液压实验指导书修x.docx
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液压实验指导书修x
实验一、雷诺实验
一、
实验目的
(1)观察液体流层、紊流(湍流)两种流动型态及层流时管中流速分布情况,以建立感性认识;
(2)加深理解层流、紊流、雷诺数的概念。
确立“层流和湍流与Re之间有一定联系”的概念;
(3)熟悉雷诺数的测定与计算。
做出下临界值2320。
二、实验原理
雷诺数是流体力学里面的一个参数
粘性流体流动状态的无因次数(即无量纲参数)群,其表达式:
Re=Luρ/μ式中u为流体流动速度;L为流场的几何特征尺寸(如管道的直径);u为流速;ρ为流体的密度;μ为流体的动力粘度。
雷诺数是流体流动中惯性力与粘性力比值的量度:
1883年,英国物理学家O.雷诺观察了圆管内的流动状态,首先提出:
由层流向湍流的过渡取决于比值dup/μ(d为管子内径)。
这个比值即雷诺数Re。
流态转变时的Re值称为临界雷诺数。
实验(见层流)表明:
对于圆管内的流动,当Re〈2300时,流动总是层流;Re〉4000时,流动一般为湍流;其间为过渡区,流动可能是层流,也可能是湍流,取决于外界条件。
对于平行流体流过光滑平板的情况,边界层由层流转变为湍流的临界雷诺数约在105~3×106之间。
实际流体有截然不同的两种流动型态存在:
层流(滞流)和紊流(湍流)。
层流时,流体质点作直线运动且互相平行。
湍流时,流体质点紊乱地向各个方向作无规则运动,但对流体主体仍可看作向某一规则方向流动。
实验中我们可以看到,当管中流速较小时,从细管中引到水流中心处的墨水成一条线,说明流体质点有规律的沿管轴作直线运动,此时流体流动型态为流层;当流速逐渐增大时,将发现墨水线开始波动,此时为过渡流(并非一种流型);当流速增大道到一定数值时,波动的墨水线消失,墨水线一经流出随即散开与水完全混合到一起,说明此时流体质点紊乱地向各个方向作不规则运动,但主流体仍向一规定方向流动,此时流动型态为湍流。
实验证明流体的流动特性取决于流体流动的流速,导管的几何尺寸,流体的性质(粘度、密度),各物理参数对流体流动的影响由Re的数值决定。
即
Re=ud/v=duρ/μ
式中u——流速(m/s)
d——导管直径(m)
ρ——流体密度(kg/m3)
μ——流体动力粘度(kg/s·m即Pa·s)水的μ=0.001Pa·s(μ=1.01×10^-3Pa·s, v=1.01×10^-6m/s)
实验证明:
Re≤2000时为层流;
Re=2000时为层流临界值;
Re≥4000时为湍流;
Re=4000时为湍流临界值;
三、实验流程
实验流程图如图2-1所示。
自来水由调节阀A送入高位槽中,缓冲器2用来消除进水带来的干扰,高位水槽的水位由溢流箱3保持其恒定,在水槽下面接一垂直玻璃管,其水量由C阀调节;其流量由转子流量计测出,在水槽上部放一墨水瓶1,在垂直管入口处插入一根与墨水瓶相通的墨水注入针,墨水的流量可由阀门B调节。
四、实验步骤
(1)熟悉实验装置及流程
(2)开阀门B放一团墨水(2cm-3cm),再关B阀,略微开启C阀,使管中的水在很低的流速下流动,观察墨水顶端形状。
(3)开阀A向高位槽供水,并调节阀A保持有少量水溢流。
(4)微开启阀B调节阀C的开度,观察墨水现在管中出现的不同现象。
(5)记录层流,湍流时转子流量计的读数。
(6)流量由小到大,观察墨水线由直线转变为波动时转子流量计的读数,再使流量由大到小,观察墨水线条由波动转为直线时的转子流量计的读数,如此重复测定,即可测出本实验装置层流临界值。
(7)关阀B,再关阀C,后关阀A。
