福州大学工程流体力学实验报告[1].doc

福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心学生实验报告流体力学实验题目：实验项目1：毕托管测速实验实验项目2：管路沿程阻力系数测定实验实验项目3：管路局部阻力系数测定实验实验项目4：流体静力学实验姓名：学号：组别：实验指导教师姓名：艾翠玲同组成员：2019年5月25日实验一 毕托管测速实验一、实验目的要求：1通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用测压管测量点流速的技术和使用方法。  2通过对毕托管的构造和适用性的了解及其测量精度的检验，进一步明确水力学量测仪器的现实作用。3.通过对管口的流速测量，从而分析管口淹没出流，流线的分布规律。二、实验成果及要求实验装置台号No表1 记录计算表校正系数c= 1.002 k= 44.360 cm0.5/s实验次序上、下游水位差（cm）毕托管水头差（cm）测点流速（cm/s）测点流速系数h1h2Hh3h4h136.615.720.936.215.920.3199.8660.988232.515.716.832.016.016.0177.4400.979327.115.711.426.916.010.9146.4550.981三、实验分析及讨论1利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净及否？答：若测压管内存有气体，在测量压强时，测压管及其连通管只有充满被测液体，即满足连续条件，才有可能测得真值，否则如果其中夹有气柱，就会使测压失真，从而造成误差。误差值及气柱高度和其位置有关。对于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若不排除，实验过程中很可能变成堵塞性气柱而影响量测精度。检验的方法：是毕托管置于静水中，检查分别及毕托管全压孔及静压孔相连通的两根测压管液面是否齐平。如果气体已排净，不管怎样抖动塑料连通管，两测管液面恒齐平。2毕托管的压头差h和管嘴上、下游水位差H之间的大小关系怎样？为什么？答：由于 且 即 这两个差值分别和动能及势能有关。在势能转换为动能的过程中，由于粘性力的存在而有能量损失，所以压头差较小。 3所测的流速系数说明了什么？答：若管嘴出流的作用水头为，流量为Q，管嘴的过水断面积为A，相对管嘴平均流速v，则有称作管嘴流速系数。若相对点流速而言，由管嘴出流的某流线的能量方程，可得式中：为流管在某一流段上的损失系数；为点流速系数。本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得=0.981，表明管嘴轴心处的水流由势能转换为动能的过程中的能量损失非常小，以该实验的精确度难以测得。实验二 管路沿程阻力系数测定实验一、实验目的要求：1加深了解园管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律； 2掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气水压差及水水银多管压差计测量压差的方法； 3将测得的Re关系值及莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。二、实验成果及要求1有关常数。 实验装置台号 08610545圆管直径d1=1.5cm, d2=2.0cm, d3=2.5cm 量测段长度L=85cm。及计算（见表1）。2绘图分析* 附录1 实验曲线绘法建议1图纸 绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于12×12cm；2坐标确定 若采用厘米纸，取lghf为纵坐标（绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标），lgv为横坐标；采用对数纸，纵坐标写hf，横坐标用v，即不写成对数；3标注 在坐标轴上，分别标明变量名称、符号、单位以及分度值；4绘点 据实验数据绘出实验点；5绘曲线 据实验点分布绘制曲线，应使位于曲线两侧的实验点数大致相等，且各点相对曲线的垂直距离总和也不致相等。将从图上求得的m值及已知各流区的m值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流区m=2.0，紊流过渡区1.75<m<2.0）进行比较，确定流区。第 19 页表1 记录及计算表次序体积cm3时间s流量Qcm3/s流速vcm3/s水温C粘度vcm2/s雷诺数Re比压计数cm沿程损失hfcm流程损失系数Re<2320h1h21424017.5242.29137.18280.008372458447.125.221.60.0402556031179.35101.54280.008371819728.116.1120.0403200020100.0056.62280.008371014768.564.54.00.0434340020170.0054.14280.008371293721.5192.50.0395180011163.3452.02280.008371243029.927.82.10.0366236014.6161.6451.48280.008371230151.949.92.00.0357208015.1137.7528.08280.00837503218.017.50.50.0378204015136.0027.72280.00837828027.527.00.50.0389196015130.6726.63280.00837795458.859.30.50.0411011121314三、实验分析及讨论1.为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响实验成果？答：在管道中的，水头损失直接反应于水头压力。测力水头两端压差就等于水头损失。如果管道倾斜安装，不影响实验结果。但压差计应垂直，如果在特殊情况下无法垂直，可乘以倾斜角度转化值。2据实测m值判别本实验的流动型态和流区。答：曲线的斜率m=1.01.8，即及成正比，表明流动为层流（m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。3本次实验结果及莫迪图吻合及否？试分析其原因。答：通常实验点所绘得的曲线处于光滑管区，本报告所列的实验值满足该情况。但是有的实验结果点落到了莫迪图中光滑管区的右下方，如果由于误差所致，可由下式分析：d和Q的影响最大。Q的误差可经多次测量消除，而d值是以实验常数提供的，由仪器制作时测量给定，一般< 1%。如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只和细管的水力特性及其光洁度等方面有关。实验三 管路局部阻力系数测定实验一、实验目的要求：1.掌握三点法，四点法测量局部阻力系数的技能。 2.通过对圆管突扩局部阻力系数的表达公式和突缩局部阻力系数的经 验公式的实验及分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径。3.加深对局部阻力损失机理的理解。二、实验成果及要求1记录计算有关常数。实验装置台号No200085710d1=D1= 0.96 cm， d2=d3= d4= D2=1.98 cm，d5=d6=D3= 1.01 cm，l12=12cm，l23=24cm，l34=12cm，l4B=6cm，lB5=6cm，l56=6cm，= 0.585，= 0.370。2整理记录、计算表。3将实测值及理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。