流体力学与水力学实验指导书少学时最新概要Word文件下载.docx
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1、测压管;
2、带标尺测压管;
3、连通管;
4、真空测压管;
5、U型测压管;
6、通气阀;
7、加压打气球;
8、截止阀;
9、油柱;
10、水柱;
11、减压放水阀。
说明:
1、所有测压管液面标高均以标尺(测压管2)零读数为基准;
2、仪器铭牌所注、、系测点B、C、D标高;
若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准点,则、、亦为、、;
3、本仪器所有阀门旋柄顺管轴线为开。
三、实验原理、
1、在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程为:
+=
或:
(1.1)
式中:
——被测点在基准面以上的位置高度;
——被测点的静水压强,用相对压强表示,以下同;
——水箱中液面的表面压强;
——液体容重;
——被测点的液体深度。
另对装有水油(图1.2及图1.3)U型测管,应用等压面原理可得油的比重有下列关系:
==(1.2)
据此可用仪器直接测得
四、实验方法与步骤、
1、搞清仪器组构及其用法,包括:
1)阀门开关;
2)加压方法——关闭所有阀门(包括截止阀),然后用打气球充气;
3)减压方法——开启筒底阀11放水;
4)检查仪器是否密封——加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。
若下降,表明漏气,应查明原因并
加以处理。
2、记录仪器编号及各常数(记入表1.1)。
3、量测点静压强(各点压强用厘米水柱高表示)。
1)打开通气阀6(此时0=0),记录水箱液面标高和测管2液面标高(此时=);
2)关闭通气阀6及截止阀8,加压使形成0>0,测记及;
3)打开放水阀11,使形成0<0(要求其中一次<0,即<),测记及。
4、测出4#测压管插入小水杯中的深度(现场)。
5、测定油比重。
1)开启通气阀6,测记;
2)关闭通气阀6,打气加压(0>0),微调放气螺母使U型管中水面与油水交界面齐平(图1.2),测记及(此过程反复进行三次);
3)打开通气阀,待液面稳定后,关闭所有阀门;
然后开启放水阀11降压(0<0),使U型管中的水面与油面齐平(图1.3),测记及(此过程亦反复进行三次)。
五、实验成果及要求、
1、记录有关常数实验台号:
No.
各测点标尺读数为:
===
=9.8×
10-3
2、分别求出各次测量时A、B、C、D点的压强,并选择一基准面验证——同一静止液体内的
任意二点(C、D)的()为常数。
3、求出油的容重。
0=0.0080N/cm3
六、实验分析与思考题、
1、实验分析:
1)若再备一根直尺,如何采用最简便的方法测定0?
最简单的方法是,用直尺分别测量水箱内通大气情况下,管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度和,由式求得。
2)如测压管太细,对测压管液面的读数将有何影响?
设被测液体为水,如测压管太细,测压管液面因毛细现象而升高,会造成测量误差,毛细高度由下式计算:
式中,为表面张力系数;
为液体容重;
为测压管内径;
为毛细升高。
常温(=20℃)的水,=7.28,=0.983。
水与玻璃的浸润角很小,可认为cos=1.0。
于是有
(、单位均为)
一般来说,当玻璃测压管的内径大于10时,毛细影响可忽略不计。
另外,当水质不洁时,减小,毛细高度也较静水小;
当采用有机玻璃管作测压管时,浸润角较大,其较普通玻璃管小。
如果用一根测压管测量液体相对压差值,则毛细现象无任何影响。
因为测量高、低压强时均有毛细现象,但在计算压差时,互相抵消了。
3)过C点作一水平面,相对管1、2、5及水箱中液体而言,这个水平面是否等压面?
哪一部分液体是同一等压面?
不全是等压面,他仅相对管1、2及水箱中的而言,这个水平面才是等压面。
因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面:
①重力液体;
②静止;
③连通;
④连通介质为同一均质液体;
⑤同一水平面。
上述问题中,管5与水箱之间不符合条件④,因此,相对管5和水箱中的液体而言,该水平面不是等压面。
2、实验思考题:
1)同一静止液体内的测管水头线是一根什么线?