五、注意事项
(1)溢流量不要太大,液面波动严重时会影响测试结果;
(2)B阀墨水量不应过大,否则既浪费又影响试验结果;
(3)读取流量计读数应待C阀调节完稍后再读;
(4)轻开轻关各阀门。
雷诺实验数据表
层流至临界
紊流至临界
A=
A=
B=
B=
H=
H=
t=
t=
V=
V=
Q=
Q=
u=
u=
d=
d=
ρ=
ρ=
μ=0.001Pa·s
μ=0.001Pa·s
Re=duρ/μ
Re=duρ/μ
Recr=
备注:
实验二伯努力方程、流量连续性方程实验
一、实验目的
(1)了解伯努力方程仪的使用。
(2)观测流动流体阻力的表现。
(3)观测流动流体中各种能量间相互转化的关系和规律,加深对,伯努力方程的理解。
(4)了解在不同的情况下,流动流体的流速与通流截面的关系(选作)。
二、实验原理
1.流量连续性方程
流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。
液体在不等截面 管内作恒定流动,任取1、2两个通流截面,设其面积分别为A1和A2,两个截面中液体的平均流速和密度分别为
1、
1和
2、
2,根据质量守恒定律,在单位时间内流过两个截面的液体质量相等,即
不考虑液体的压缩性,有
1=
2,则得
或写为Q=
A=常量
液流的流量连续性方程,它说明恒定流动中流过各截面的不可压缩流体的流量是常量。
而流速和通流截面的面积成反比。
2.伯努利方程
(1)流体在流动中具有三种能,即位能、动能、静压能,这三种能量是可
以相互转换的,当管路条件改变时(如为位置,高低,管径,大小),它们便发生能量转化;
(2)对于理想流体,因为不存在因摩擦而产生的机械能损失,,因此,在同一
管路中的任何两个截面上的三种能尽管彼此不一定相等,但各个个截面上的这
三种能的总和是相等的;
(3)对于实际流体,在流动过程中有一部分机械能因摩擦和碰撞而损失,因此
个截面上的能量总和是不相等的,两者的差就是流体在这两截面之间因摩擦和湍动转化为热能的机械能,即损失能量;
(4)能量的计算:
流体的总能量为mgz+pv+mu2/2
以单位重量(1N)流体为衡算基准,无外功加入时,伯努利方程的表达形式为:
z1+p1/ρg+u12/2g=z2+p2/ρg+u22/2g+Hf(J/N或m流体柱)
单位重量(1N)流体所具有的能量称为压头(m)
式中z--位压头(m流体柱);
p/ρg--静压头(m流体柱);
u2/2g--动压头(m流体柱)。
图1-1伯努利方程式实验装置组成
三、实验设备及流程
1.实验装置流程
如图1-1所示,实验设备由玻璃(实验)管、测压管、活动测压头、恒压水箱、计量水箱、循环水泵等组成。
供水箱中的水通过循环水泵江水送到恒压水箱,并由溢流口保持一定水位,然后流经玻璃管中的各测点,再经过计量水箱出口阀流回供水箱,由此利用循环水在管路中流动,观察流体流动时发生能量转换及产生及能量损失。
玻璃(实验)管分成四段,由大小不同的两种规格(直径d1=26mm,d2=14.2mm)玻璃管组成。
上有四个观测点,通过四对测压口(开口)分别和四对测压管相连。
每对测压口各有一只径向测压口和一支轴向测压口。
可分别用于测量动、静压头。
当测压管上的测压口与水流方向垂直(径向测压口)时,测压管内液位高度(从测压管中心线算起)即为静压头,它反映测压点处液体的压强大小,即p=ρgh;当测压口为正对水流方向(轴向测压口)时,测压管内液位上升,所增加的液位高度即为测压孔处流体的动压头,它反映出该点水流动能的大小,这时测压管内液位高度(全压)为静压头+动压头。
液体的位压头由测压孔到基准的高度决定。
