第1页：流体力学实验指导书
《流体力学》实验指导书
第2页：伯努利方程实验的目的与原理
伯努利方程实验的目的与原理
- 变化趋势。
- 普通测压管，用以定量测量测压管水头。1实验一不可压缩流体定常流能量方程（伯努利方程）实验实验名称：伯努利方程实验实验类型：验证性实验学时:1适用对象：热动专业各方向，建环专业，环工专业及测控专业学生
- 实验目的
- 验证不可压缩流体定常总流的能量方程；
- 通过对流体力学中诸多水力现象的实验分析，进一步掌握有压管流中的能量转换特性。
- 实验要求
- 掌握流速、流量、压强等参数的实验测量技能；
- 掌握伯努利方程的理论知识及在实际中的应用。
- 实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面
- 至另一断面（i）的能量方程式（i=2，3，……，n）hw1izp11222p22zg12gg22g1（1－1）12npg取a=a=…a=1。选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出z值，测出通过管路的流2量，即可计算出断面平均流速及，即可得到各断面测压管水头和总水头。2g
- 实验所需仪器、设备、材料（试剂）本实验所需仪器为自循环伯努利方程实验装置，具体如图1-1所示。此外，还需电子称、水桶、秒表用来测量流量。本仪器测压管有两种：
- 皮托管测压管，用以测读皮托管探头对准点的总水头Hzpu2g2g，须注意一般情况下，H与断面总水头Hzp2g2g不同（因一般u≠），它的水头线只能定性表示总水头
第3页：伯努利方程实验装置与步骤
伯努利方程实验装置与步骤
- 自循环供水器；
- 实验台；
- 可控硅无级调速器；
- 溢流板；
- 稳水孔板；
- 恒压水箱；
- 测压计；
- 滑动测量尺；
- 测压管；
- 1
- 实验管道；
- 1
- 测压点；
- 1
- 皮托管；
- 1
- 流量调节阀。
- 实验预习要求、实验条件、方法与步骤
- 复习流体力学中关于伯努利方程部分的理论知识。
- 熟悉实验设备，分清哪些测压管是普通测压管，哪些是皮托管测压管，以及两者功能的区别。
- 打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否水平。如不是则需查明故障原因（例如，连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。
- 打开阀13，观察思考：1测压管水头线和总水头线的变化趋势；2位置水头、压强水头之间的相互关系；3测点○
- ○3测压管水头同否？为什么？4测点○
- 1
- ○13测压管水头是否不同？为什么？10111278913
第4页：伯努利方程实验的测量与思考题
伯努利方程实验的测量与思考题
- 调节阀13的开度，待流量稳定后，测量并记录各测压管液面读数，同时测量并记录实验流量（皮托管供演示用，不必记录读数）。
- 改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大至使19号测压管液面接近标尺最小尺寸。
- 思考题
- 测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？
- 流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？
第5页：实验二 雷诺实验（本实验）
实验二 雷诺实验（本实验）
- 实验预习要求、实验条件、方法与步骤
- 学习流体力学中有关雷诺实验及雷诺数定义部分的理论知识。
- 按如下步骤进行实验：打开开关3使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内，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4实验二雷诺实验实验名称：雷诺实验实验类型：验证性实验学时:1适用对象：热动专业各方向，建环专业，环工专业及测控专业本科生
- 实验目的
- 观察层流、紊流的流态及其转换特征；
- 测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；
- 学习应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。
- 实验要求
- 测量并记录本实验的实验数据，并计算临界雷诺数；
- 观察两种流态。
- 实验原理流体流动有两种不同的状态：层流和紊流，用雷诺数Re来判断流态，Redd4QKQvdv（2－1）4dv式中：K。为液体在管道中的平均流速（m/s）；d为管道内径（m）；为液体密度（kg/m3）；为液体动力粘度（Pas）；为液体运动粘度（m2/s）。
- 实验所需仪器、设备、材料（试剂）
第6页：实验二 雷诺实验（续）
实验二 雷诺实验（续）
- 自循环供水器；
- 实验台；
- 可控硅无级调速器；
- 恒压水箱；
- 有色水水管；
- 稳水孔板；
- 溢流板；
- 实验管道；
- 实验流量调节阀。
- 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同时用水箱中的温度计测量并记录水温，从而求得水的运动粘度。4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；5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；注意：a、每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；b、关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；c、随出水流量减小，应适当调小开关（右旋），以减小溢流量引发的扰动。
- 思考题
- 流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？
- 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Redcr与公认值偏离多少？原因何在？5
第7页：实验二 雷诺实验（续）
63、为什么在测定Re调小流量过程中，不许有反调？
第8页：实验三 管道沿程阻力实验（续）
实验三 管道沿程阻力实验（续）
- 实验目的
- 通过实验理解管道沿程损失的计算方法。
- 了解影响沿程阻力的因素。
- 实验要求
- 掌握管道沿程阻力系数与雷诺数和管壁粗糙度间的关系fRe,；d
- 学会用三角堰测量流量的方法和波纹管差压计的使用方法。
- 实验原理流体沿着内径均匀的管道流动时，产生沿程阻力损失hf，hf与管长L、管内径d、管壁粗糙度、流体流速、流体密度、流体粘度及流态等一系列因素有关，是一个很复杂的问题。根据相似原理分析，hf可由下面关系式表示：dd2gL2hfRe,f令fRe,d则L2hfd2g（3－1）式中：为称为沿程阻力系数。沿程损失hf由实验方法求得。在水平实验管道两个测点处，取I-I和II-II两个缓变流断面，取其管轴中心线为基准面。因是不可压缩的定常流动，即可列出两断面间的能量方程：f21ppz22h11z2g2g72g2g（3－2）
第9页：沿程阻力系数计算公式
沿程阻力系数计算公式
- 紊流粗糙管区（平方阻力区）沿程阻力损失hf与平均流速的平方成正比，可按下式计算：82g2g22由于管道水平放置，故上式中z1=z2，同时因实验管道长度、方向和直径不变，所以有12。则（3－2）式可写成：gp1p2hf（3－3）式中：p1p2为两断面的压差，由波纹管差压计测得。实验管道内平均流速由三角堰所测得的流量及管径计算求得：πd24qV（3－4）实验管道两测点间长度L和管道内径d均已知。因此，可求出该管道在某一流量工况下的沿程阻力系数：L22gdhf（3－5）改变管道内流体流速（即改变流量qV），可从实验管道上调节阀门的不同开度而实现。沿程阻力损失hf服从四种不同的规律：
- 层流区沿程阻力损失hf与平均流速成一次方关系，可按下式计算：64Re（3－6）