2)当B<0时,试根据记录数据,确定真空度大小及所在区域。
1-2文透里流量计实验
(DetermineofflowwithVenturiPipe)
一、实验目的和要求、
1、掌握文透里流量计的原理。
2、学习用比压计测压差和用体积法测流量的实验技能。
3、利用量测到的收缩前后两断面1-1和2-2的测管水头差,根据理论公式计算管道流量,
并与实测流量进行比较,从而对理论流量进行修正,得到流量计的流量系数,即对文透里
流量计作出率定。
二、实验装置、
1、文透里管是一种常用的量测有压管道流量的装置,属压差式流量计。
它包括“收缩段”、“喉道”和“扩散段”三部分,安装在需要测定流量的管道上。
在收缩进口断面1-1和喉道断面
2-2上设测压孔,连接比压计,通过量测两个断面的测管水头差,就可计算管道的理论
流量,再经修正得到实际流量。
2、理论流量:
水流从1-1断面到达2-2断面,由于过水断面的收缩,流速增大。
根据恒定总流能量方程,若不考虑水头损失,速度水头的增加等于测管水头的减小(即比压计液面高差),这样我们就可以通过量测到的建立两断面平均流速v1和v2之间的一个关系:
如果我们假设动能修正系数,则
另一方面,由恒定总流连续方程有:
,即
所以
于是
解得
最终得到理论流量为:
式中
3、流量系数:
①流量计流过实际流体时,由于两断面测管水头差中还包括了因粘性造成的水头损失,流量应
修正为:
式中<1.0,称为文透里流量计的流量系数。
②流量系数除了反映粘性的影响外,还包括了在推导理论流量时将断面动能修正系数近似取为1.0带来的误差。
③流量系数还体现了渐变流假设是否得到了严格的满足这个因素。
对于文透里流量计而言,下游断面设置在喉道,可以说渐变流假设得到了严格的满足。
④对于某确定的流量计,流量系数取决于流动的雷诺数:
,但当雷诺数较大(流速较高)时,流量系数基本不变。
1、认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项,了解用压差计测压差和用体积法测流量的原理和步骤。
2、记录设备编号、水温及有关常数。
3、做好准备工作后,启动水泵给水箱充水并保持溢流状态,使水位恒定。
4、检查下游阀门全开时,比压计测管水面是否持平,如不平,则需排气调平。
5、实验流量调节:
从最大流量开始,顺次减小阀门开度。
待水流稳定(比压计液面稳定)后,测读比压计读数及测读流量。
顺序进行8个测点以上。
6、本实验配有计算机自动量测系统,可实现率定过程中压差和流量的数据自采及处理。
7、检查数据记录是否缺漏?
是否有某组数据明显地不合理?
若有此情况,进行补正。
8、课后整理实验结果,得出流量计在各种流量下的和值,绘制~的率定关系曲线及~曲线。
9、对实验结果进行分析讨论,阅读思考问题,作简要回答。
1、有关常数:
仪器编号:
有关常数:
水温=量水箱断面积=
进口直径=喉道直径=
记录及计算表格=
次数
测压管读数
(cm)
体积
时间
=
/
(cm3/s)
/
(cm3)
(s)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
六、实验分析及思考题、
1、文透里的实际流量与理论流量为什么会有差别?
这种差别是由哪些因素造成的?
2、文透里流量计的流量系数为什么小于1.0?
3、为什么在实验中要反复强调保持水流恒定的重要性?
4、影响文透里流量系数的因素有哪些?
5、文透里流量计水平或垂直放置对值有无影响?
1—3动量方程实验
(MomentumPrinciple)
一、实验目的、
1、验证不可压缩流体恒定总流的动量方程;
2、通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研究,进一步掌握流体
动力学的动量守恒定理;
3、测定动量修正系数。
图1.1动量方程实验装置图
1、自循环供水器;
2、实验台;
3、可控硅无级调速器;
4、水位调节阀;
5、恒压水箱;
6、管嘴;
7、集水箱;
8、带活塞的测压管;
9、带活塞和翼片的抗冲平板;
10、上回水管。
三、实验内容与原理、
1、计算机CAI实验教学模拟。
2、测量活塞中心点的静水压强来计算水流的冲力:
利用自动反馈原理,使实验过程中达到需要测量的静水作用力与射流的冲击力自动平衡。
射流冲击在平板上的冲力全部作用在活塞体中,当活塞处于稳定位置时,只需测得活塞所受到的静水作用力,便可足够精确地得知射流的冲击力。
3、恒定总流动量方程为
Q()
图1.2图1.3
取隔离体如图1.3所示,因滑动摩擦阻力水平分力<0.5%,可忽略不计,故x方向的动量方程化为
Q()
即
Q
——作用在活塞形心处的水深;
——活塞直径;
Q——射流流量;
——射流速度;
——动量修正系数。
实验中,在平衡状态下,只要测得流量Q和活塞形心水深,由给定的管嘴直径和活塞直径代入上式,便可率定射流的动量修正系数值,并验证动量定律。
其中,测压管的标尺零点已固定在活塞的圆心处,因此液面标尺读数即为作用在活塞圆心处的水深。
4、测定本实验装置的灵敏度:
为验证本装置的灵敏度,只要在实验中的恒定流受力平衡状态下,人为地增、减测压管中的液位高度,可发现即使改变量不足总液柱高度的5‰(约0.5~lmm),活塞在旋转下亦能有效地克服动摩擦力而作轴向位移,开大或减小窄槽c,使过高的水位降低或过低的水位提高,恢复到原来的平衡状态。
这表明该装置的灵敏度高达0.5%,亦即活塞轴向动摩擦力不足总动量力的5
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