流体力学实验报告.docx
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流体力学实验报告
流体力学
实验指导书与报告
静力学实验
雷诺实验
中国矿业大学能源与动力实验中心
学生实验守则
一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度,遵守课堂纪律,衣着整洁,保持安静,不得迟到早退,严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。
如有违犯,指导教师有权停止基实验。
二、实验课前,要认真阅读教材,作好实验预习,根据不同科目要求写出预习报告,明确实验目的、要求和注意事项。
三、实验课上必须专心听讲,服从指导教师的安排和指导,遵守操作规程,认真操作,正确读数,不得草率敷衍,拼凑数据。
四、预习报告和实验报告必须独自完成,不得互相抄袭。
五、因故缺课的学生,可向指导教师申请一次补做机会,不补做的,该试验以零分计算,作为总成绩的一部分,累计三次者,该课实验以不及格论处,不能参加该门课程的考试。
六、在使用大型精密仪器设备前,必须接受技术培训,经考核合格后方可使用,使用中要严格遵守操作规程,并详细填写使用记录。
七、爱护仪器设备,不准动用与本实验无关的仪器设备。
要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。
如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告,属责任事故的,应按有关文件规定赔偿。
八、注意实验安全,遵守安全规定,防止人身和仪器设备事故发生。
一旦发生事故,要立即向指导教师报告,采取正确的应急措施,防止事故扩大,保护人身安全和财产安全。
重大事故要同时保护好现场,迅速向有关部门报告,事故后尽快写出书面报告交上级有关部门,不得隐瞒事实真相。
九、试验完毕要做好整理工作,将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。
洗刷器皿,清扫试验场地,切断电源、气源、水源,经指导教师检查合格后方可离开。
十、各类实验室可根据自身特点,制定出切实可行的实验守则,报经系(院)主管领导同意后执行,并送实验室管理科备案。
1984年5月制定
2014年4月再修订
中国矿业大学能源与动力实验中心
流体静力学实验
一、实验目的要求
1.掌握用测压管测量流体静压力的技能;
2.验证不可压缩流体静力学基本方程;
3.通过诸多流体静力学现象的实验分析和研讨,进一步提高解决流体静力学实际问题的能力。
二、实验装置
本实验的装置如图1.1所示。
图1.1流体静力学实验装置图
1.测压管2.带标尺测压管3.连通管4.通气阀5.加压打气球6.真空测压管
7.U型测压管8.截止阀9.油柱10.水柱11.减压放水阀
说明:
1.所有测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▽B、▽C、▽D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,则▽B、▽C、▽D亦为zB、zC、zD;
3.本仪器中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
或
(1.1)
式中:
——被测点在基准面的相对位置高度;
——被测点的静水压力,用相对压力表示,以下同;
——水箱中液面的表面压力;
——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)的U型测管,应用等压面可得油的比重
有下列关系:
*(1.2)
图1.2图1.3
据此可用仪器(不用另外尺)直接测得
。
四、实验方法与步骤
1.搞清仪器组成及其用法。
包括:
1)各阀门的开关;
2)加压方法关闭所有阀门(包括截止阀),然后用打气球5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、7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.记录仪器号№及各常数(记入表1.1)。
3.量测点静压力(各点压力用厘米水柱高表示)。
1)打开通气阀4(此时
),记录水箱液面的标高▽0和测管2液面标高▽H(此时▽0=▽H);
2)关闭通气阀4及截止阀8,加压使之形成
,测记▽0及▽H;
3)打开放水阀11,使密闭箱体内形成
(要求其中一次
,即
),测记▽0及▽H。
4.测出真空测压管6插入小水杯中的深度。
5.测定油比重S0。
1)开启通气阀4,测记▽0;
2)关闭通气阀4,打气加压(
),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▽0及▽H(此过程反复进行3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(
),使U型管中的水面与油面齐平(图1.3),测记▽0及▽H(此过程亦反复进行3次)。
五、实验成果及要求
1.记录有关常数。
实验装置台号№
各测点的标尺读数为:
▽B=cm,▽C=cm,▽D=cm,
N/cm3。
2.分别求出各次测量时,A、B、C、D点压力,并选择一基准检验同一静止液体内的任意二点C、D的
是否为常数。
3.求出油的容重。
4.测出真空测压管6插入小水杯中的深度。
表1.1流体静压强测量记录及计算表单位:
cm
实验条件
次序
水箱液面
▽0
测压管液面
▽H
压强水头
测压管水头
1
1
2
3
(其中一次
)
1
2
3
注:
表中基准面选在,zC=cm,zDcm
表1.2油溶重测量记录及计算表单位:
cm
条件
次序
水箱液面
标尺读数
▽0
测压管2液面标尺读数▽H
h1
h2
且U型管中水面与油水交界面齐平
1
2
3
且U型管中水面与油面齐平
1
2
3
六、实验分析与讨论
1.同一静止液体内的测压管水头线是根什么线?
2.当
时,试根据记录数据确定水箱内的真空区域。
3.若再备一根直尺,试采用另外最简便的方法测定
。
4.如测压管太细,对测压管液面的读数将有何影响?
5.过C点作一水平面,相对测压管1、2、7及水箱中液体而言,这个水平面是不是等压面?
哪一部分是同一等压面?
6.用图1.1装置能演示变液位下的定常流实验吗?
7.该仪器在加气增压后,水箱液面将下降
而测压管液面将升高H,实验时,若以
时的水箱液面作为测量基准,试分析加气增压后,实验压力(H+δ)与视在压力H的相对误差值。
本仪器测压管内径为0.8cm,箱体内径为20cm。
雷诺实验
一、实验目的要求
1.观察层流、紊流的流态及其转换特征;
2.测定临界雷诺数,掌握园管流态判别准则;
3.学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法,并了解其实际意义。
二、实验装置
本实验的装置如图3.1所示。
图3.1自循环雷诺实验装置图
1.自循环供水器;2.实验台;3.可控硅无级调速器;4.恒压水箱;5.有色水水管;
6.稳水孔板;7.溢流板;8.实验管道;9.实验流量调节阀。
供水流量由无级调速器调控,使恒压水箱4始终保持轻微溢流的程度,以提高进口前水体稳定度。
本恒定水箱还设有多道稳水隔板,可使稳水时间缩短3~5分钟。
有色水经有色水水管5注入实验管道8,可据有色水散开与否判别流态。
为防止自循环水污染,有色指示水采用自行消色的专用色水。
三、实验原理
;
四、实验方法与步骤
1.测记本实验的有关常数。
2.观察两种流态。
打开调速器3的开关使水箱充水至溢流水位,经稳定后,微微开启调节阀9,使颜色水流入实验管内并使颜色水流成一直线。
通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态,然后逐步开大调节阀,通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征,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呈现出一稳定直线时,即为下临界状态;
(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,并与公认值(2000)比较,偏离过大,需重测;
(4)重新打开调节阀,使其形成完全紊流,按照上述步骤重复测量不少于三次;
(5)同时用水箱中的温度计测记水温,从而求得水的运动粘度。
注意:
a.每调节阀门一次,均需等待稳定几分钟;
b.在关小阀门过程中,只许逐渐关小,不许开大;
c.随出水流量减小,应适当调小调速器3的开关(右旋)使供水量减少,以减轻由溢流量引发的扰动。
4.测定上临界雷诺数。
逐渐开启调节阀,使管中水流由层流过渡到紊流,当色水刚开始散开时,即为上临界状态,测定上临界雷诺数1~2次。
五、实验成果及要求
1.记录、计算有关常数:
实验装置台号№
管径d=cm,水温t=℃计算常数K=s/cm3
运动粘度
cm2/s
2.整理、记录计算表
表3.1记录计算表
实验
次序
颜色水线
形态
水体积
V(cm3)
时间
T(s)
流量
Q(cm3/s)
雷诺数
Re
阀门开度增
(↑)或减(↓)
备注
1
2
3
4
5
实测下临界雷诺(平均值)
=
注:
颜色水形态指:
稳定直线,稳定略弯曲,直线摆动,直线抖动,断续,完全散开。
六、实验分析与讨论
1.流态判据为何采用无量纲参数,而不采用临界流速?
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据?
实测下临界雷诺数
与公认值偏离多少?
原因何在?
3.雷诺实验得出的园管流动下临界雷诺数为2320,而目前有些教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000,原因何在?
4.为什么在测定Rec调小流量过程中,不许有反调?
5.分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异?
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