- 紊流光滑管区沿程阻力损失hf与平均流速的1.75次方成正比，可按下式计算：Re0.250.3164（3－7）
- 紊流粗糙管过渡区沿程阻力损失hf与平均流速的（1.75~2）次方成正比，可按下式计算：)Re3.7d121g(2.51（3－8）
第10页：实验三 管道沿程阻力实验（续）
121gd1.742或1d(21g1.74)22根据流体流动的雷诺数Re及管壁绝对粗糙度，用上述四个区域的经验公式计算出不同规律的沿（3－9）程阻力系数，与实验测得的沿程阻力系数比较一下，如果偏差太大，试分析一下原因。四、实验所需仪器、设备、材料（试剂）1．实验用水循环系统本实验用水为一个循环系统，各种设备装置如图3-1所示。1165002237650.004地下水库图3-1实验用水循环系统图1.恒位水箱；
2.上水管；3.供水管；4.实验管路；5.水源泵；6.流量测量水箱；7.溢流管如图3-1所示，在本室地下，是一个容积为150m3的地下水库，由水源泵将水库的水打入五楼恒位水箱保持恒定水位。实验用水来自恒位水箱。恒位水箱的水，一部分供实验使用，经过实验管道和流量测量水箱后流回到地下水库；另一部分通过溢流管进入地下水库，即形成一个循环系统。9
第11页：实验三 管道沿程阻力实验（续）
102．沿程阻力实验装置该实验装置由实验管路、三角堰测量水箱及波纹管差压计等设备组成。如图3-2所示。该装置中的实验段采用镀锌钢管和黄铜管，镀锌管内径为50mm，两测点间长度L=6m，黄铜管内径为20mm，L=6m。量水堰水箱外侧装有连通玻璃管和标尺，连通玻璃管的水位表示量水堰中的水位，水位变化高25度可从标尺上读出，即H，以m计，H称为堰顶的淹深。按式qV1.4H2tg，即可求出qV值（m3/s）。
在该量水堰上，=45，即tg45=1，见图3-3三角量水堰图。2恒位水箱来水65843图3-2沿程阻力实验装置示意图1.波纹管差压计；2.50mm实验管段；3.20mm实验管段；4.阀门；5.三角堰；6.标尺；7.喷头；8.水箱721
第12页：实验三 实验步骤与预习要求
实验三 实验步骤与预习要求
- 实验预习要求、实验条件、方法及步骤实验前复习流体力学中有关沿程阻力的知识。本实验涉及高位恒位水箱、水源泵、地下水库及各种管道。系统较庞大，因此实验时必须注意按步骤进行。
- 启动水源泵，向五楼恒位水箱供水，等溢流水返回地下水库时，稳定5分钟后再进行实验。
- 实验时先测量黄铜管。
- 关闭黄铜管上的调节阀和装置中其他管路阀门，使管路中的水不再泄入量水堰水箱。
- 当量水堰液面高度与堰顶相同时，水不再流动。qV=0，这时读出量水堰外侧标尺读数记于实验报告表3－1a中。
- 实验时，通过调节阀的开度来改变流量，实验顺序规定为由小到大。
- 工况点共做15个左右。记好黄铜管上的调节阀手轮，每次开启1/2周，开启时必须缓慢。
- 调节阀开启后，当有流量经过堰顶时，在量水箱液面稳定后，要同时读出标尺读数和差压计读数，记入表3－1a中，做为第一个工况点。后面的工况点方法同上。
- 工况点做完后，记下水温，关闭调节阀，使水箱内qV=0。
- 镀锌管的实验方法同上。工况点做15个左右,原始数据记于表3－1b中。实验中注意以下事项：
- 实验中要保持水流恒定，不可任意变动阀门开度。
- 由于水流的脉动作用，压差计读数略有波动，读数时可取其平均值。
- 实验时，要确保差压计及联接胶管中没有气泡，以免造成测量误差。发现有气泡时，应将差压计上的排气阀抬至最高位置，开度由小到大慢慢打开，将管内气体排除。11连通玻璃管安装位置3~4△Hmax△HA侧视图B主视图H0H连通玻璃管及标尺水堰水箱堰顶图3-3水堰流量计示意图
第13页：实验三 注意事项与思考题
实验三 注意事项与思考题
- 1
- 2
- 水源泵启动时，首先应检查一下电机、开关柜和水泵后，方可启动。
- 思考题
- 为什么差压计中的读数便是沿程压强损失pf？
- 从实验成果分析水流处在何种流态：层流、紊流，若在紊流流态，又是处在哪些区？
- 绘制Re曲线，为什么要用对数坐标？
第14页：实验四 并联管路特性及流量分配实验
实验四 并联管路特性及流量分配实验
- 实验目的了解并联管路的特性及并联管路中不同阀门开度变化时流量的分配情况，掌握并联管路特性曲线（hw-qV或pw-qV）的绘制方法，明确流量偏差的产生原因。
- 实验要求
- 在并联管路中，各支路流量控制球阀处于全开时，绘制各支路的管路特性曲线和并联管路特性曲线；计算总流量测量的相对误差，分析各支路流量偏差的产生原因。
- 将某三条支路上的流量控制球阀关闭，绘制其余两条支路球阀处于两个不同开度下的各支路管路特性曲线和并联管路特性曲线，分析管路特性曲线的变化趋势及其原因。
- 比较和分析不同支路的阻力特性，并分析其原因。
- 实验原理并联管路有如下特点：
- ．并联管路中各支路的能量损失相等，即hw=hwi（4-1）
- ．并联管路的总流量等于各支路的流量之和，即NqVqVii1（4-2）而对于每一支路，其能量损失可按串联管路计算，故MjiViwi2gV2idlij1h(i)ikq2（4-3）以上三个公式即为并联管路的水力计算式，利用这三个公式，即可解决并联管路中流量分配，水头计算以及管径选择等问题。
- 流量测定在本实验中，并联管路的总流量qV（m3/s）可按如下公式计算，即
第15页：实验四 并联管路特性及流量分配实验
实验四 并联管路特性及流量分配实验
- 并联管路中各支路的能量损失的测定并联管路中各支路的能量损失由差压表测定。
- 并联管路特性曲线的绘制根据并联管路的流量和阻力特性，在同一阻力损失下，将对应的流量相加，可得并联管路的特性曲线。如图所示，曲线和为支路1和2的阻力特性曲线，曲线III为曲线和并联后的管路特性曲线。连通玻璃管安装位置3~4△Hmax△HA侧视图B主视图H0H连通玻璃管及标尺水堰水箱堰顶pIIIqv图4-1并联管路特性曲线绘制示意图
- 实验所需仪器、设备、材料（试剂）水堰流量计如图4-2所示，实验用水循环系统如图4-3所示。其中：《并联管路特性及流量分配实验》系统为实验用水循环系统的一部分，如图4-4所示。此外，实验所需仪器有涡轮流量计（LWGY-25）和差压表（1201PG0~40kPa）。
第16页：实验四 并联管路特性及流量分配实验
1165002237650.004地下水库图4-3实验用水循环系统图1.恒位水箱；2.上水管；3.供水管；4.实验管路；5.水源泵；6.流量测量水箱；7.溢流管恒位水箱来流qV1324qV去水堰图4-4并联管路特性及流量分配综合实验系统1.并联管路流量控制总阀；2.差压表；3.流量计；4.实验管路球阀15
第17页：实验四 并联管路特性及流量分配实验
实验四 并联管路特性及流量分配实验
- 镀锌碳钢管，壁厚=4mm，长度L1=2.0m，间距s=240mm；测压管路内径d2=15mm；长度L2=2.0m；
- 实验预习要求、实验条件、方法及步骤本实验的先修实验课为：流体力学《管路沿程阻力实验》，即本实验要求学生在熟悉和掌握以下几点的基础之上进行：
- 工业管路沿程损失系数的测定方法；
- 各种测量仪表、设备测取有关数据的操作方法；
- 管路特性曲线的计算及获取方法。实验按以下步骤进行：
- 实验小组可由3~5人组成，设实验组长1名，做好分工，明确调节指令及信息反馈方式；
- 将各支路流量控制阀调整到全开状态，通过调节总管路上的流量控制阀调节支路流量（6次），记录各支路的流量，阻力损失和水堰高度；绘制各支路的管路特性曲线和并联管路特性曲线，计算水堰所测流量和各支管流量和间的偏差；
- 任意将某三条支路上的流量控制球阀关闭，将其余两条支路球阀处于两个不同开度下（比如1/2开度和3/4开度），通过调节总管路上的流量控制阀调节支路流量（6次），记录各支路的流量，阻力损失和水堰高度，比较支路控制阀处于全开、1/2开度和3/4开度时管路特性曲线的变化规律；绘制每个支路的管路特性曲线及并联后的管路特性曲线；
- 思考题1.分析在相同流量下，支路并联后阻力降低的原因？2.比较并联管路和水堰所测流量偏差的产生原因？3.分析各支路的压力损失不同的原因？（提示，可从各支路的结构水力不均匀性和重位高度两两方面分析）
