流体力学实验

四、实验步骤：
1、开上水阀门，水箱充水至 80%。 2、关闭功率表、流量计的二次仪表及阀门 8。
离心泵性能曲线测定实验装置
3、开启阀门 6 向水泵中加水，反复开启和关闭放气阀 10，尽可能排除泵体内的空气，排气结 束，关闭阀门 6 和放气阀。 4、启动离心泵。 5、开启各仪表开关。 6、开启阀门 8 至最大开度，由最大流量范围合理分割流量，进行实验布点（测 8～10 组数据） 。 7、由阀门 8 调节流量，每次流量调节稳定后，读取各组实验数据。 8、实验装置恢复原状，并清理实验场地。
实验一
一、实验目的：
雷诺实验
1、观察流体的层流、过度流、湍流三种流动情况和层流时的速度分布。 2、测定不同流动状态下的雷诺准数，从而确定临界雷诺准数。
二、说明：
流体流动的基本状态有层流及湍流，还有处在这二者之间的过渡流。流态决定于雷诺准数 Re 的大小。 流态转变时的雷诺准数值称为临界雷诺准数 Re c。由湍流转变为层流时的临界雷诺准数 Re c1 要 比由层流转变为湍流时的临界雷诺准数 Re
七、思考题：
1、离心泵为什么要在出口阀关闭的情况下启动？ 2、离心泵启动前为什么必须罐水排气？
三、实验装置：
5
6
7
8 4 3
1
2 5—水箱
1—水槽 6—溢流管
2—水泵 3—阀门Ⅰ 4—阀门Ⅱ 7—转子流量计 8—调节阀Ⅲ 图 1 柏努利方程实验装置图
四、实验步骤：
1、检查阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、调节阀Ⅲ是否关闭，如未关闭，将其关闭。 2、开启水泵，待水泵运转正常后，打开进水阀门Ⅰ。 3、待溢流管内有水流出，各测压管、测速管内水柱液面稳定时，观察并记录实验现象。 思考题：各测压管、测速管内水柱液面是否在同一水平面上？应否在同一水平面上？为什么？ 4、将流量调节阀打开，使管内有水流过，待各测压管、测速管内水柱液面稳定时，观察并记录 实验现象。
六、实验报告：
1、推导离心泵压头 H 的计算式；使用第一套设备时，将实验结果整理，填入下表，并且以其 中一组数据为例进行计算。 序号
…
流量 Q（m3/s） 压头 H（m）
功率 N（kW）
效率（%）
使用第二套设备时，需将各数据换算为 n＝2900 r/min 时的数据，填入下表，并且以其中一组数 据为例进行计算。
1.7921 1.7313 1.6728 1.6191 1.5674 1.5188
柏努利方程实验
1、熟悉流体流动中位压头、动压头、静压头的概念和相互间转换关系。 2、观察各项压头的变化规律。
二、说明：
对于管内作稳定流动的流体，在无外功的条件下，任意两截面间的能量衡算，可由柏努利方程 式表示：
五、实验记录：
序号 1 2 3 操作情况 流量调节阀关闭 流量调节阀开启 流量调节阀开大 实 验 现 象
六、实验报告：
解释实验中发生的现象。
实验三
一、实验目的：
1、了解离心泵的操作。
离心泵性能曲线的测定
2、掌握离心泵性能曲线的测定方法，测定离心泵在一定转速下的性能曲线。
二、说明：
离心泵的压头 H、 功率 N、 效率随流量 Q 的变化而改变， 通过测量 （或计算） 不同流量时之 H、 N、，便可求得泵的 H—Q、N—Q、—Q 曲线。 1、流量的测量： 本实验用涡轮流量计测量流量。当被测流体通过流量计时，涡轮受流体的作用而旋转，涡轮的 转数随流量的变化而改变，通过磁电转换装置将转数转换成脉冲信号。通过涡轮流量计的流体流量 按下式计算： Q＝f／ 式中：f — 流量计示值，Hz； — 流量计系数（标于流量计表盘上） 。 实验室有两套数台实验设备，使用第一套设备时，流量即按上式计算，使用第二套设备时，可 直接从仪表盘上的流量仪直接读取流量值。 2、压头的测量： 用真空表和压强表测量泵进、出口处的压强，泵的压头 H 与泵进、出口处的压强、流速等有关： H ＝ f（pM ，pV ，h ，w 进 ，w 出 ，，h w ） 式中：pM — 由压出管上装设的压强表读出的压强（表压） ，Pa ； pV — 由汲入管上装设的真空表读出的真空度，Pa ； h — 压强表和真空表测点之间的垂直距离，m ； w 进、w 出 — 汲入管、压出管中液体的流速，m/s ； — 液体的密度，kg/m3 ； h w — 测点间的管路阻力。此段管路很短，h w 极小，故可略去不计。 3、功率的测量： 功率 N 是指离心泵的轴功率，可由电机输入功率 N 电计算得到： L/s
注意：以后每次改变流量后，均须调节阀 1，保证溢流管中有水流出（不必太大） 。 3、观察层流时的速度分布：开启阀 3，待观察管上端均匀染上颜色后，关闭阀 3，缓缓开启阀 2，控制流量使水呈层流，仔细观察染色水流的运动情况，可以看出流速呈抛物线分布。 4、流体流动状态的观察与测定： （1）慢慢打开阀 2，并根据 Re＜2300 计算出层流时水的最大流量，调节阀 2 使水的流量小于 计算出的临界值，当水流稳定 5~10 min 后，可打开阀 3，注意使红墨水的流速尽量与观察管中水的 流速相近，观察红墨水的流动形态，应为一条直线。记录此时流量计读数。 （ 2） 慢慢增大水的流量， 直至红墨水细流在管中开始波动， 记录此时的流动状况及流量计读数。 （3）继续增大流量，直至红墨水细流波动得更加紊乱，记录此时的流动状况及流量计读数。 （4）继续增大流量，直至红墨水细流在进入管内后迅速扩散到整个管路中，记录此时的流动状 况及流量计读数。
