1.5局部水头损失试验试验目的测量管流中的5种局部水头损失，并确定局部损失系数。试验装置图所示的局部水头损失试验仪，由水泵、稳压水箱、试验管段，局部损失(截面实扩, 截面突缩，90弯管，180。弯管，90折管)管件、21支测压管、回水箱组成。此外，本 试验用手工体积法和
19、电子流量计两种方法测量管流的流量。21支测压管中，有些是用于测量局部水头损失，有些那么用于演示管流中水流静压的变 化状况。这里着重介绍电子流量计。这种流量计由量水筒，水位传感器，单板机，显示表组成。 图1.5. 2a表示电子流量计的工作原理。量筒左侧有玻璃水位指示管，右侧有虹吸管。水位 传感器A、B用于纪录水位信息。当水面提升到B时，单板机开头计时，当水面提升到A 时，单板机结束计时，两个时间之差为充水时间，A、B之间的量筒体积(887cm3)为充水 体积。体积与时间之比为流量。当水面连续提升，漂浮虹吸管之后，水流在虹吸作用下自动 出流，直至放空，同时还发出一种排空声响。这样，每隔一段时间，量
20、筒中的水就会自动排 空，无需人为操作。测量流量时，将出水通过漏斗引入量筒。水面到达A、B的时间由单板 机自动纪录并显示在流量计的面板上。流量仪表的板面上设有电源开关，掌握电源的接通与断开。参见图。板面上有“时间”、 “体积”、“流量”、“测量”等四个命令按钮。当按下“测量”按钮时，仪器开头测量。假如 按下“时间”、“体积”、“流量二那么仪表上显示时间、体积、流量的数值。板面上还有三个 指示灯，显示仪器的工作状态。测量的指示灯点亮，表示正在测量。LL图局部损失试验仪图电子流量计的量筒,05121.36 屐ts omUs测量丽礴畸礴图电子流量计的面板测量之前，先按下板面上的“测量”按钮，这时候仪表
21、就开头工作，量筒充水时，仪表 连续显示充水时间（秒）。充水结束后，仪表立即显示出流量值（单位：ml/s ）。假如要显 示充水时间和充水体积，可以分别按下“时间”、“体积”按钮。电子流量计有时会发生故障。最常见的故障是虹吸管能够排水，但没有虹吸的抽水作用, 参见图b。这种状况下，量筒以及水位器水位稳定在某些方面某一高度，充水不能自动排空。排解故障的方法，是加大出水量，使虹吸管满顶，充水就能排空。试验原理对局部损失管件的上、下游某断面应用伯努利方程，就可以求得局部水头损失，现分别 予以说明。突扩管：使用测压管3, 9测量突扩管上、下游的压差，相应的伯努利方程为速度等于流量除以管道截面积，水柱高度可
22、直接读取，这样，由上式很简单求出局部损失系 数二。由流体力学，的理论值为:4 =（4-1）2（）将理论值和实测值相比拟，就可以确定测量误差。突缩管：使用测压管11, 12测量突缩管上、下游的压差，相应的伯努利方程是()管流速度，可由流量算出，液柱高度可直接读出，因而突缩管的局部损失系数不难算出。 在流体力学中，实缩管的局部损失系数的阅历公式为0.5(牛) Ai比拟实测值和阅历值，就可以计算测量误差。90弯管：计算90。弯管的局部水头损失所用的伯努利方程为h +日一九+脸+彳田()由此得到90。弯管的局部损失系数（心九）查阅有关手册，90弯管的局部损失系数的阅历值为7 = 0.19。180弯管：与90。弯管的状况相像，180。弯管的局部损失系数可由下式计算：。=鲁（46-%）。M7很少有文献供应180。弯管的阅历公式。编者对本试验装置进行数次量测，得到局部损失系数的平均值为7 = 0.27。90折管：列出截面18、19的伯努利方程: