工作报告之工程流体力学实验报告

工程流体力学实验报告【篇一：流体力学-伯努利方程实验报告】中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告实验日期：2014.12.11成绩：班级：石工12-09学号：姓名：陈相君教师：李成华同组者：魏晓彤，刘海飞实验二、能量方程（伯诺利方程）实验一、实验目的验证；2通过对诸多动水水力现象的实验分析，理解；3掌握、等水力要素的实验量测技能。二、实验装置本实验的装置如图2-1所示。1. 图2-1自循环伯诺利方程实验装置自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无极调速器；4溢流板；5.稳水孔板；6.；7.；8；9.；10.；11；12；13.说明本仪器测压管有两种：（1）皮托管测压管（表2-1中标*的测压管），用以测读皮托管探头对准点的总水头；（2）普通测压管（表2-1未标*者），用以定量量测测压管水头。实验流量用阀13调节，流量由调节阀13测量三、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（1）至另一断面（i）的能量方程式（i=2,3，,n）?2g?2g取a1?a2?an?1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出值，测出透过管路的流量，即可计算出断面平均流速，从而即可得到各断面测压管水头和总水头。四、实验要求1记录有关常数实验装置编号no._4-2-2-2均匀段d1=?10m；缩管段d2=?10m；扩管段d3=?10m；水箱液面高程?0=?10m；上管道轴线高程?z=?10m（基准面选在标尺的零点上）-2-2z1?p1?1?12?zi?pi?1 ?ivi2?hw1?i量测（z?p?）并记入表2-2。注：hi?zi?pi?为测压管水头，单位：10m，i为测点编号。2 -2计算流速水头和总水头。算例：以第一组数据为例。q=v/t=3094/30.1=102.79cm3/s绘制上述成果中最大流量下的总水头线和测压管水头线（轴向尺寸参见图2-2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2-2上）。五、实验步骤1熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是皮托管，以及两者功能的区别。2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齐平。如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。验证同一静止液体的测压管水头线是根水平线。3打开阀13，观察思考：1）不同流速下，同一断面上测压管水头和总水头的变化规律；测压管水头线是沿水流方向各个测点的测压管液面的连线，它反应的是流体的势能，测压管水头线可能沿线可能下降，也可能上升（当管径沿流向增大时）,因为管径增大时流速减小，动能减小而压能增大，如果压能的增大大于水头损失时，水流的势能就增大，测压管水头就上升。总水头线是在测压管水头线的基线上再加上流速水头，它反应的是流体的总能量，由于沿流向总是有水头损失，所以总水头线沿程只能的下降，不能上升。2）测点（2）、（3）测管水头同否？为什么？不同，测点2、3位于均匀流断面（图2.2），测点高差0.7cm3）测点（10）、（11）测管水头是否不同？为什么？不同，测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。4）沿流程总水头和测压管水头的变化规律测压管水头线（p-p）沿程可升可降，线坡jp可正可负。而总水头线（e-e）沿程只降不升，线坡jp恒为正3 ）管道内有没有负压区？没有负压区。4调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（皮托管供演示用，不必测记读数）。5改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。六、注意事项自循环供水实验均需注意：计量后的水必须倒回原实验装置，以保持自循环供水。七、问题分析1测压管水头线和总水头线的沿流程变化趋势有何不同?为什么？测压管水头线（p-p）沿程可升可降，线坡jp可正可负。而总水头线（e-e）沿程只降不升，线坡jp恒为正，即j0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。如图所示，测点5至测点7，管渐缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，jp0。，测点7至测点9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高，jp0。而据能量方程e1=e2+hw1-2，hw1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有hw1-20，故e2恒小于e1，（e-e）线不可能回升。（e-e）线下降的坡度越大，即j越大，表明单位流程上的水头损失越大，如图上的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。2流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？1）流量增加，测压管水头线（p-p）总降落趋势更显著。这是因为测压管水头，任一断面起始的总水头e及管道过流断面面积a为定值时，q增大，就增大，则必减小。而且随流量的增加，阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头e相应减小，故的减小更加显著。2）测压管水头线（p-p）的起落变化更为显著。因为对于两个不同直径的相应过水断面有式中为两个断面之间的损失系数。管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故q增大，亦增大，线的起落变化更为显著。3测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？测点2、3位于均匀流断面，测点高差0.7cm，均为37.1cm（偶有毛细影响相差0.1mm），表明均匀流各断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面不能选作能量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃。4试问避免喉管（测点7）处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬高或降低水箱的水位）对喉管压强的影响情况。5由皮托管测量显示的总水头线与按实测断面平局流速绘制的总水头线一般都有差异，试分析其原因。与毕托管相连通的测压管有1、6、8、12、14、16和18管，称总压管。总压管液面的连线即为毕托管测量显示的总水头线，其中包含点流速水头。而实际测绘的总水头是以实测的值加断面平均流速水头绘制的。据经验资料，对于园管紊流，只有在离管壁约的位置，其点流速方能代表该断面的平均流速。由于本实验毕托管的探头通常布设在管轴附近，其点流速水头大于断面平均流速水头，所以由毕托管测量显示的总水头线，一般比实际测绘的总水头线偏高。因此，本实验由1、6、8、12、14、16和18管所显示的总水头线一般仅供定性分析与讨论，只有按实验原理与方法测绘的总水头线才更准确。八、实验总结通过本次实验，我更加深刻地理解了伯努利方程。应当注意的是，水箱中的水要时刻加满，否则不能溢流。【篇二：西南石油大学流体力学实验报告】工程流体力学实验报告实验一流体静力学实验实验原理在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程或（1.1）式中：z被测点在基准面的相对位置高度；p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；p0水箱中液面的表面压强；h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，应用等压面可得油的比重s0有下列关系：（1.2）据此可用仪器（不用另外尺）直接测得s0。实验分析与讨论同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测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，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。1. 当pb0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。，相应容器的真空区域包括以下三部分：（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、气所占的空间区域，均为真空区域。（2）同理，过箱顶小水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。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。4. 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，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普通玻璃管小。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？哪一部分液体是同一等压面？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。而管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。6. 用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？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流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与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与空气补充使箱体表面真空度的减小处于平衡状态。医学上的点滴注射就是此原理应用的一例，医学上称之为马利奥特容器的变液位下恒定流。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，由水量平衡原理有则本实验仪故d=0.8cm,d=20cm,h=0.0032于是相对误差有因而可略去不计。其实，对单根测压管的容器若有d/d10或对两根测压管的容器d/d7时，便可使0.01。实验二不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺利方程）实验实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i）的能量方程式（i=2,3,?,n）取a1=a2=?an=1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出过管路的流量，即可计算出断面平均流速v及总水头。1. 成果分析及讨论测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？测压管水头线（p-p）沿程可升可降，线坡jp可正可负。而总水头线（e-e）沿程只降不升，线坡j恒为正，即j0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。测点5至测点乙管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，jpO。测点7至测点9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高，jp0。