（5）再由较大流量变为小流量，重复以上观察，并记录以上各项数据。
五、实验记录：
水温： 流量 变化
由 小 变 大 由 大 变 小
℃
观察管内径： 19 mm 墨水线形状
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8
流量 （L/min）
六、实验报告：
1、将实验结果整理，填入下表，根据实验结果确定临界雷诺数，并列计算示例。 2、分析实验结果是否准确，如与理论值有偏差，请分析产生偏差的可能原因。 观察管内径： 流量 变化
由 小 变 大 由 大 变 小
mm 水温： Re
℃
密度：
kg/m3 粘度： 流动形态
Pas
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8
流量 L/min
根据 Re 做出的判断
实验观察到的形态
下临界雷诺准数 Re c1＝ 上临界雷诺准数 Re c2＝
七、思考题：
1、在同一流量下，管径大和管径小的管子，哪一个 Re 大？ 2、墨水的流入速度过大会产生什么影响？ 附表. t ( ℃) 0 1 2 3 4 5 6 7 ×10 (Pas)
思考题：各测压管、测速管内水柱高度是否发生变化？如何变化？解释为什么。 5、将流量调节阀开大，使管内水的流量增大，待各测压管、测速管内水柱液面稳定时，观察并 记录实验现象。 思考题：各处测压管、测速管内水柱高度是否发生变化？如何变化？解释为什么。 6、实验结束，关闭进水阀门Ⅰ，然后关闭水泵，开启阀门Ⅱ，放出水箱中的水。
三、实验装置：
实验装置见图 1。 图中水箱为高位水箱，水箱内 设有溢流和进水稳流装置用以维持平稳而又恒定的 液面。实验时打开阀 2，水即由高位水箱进入玻璃测 管 （玻璃测管系供观察流体流动的形态和层流时管道 中流速分布之用） ，经转子流量计后，排向排水管， 可用阀 2 调节流量，流量由转子流量计测出。 打开墨水的调节阀 3，墨水即由高位墨水瓶经 墨水针注入玻璃测管， 墨水针的位置在玻璃测管的中 心附近并与中心线平行，以保证观察效果。
序 号 …
转速 r/min
流量 Q m3/s
压头 H m
功率 N kW
n＝2900 r/min 时 流量 Q 压头 H 功率 N m kW m3/s
效率 %
2、在坐标纸上绘出水泵的性能曲线（H-Q、N-Q、-Q 曲线） 。 3、分析实验结果是否合理？如有不合理处，请分析产生这种不合理现象的可能原因。
3
水的粘度（0～30℃） t ( ℃) 8 9 10 11 12 13 14 15 ×103 (Pas) 1.3860 1.3462 1.3077 1.2713 1.2363 1.2028 1.1709 1.1404 t ( ℃) 16 17 18 19 20 21 22 23 ×103 (Pas) 1.1111 1.0828 1.0559 1.0299 1.0050 0.9810 0.9579 0.9359 t ( ℃) 24 25 26 27 28 29 30 ×103 (Pas) 0.9142 0.8973 0.8737 0.8545 0.8360 0.8180 0.8007
流 量 计
给水 阀1 溢流 水箱 放气阀
观 察 管 墨 水 瓶
阀3
四、实验步骤：
1、检查所有阀门处于关闭状态，红墨水装入墨 水瓶内（该工作由实验室工作人员完成） 。 2、打开自来水开关（阀 1） ，使高位水箱中加满 水，当溢流管中有水流出时，可将阀 1 关小，保持溢 流管中有水流出即可。
阀2
排水 图1 雷诺实验装置流程图
h z1＋h p1＋h d1＝h z2＋h p2＋h d2＋h w1-2
当管路条件改变（如管路截面改变、位置高低等）或流量改变时，流体的各项能量（即位压头、 静压头、动压头）即发生改变或相互转换，并且会产生压头损失，但对于任意两截面间各能量的变 化遵循柏努利方程式。 本实验通过观察测压管及测速管内的液柱高度，观察和验证各项压头的变化规律。
N＝N 电×0.89 对于第一套设备：N 电＝功率表读数×3，对于第二套设备，N 电即仪表盘上功率表之读数。 4、离心泵的效率： 离心泵的效率用下式计算： HQg ＝ ×100% 1000 N 4 加水口 8 7 2 1 9 6 10 3
三、实验装置：
实验装置见图 3。图中：1—离心泵；2 —真空表；3—压力表；4—涡轮流量计；5— 水箱；6—阀门（用于向泵中加水） ；7—阀门 （用于向水箱中加水） ； 8—阀门 （用于调节管 路中水的流量） ； 9—排水阀；10—放气阀。 另外， 在电机输入电路中装有功率表， 用以测 量电机的输入功率。 5 图3