表1 记录表序号流量cm3/s测压管读数cm体积时间流量140023.417.09436.736.837.037.036.436.324009.940.40434.435.034.934.932.532.034005.868.96629.831.030.830.824.323.144006.165.57430.631.931.831.726.225.156007.085.71426.128.227.927.918.817.066006.198.36122.324.924.424.412.710.3表2计算表阻力形式次序流量cm3/s前断面后断面hjcmhjcmcmEcmcmEcm突然扩大117.0940.27336.9730.01436.8140.1590.5840.164240.4041.52535.9250.07635.0760.8490.5570.918368.9664.44334.2430.22131.2213.0220.6802.674465.5744.01634.6160.19932.0992.6030.6482.418突然缩小117.0940.01437.0140.24236.6420.0890.3680.092240.4040.07634.9761.35033.8500.5200.3850.514368.9660.22331.0233.93328.2331.4780.3761.498465.5740.20131.9013.55629.7561.3490.3791.355三、实验分析及讨论1结合实验成果，分析比较突扩及突缩在相应条件下的局部损失大小关系：1）不同Re的突扩e是否相同？2）在管径比变化相同的条件下，其突扩e是否一定大于突缩s？答：由式及表明影响局部阻力损失的因素是和。由于有突扩：突缩：则有当 或时，突然扩大的水头损失比相应的突然收缩的要大。在本实验最大流量Q下，突然扩大损失较突然缩小损失约大一倍，即。接近于1时，突然扩大的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，因而阻力损失显著减小。2结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩及突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？答：流动演示仪1-7型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十多种内、外流的流动图谱。据此对于局部阻力损失的机理分析如下：从显示的图谱可见，凡流道边界突变处，形成大小不一的漩涡区。漩涡是产生损失的主要根源。由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互磨擦，便消耗了部分水体的自储能量。另外，当这部分低能流体被主流的高能流体带走时，还须克服剪切流的速度梯度，经质点间的动能交换，达到流速的重新组合，这也损耗了部分能量。这样就造成了局部阻力损失。从流动仪可见，突扩段的漩涡主要发生在突扩断面以后，而且及扩大系数有关，扩大系数越大，漩涡区也越大，损失也越大，所以产生突扩局部阻力损失的主要部位在突扩断面的后部。而突缩段的漩涡在收缩断面均有。突缩前仅在死角区有小漩涡，且强度较小，而突缩的后部产生了紊动度较大的漩涡环区。可见产生突缩水头损失的主要部位是在突缩断面后。从以上分析可知，为了减小局部阻力损失，在设计变断面管道几何边界形状时应流线型化或昼接近流线形，以避免漩涡的形成，或使漩涡区尽可能小。如欲减小管道的局部阻力，就应减小管径比以降低突扩段的漩涡区域；或把突缩进口的直角改为圆角，以消除突缩断面后的漩涡环带，可使突缩局部阻力系数减小到原来的。突然收缩实验管道使用年份长以后，实测阻力系数减小，主要原因也在这里。实验四 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强的技能；2 验证不可压缩流体静力学基本方程；3 通过对诸多流体静力学现象的实验分析研讨，进一步提高解决静力学实际问题的能力。二、实验成果及要求1记录有关常数。实验装置台号No 20195703各测点的标尺读数为：B =2.1 cm，C= 2.9 cm，D= 5.9 cm，=9.8× N/cm3。2分别求出各次测量时，A、B、C、D点的压强，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。三、实验分析及讨论1同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？答：测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。2当pB<0时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。（1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。（2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。（3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度及测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦及测压管4液面高于小水杯液面高度相等。3若再箅一根直尺，试采用另外最简便的方法测定。答：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 ，从而求得。4如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？答：设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差。如果用同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。5过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部液体是同一等压面？答：不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列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。而管5及水箱之间不符合条件（4），相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。6用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？答：关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由C进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定水流。因为由观察可知，测压管1的液面始终及C点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒定流动。这是由于液位的降低及空气补充使箱体表面真空度的减小处于平衡状态。7该仪器在加气增压后，水箱液面将下降而测压管液面半升高H,实验时,若以p0=0时的水箱液面作为测量基准,试分析加气增压后,实际压强(H+)及视压强H的相对误差值.本仪器测压管内径为0.8cm,箱体内径为20cm.答：加压后，水箱液面比基准面下降了，而同时测压管1、2的液面各比基准面升高了H，由水量平衡原理有因而可略去不计。对单根测压管容器若有D/d<=10或对两根测压管的容器D/d<=7时，便可使<=0.01.表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P0=017.17.10510137.17.1P0>017.112.75.610.615.618.612.712.727.113.76.611.616.619.613.713.737.119.712.617.622.625.619.719.7P0<0（其中一次PB<017.16.5-0.64.49.412.46.56.527.15.3-1.83.28.211.25.35.337.12.0-5.1-0.14.97.92.02.0注：表中基准面选在测压管零刻度线ZC=2.9 cm ZD=5.9 cm表2 油容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Hh1=H0h1=0HP0>0且U型管中水面及油水交界面齐平16.821.114.314.3S0=0.8658.47726.821.214.436.821.014.2P0<0且U型管中水面及油面齐平16.84.52.32.2326.84.62.236.74.52.2