而据能量方程e1=e2+hw1-2,hw1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有hw1-20，故e2恒小于e1，（e-e）线不可能回升。（e-e）线下降的坡度越大，即j越大，表明单位流程上的水头损失越大，如图2.3的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头值，测出通，从而即可得到各断面测管水头和损失存在。2. 流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？有如下二个变化：（1）流量增加，测压管水头线（p-p）总降落趋势更显著。这是因为测压管水头，任一断面起始时的总水头e及管道过流断面面积a为定值时，q增大，就增大，则必减小。而且随流量的增加阻力损失亦增大，管（2）测压管水头线（p-p）的起落变化更为显著。因为对于两个不同直径的相应过水断面有式中为两个断面之间的损失系数。管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故q增大，h亦增大，（p-p）线的起落变化就更为显著。3. 测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？测点2、3位于均匀流断面（图2.2），测点高差0.7cm，hp=均为37.1cm（偶有毛细影响相差0.1mm），表明均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面不能选作能量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃。【篇三：工程流体力学实验报告】2. 工程流体力学实验报告学院：交通运输工程学院班级：交通设备1206姓名：邱瑞玢学号：1104120907雷诺数测定实验【实验目的】1.观察水的层流和紊流的形态及特征；学习测量和计算流体的雷诺数和临界雷诺数。【实验原理】雷诺数是流体惯性力?l2与黏性力?vl2的比值，它是一个无因次化的量。re=?vl=?2?v/l）l雷诺说较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。【实验内容】1.缓慢调节水量控制阀，观察透明水管中红色水流线的变化。观察水的层流态、紊流态的特征。2.找出层流和紊流转换临界点，在临界点测量水的流速，往复测量三次。3.根据测量数据计算出水的临界雷诺数。3. 【实验现象】1.当水流流速较低时，水管中水流处于层流状态，示踪剂（红色墨水）呈线状，无分散；2.逐渐开大控制阀，水流速度加大，呈线状流动的红色墨水开始出现波动，逐渐散开，这时水流处于过渡状态；再开大控制阀，水流速度继续增大，红色墨水消失，此时水流处于紊流状态。层流状态紊流状态【实验结果】项目从层流到紊流组别123123时间（s）水量（ml）201200201100201250306003070030720流量（ml/s）605562.52023.324流量均值59.1从紊流到层流22.4实验中，水流束的特征长度l=d=3cm,流速由公式v?4qv2求得，得到v1=0.032m/s,v2=0.084m/s，而水在标准大气压，室温时的动力粘度-3p?s，则雷诺数are1=?vd=960?re2=?vd=2520?【结果分析】查阅资料可知一般管道雷诺数reV2000为层流状态，re4000为紊流状态，re=20004000为过渡状态。而本次实验所测得的紊流状态下的雷诺数比理论值小，产生误差的原因为：1.偶然误差：观察出现偏差，将水流处于由层流向紊流的过渡状态当作紊流状态，从而测得的水流速度偏小，造成所计算的雷诺数偏小。2.系统误差：示踪剂（红色墨水）很容易在水中扩散，当处于过渡状态时，由于水流开始产生搅动，从而将红色墨水打散，扩散在水中，造成水流已处于紊流状态的假象，导致误差产生。文丘里管实验【实验目的】观察文丘里效应，学习文丘里管测量流量的原理和方法。【实验原理】文丘里效应，以其发现者，意大利物理学家文丘里(giovannibattistaventuri)命名。这种效应是指在高速流动的气体附近会产生低压，从而产生吸附作用。利用这种效应可以做出文丘里管。文丘里管在现今科技发展中得到应用，因为其制造和维护成本比较低。p+12211?v1+?gh1=p2+?v2+?gh2+?22基于文丘里效应制造的设备，叫做文丘里xxxx，如文丘里水膜除尘器、文丘里扩散管、文丘里收缩管、文丘里喷射泵、文丘里流量计等。【实验内容】1.认识文丘里管，并观察透明文丘里管内水流产生的文丘里效应。2.通过调节流量控制阀，设定高中低三种水流速度，分别测量对应流速下文丘里管的最大压差，并且用量杯和秒表分别测量水流的真实流量。2. 通过文丘里管和伯努利方程计算出水流速度，与用量杯秒表测量的真实流速对比，评估文丘里管测量流量的准确性，讨论消除误差的方法。【实验数据】组别123时间/S252010水量/ml7201100950h1/cm34.331.426h2/cm32.82612.2h/cm1.54.613.8【数据处理】本次实验中，d1=40mm，d2=10mm；由伯努利方程p+1?v+?gh=c可求得【结果分析】本次实验，由水柱高度差所求得的管内流速（非缩颈处）均比由水管出水流量所求得的管内流速大，其误差原因来源于两方面：1.偶然误差：（1）在读取h1与h2的高度值时，读书出现偏差（仰视读数，俯视读数），造成h存在偏差，进而导致v1，v2的计算出现误差；（2）在用量杯测取水量时，量杯的接入滞后于秒表开始记时，导致量杯水量偏少，进而所求得的v1实测值偏小。2.系统误差：实验室器材老化严重，在文丘里管缩颈与立管连接的地方，漏水较为严重，也就是说，所测得的h2要偏小，故h偏大，所求得的v1，v2也随之偏大。漏水导致从水管末端接入量杯的水减少，由此求得的v1实测值也将偏小。要提高文丘里管的测量精度，首先应该着眼于提高文丘里管的密封性，使其密封性达到一个相对来说密闭的状态；其次在文丘里管内部，在主管与缩颈的连接处应采用光滑连接，内壁尽量采用对流体粘滞力的材料，以减少水头损失，提高测量精度。