本实验装置中,以测压装置中标尺的零点处为基准面,那么,测压管内“全压头”液位高度在标尺上的读数为:
静压头+动压头+位压头,任意两截面上,位压头、静压头、动压头三者总和之差为损失压头,表示流体流经截面之间的损失压头(即机械能损失)。
四、实验步骤
(1)验证静压力原理:
实验前观察了解实验装置,(循环泵的开、关,溢流管控制高位槽液面,用实验阀调节流量,检查、观察测压口,以及测压管标尺,等)。
开动循环水泵,观察是否有泄漏,观察注意高位槽中液面是否稳定,并记录液面高度。
(2)观察玻璃管中有无气泡,若有气泡,可先开循环水泵,再开大出口阀让水流带出气泡,也可用拇指按住管的出口,然后突然放开,如此按数次使水流带出气泡,也可拧松活动测压头密封的压盖,以便放出测压点处的气泡,保证后期实验数据的准确性。
(3)打开实验阀,待高位槽中的液面稳定,开始计时,同时观察记录四对测压管液面高度(可获得轴向测压口和径向测压口,两组数据),记录计时内流入水箱的体积,并测量、记录其它数据。
五、数据整理、计算,填数据表。
六、数据分析。
画出测压管水头线。
七、实验结论。
实验数据表
测点
测次
压头mm
流速m/s
1
2
3
其他参数量取及计算
1
全压
通流截面:
A1=πd12/4=
静压
测水体积:
V1=A×B×h1=
动压p1
流量:
Q1=V1/t1=
位压
点流速u1
u1=(2gp1)1/2=
均流速U1
U1=Q1/A1=
2
全压
静压
实验管直径d(mm)
动压p2
计量水箱:
规格长A×宽B(mm)
位压
测水时间t(S)测水高度h(mm)
点流速u2
u2=(2gp2)1/2=
均流速U2
U1=Q2/A2=
3
全压
静压
动压p3
位压
点流速u3
u3=(2gp3)1/2=
均流速U3
U3=Q3/A3=
4
全压
静压
动压p4
位压
点流速u4
u4=(2gp4)1/2=
均流速U4
U4=Q4/A4=
实验三、测定液体粘度实验
一、实验目的
1、通过液体粘度的测定,理解粘度是实际流体的一个重要物理性质。
2、观察液体粘度随温度的变化。
3、掌握液体粘度的测定方法。
二、实验工具
1、超级恒温器
2、水银温度计
3、双金属温度计
三、实验仪器说明
图示为DNJ-79型旋转式粘度计的测量组件。
外圆筒固定在保温层内壁上,外圆筒与保温层间通有恒温水,使待测粘度的液体稳定在某一温度上,内外圆筒的间隙中充以待测量粘度的液体,内筒内挂在支架上的微型同步电动机的转轴带动旋转。
由于内筒在被测液体中旋转受到粘滞阻力的作用,产生反作用而使电动机壳体偏转某一角度。
四、基本原理
实际流体运动时呈现出粘性,该粘性指的是,当流体微团和筒发生相对滑移时产生切向阻力的性质,旋转式粘度计量基于牛顿内摩擦定律来测定液体粘度的。
当在粘度计两个不同直径的同心圆筒的环形间隙中充以待测液体,外圆筒固定不动,半径为R的内圆筒以角速度
旋转,因为
和
尚小,液体在其间隙内的运动可以看作平板间的层流,内筒外壁上液体的速度
式中n为内圆筒转速
液体因粘性产生的切向应力为
由此对内筒轴心产生的摩擦力矩为
;
式中H为圆筒长度
从上式可知,除摩擦力矩M随粘度
变化外,其余各项都是已知的。
因此,只要测出M就可以算出
。
对DNJ-79型旋转式粘度计而言,摩擦力矩的传递是通过仪器本身的转移机构使指针摆动的,并在经过校正的刻度盘上指示出粘度的数值。
该刻度读数乘上内筒因子就表示动力粘度的数值。
刻度盘上的一小格代表一厘泊(CP)即1厘泊=
g/cm
s=
kg/m
s
五、实验步骤
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