福州大学工程流体力学实验报告

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：2014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 20040270表 1 记录计算表校正系数 c= 1.002 k= 44.360cm0.5/s实验次序上、下游水位差（cm）毕托管水头差（cm）测点流速u 二h（cm/s）测点流速系数0 二 cp Ah / AHhih2 Hh3h4 h136.615.720.936.215.920.3199.8660.988232.515.716.832.016.016.0177.4400.979327.115.711.426.916.010.9146.4550.981三、实验分析与讨论1利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？ 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。误差值与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，检查分别与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Ah和管嘴上、下游水位差AH之间的大小关系怎样？为什么？且瓦=辰血即 血=e讥h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X说明了什么？答：若管嘴出流的作用水头为人丹，流量为Q,管嘴的过水断面积为A,相对管嘴平均 流速v,则有常称作管嘴流速系数。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；诃为点流速系数。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入关系值与莫迪图对比，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dl=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* 绘制lgulghf曲线，并确定指数关系值m的大小。在厘米纸上以lg u为横坐标，以lghf为纵坐标，点绘所测的lgulghf关系曲线，根据具体情况连成一 段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率lg h - lg hm =f2filgu - lgu22将从图上求得的m值与已知各流区的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1.75vmv2.0）进行比较，确定流区。* 附录 11图纸实验曲线绘法建议绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于12X12cm；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。表.1记录及计算表次序体积cm3时间s流量Q cm3/s流速v cm3/s水温C粘度v cm2/s雷诺数R比压计数cm沿h,h1424017.5242.29137.18280.00837e2458447.1225.22556031179.35101.54280.008371819728.116.13200020100.0056.62280.008371014768.564.54340020170.0054.14280.008371293721.5195180011163.3452.02280.008371243029.927.86236014.6161.6451.48280.008371230151.949.97208015.1137.7528.08280.00837503218.017.58204015136.0027.72280.00837828027.527.09196015130.6726.63280.00837795458.859.31011121314三、实验分析与讨论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: lghf1g V曲线的斜率m=1.01.8,即与v 1.01.8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. 本次实验结果与莫迪图吻合与否？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：几=存齟昇8/g2d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 验公式的实验与 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No 200085710d=D= 0.96d =d =D =1.01563l =12cm，34cm，cm，l4B=6cm，d =d = d = D =1.982342 -l=12cm，1 2l=6cm，B5cm,l =24cm，23l =6cm,560.5850.370A（1 -才）2= e A2 A二 0.5（1 T =sA32整理记录、计算表。3将实测匚值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。表 1 记录表序号流量cm%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h.j cmgh/jcmau 2cm2 gE cmau 2cm2 gE cm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、实验分析与讨论1结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系1）不同R的突扩E是否相同？ee2）在管径比变化相同的条件下，其突扩E是否一定大于突缩E ?es答：由式及 = f 0加2）表明影响局部阻力损失的因素是V和d1 d2。由于有突扩：（A 二 0.5 1 - sA突缩：I 2丿则有”0.5（1 - A A ）0.5（1 - A A ）21 - A Ae1212当A / A20.5或djd0.707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h :h = 6.54/3.60 = 1.817损失较突然缩小损失约大一倍，即je js。di： d2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？产生突扩与突缩局部阻 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，而且与扩大系数有关，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210。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 20085703各测点的标尺读数为：b =2.1 cm，c= 2.9 cm，D= 5.9 cm, .=9.8 细-3 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C、D的（z + E）是否为常数。Y3求出油的容重。三、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？答：测压管水头指Z + P/Y，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 pB017.112.75.610.615.6127.113.76.611.616.6137.119.712.617.622.62（其中 一次PB01 06.821.114.3且U型管中水 面与油水交界 面齐平26.821.214.414.336.821.014.2P00且U型管中水16.84.52.326.84.62.2A面与油面齐平36.74.52.2