工程流体力学实验指导书(石油工程).

孔板流量计原理与文丘里流量计相同,根据能量方程和连续方程可得出不计阻力作用时的文德里流量计(孔板流量计的流量计算公式:
h K Q ∆=理
武中:
g
d
D d D k 24
2
2
22-=
π
(孔板;
g
D d A k 24
2
⎪⎭
⎫
⎝⎛-=
(文丘里
( (2211g
p z g p z h ρρ+-+
=∆根据实验室的设备条件,管道的实测流量Q实可由体积法测出。
1号管
2号管
3号管
图5.1流体力学综合实验台示意图
四、实验步骤
1.熟悉仪器,记录有关数据。,
2.启动水泵,打开总进水闸阀,使水进入管道系统;打开1号管和2号管的进水闸阀,确认出水管有稳定出流。
3.检查压差计内是否有气泡。如有气泡,必须排除干净。
4.分别调整1号管和2号管进水闸阀,依次增大流量和依次减小流量。量测各次流量相应的压差值,使用体积法测量实际流量Q (记录水箱高度,使用秒表记录时间。每管各做6次。将数据记录在表5.1中。
五、注意事项
1.改变流量时,需待开关改变后,水流稳定之后(至少需3~5分钟,方可记录。
2.当管内流量较大时,测压管内水面会有波动现象。可读取波动水面的最高与最低读数的平均值作为该次读数。
六、思考题
1.收缩断面前与收缩断面后相比,哪一个压强大?为什么?
2．实验求出的值是大于l，还是小于1？是否合理？3．每次测出流量系数值是否是常数?若不是常数则与哪些因素有关?表5.1数据记录和计算表格数据组数1 2 1号管3 4 5 6 1 2 2号管3 4 5 6压差计读数(cmH2O水箱高度时间（s）测量流量(m /s 3实际流量(m3/s结论：1号管中，流量系数；2号管中，流量系数10
在实际液体中,由于阻力的存在,水流通过文德里流量计(或孔板流量计时有能量损失,故实际通过的流量Q实一般比Q理稍小,因此在实际应用时,上式应予以修正,实测流量与理想流体情况下的流量之比称为流量系数,即
理实
Q Q =
μ (课本中,孔板流量计的流量系数,使用符号α。
三、实验设备
实验设备与各部分名称如图5.1所示。
5、验证孔板流量计的孔流系数。6、对比孔板和文丘利两种流量计的阻力损失。7、认识毕托管流速计，利用毕托管测量管内流速。8、测量90°标准弯头的局部阻力系数。9、测量截止阀局部阻力系数。10、测量突然扩大管局部阻力系数。本实验将使用1号管（水力光滑管），对层流、紊流状态下的沿程阻力损失进行测量和计算分析，弄清沿程阻力损失系数和雷诺数Re的关系。对弯管局部阻力损失系数进行测量，找出局部阻力损失与速度头之间的关系。1号测管标称直径40（实际内径请按样品管测量），测压孔距为2000毫米。三、实验原理1、沿程阻力系数的测量与计算由达西公式，hfL v2d 2g而沿程阻力系数，在管道中不同流态情况下，值不相同。在水力光滑管中，fRe式中，d为管道直径，L为研究管段的长度，hf为沿程阻力损失水头，由测压管测量得出；v为断面平均流速，通过量筒测单位时间液体体积求得。Revd雷诺数，已知水的运动粘度1106 m 2 / s 0.3164 644 Re Re；紊流时，在水力光滑管内层流时，通过实验，测量数据，计算指定管道内的沿程阻力损失系数，并与理论值进行比较。2、弯管局部阻力损失系数测量根据计算公式：实验中，hjv2 2g hj通过测压管2测出。计算出弯管局部阻力损失系数四、实验步骤1、关闭泵出口阀，再打开潜水泵。2、检查各测压管内是否有气泡存在。如有气泡，必须先进行排气操作，确保测压管内无气12
3、水箱进水量调到合适位置,保持有少量溢水即可。如果进水量过大,将增大水箱液面处的位置波动,从而导致管道内压力波动。
4、由于上临界雷诺数不容易得到一个固定值,且参考意义不大,所以在实验中不要求测定。
五、实验数据记录及计算
六、思考
1、雷诺数的量纲是什么?
2、如果阀门从小逐渐开大,所得到的上临界雷诺数为何数值有时候会较大?
3、检验测压板是否与水平线垂直;
4、启动电泵使水工作循环,检查各处是否有漏水的现象。
5、用手堵住出水口突然放水,重复几次,直至使实验管中的气泡排除。关闭尾阀,检查各个测压管水位高度是否在同一水平线上,如果不在同一水平线上,说明有气泡存在,必须全部排除。否则测量数据无效。
四、实验步骤
1、验证静压原理:
4、进一步掌握有压管流中,动能、压能和位置能三者之间的转换关系。5、测定管道的测压管水头和总水头值,并绘制管道的测压管水头线及总水头线。
二、实验设备
本实验台由压差板、实验管道、水泵、实验桌和计量水箱等组成。
图3.1能量方程实验台示意图
每一组测压管都有两种不同的测点位置:
一种是测点处于管道中心位置,称为毕托管测压管(后续课堂内容会讲到,测量对应截面
毕托管求点速度公式: gh u 2=
利用这一公式和求平均流速公式(F Q V /=计算某一工况(如表中工况2平均速度栏各测点处的轴心速度和平均流速得到表3.1。
在能量方程中,使用截面平均流速v=Q/A。
表3.1
3、观察计算流体、管径,能量方程试验管(伯努利管对能量损失的情况:
在能量方程试验管上布置八对测压管,测量1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6、7-7、8-8截面上的总压和静压,全开给水阀门,观察总压沿着水流方向的下降情况,这说明流体的总势能沿着流体的流动方向是减少的,改变给水阀门的开度,同时用计量水箱和秒表测定不同阀门开度下的流量及相应的八组测压管液柱高度,记在数据表3.2中。
（六）流动阻力水头损失测量实验一、实验目的和要求1、掌握管道沿程阻力系数的测量技术；2、通过测定不同雷诺数Re时的沿程阻力系数，掌握与Re的影响关系；3、测量弯头局部阻力系数。1号管2号管3号管图6.1流体力学综合实验台示意图二、实验仪器和设备实验设备装置如图6.1所示。这台实验装置可对不可压缩流体流经管道系统的规律性进行比较详细的实验研究。利用这台装置可以进行的主要实验项目如下：1、滞流区和过渡区摩擦系数的测定——利用2号管进行。（见图1，下同）2、不同直径的管子湍流区磨擦系数的测定——利用1，3号管子。3、螺旋槽管（相似于粗糙管）摩擦系数的测定。4、认识文丘里流量计，测定它的孔流系数。11
4
(四雷诺数的测定
一、实验目的
1、用实验方法观察液体层流、紊流的流态区别及其相互转换的过程。以加深对层流、紊流形态的感性认识。
2、测定临界雷诺数,掌握圆管流态判别准则;
3、学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法,并了解其实用意义。
二、实验装置
如图4.1所示。供水流量由调速器控制,使恒压水箱4始终保持溢流状态,以稳定进口处水体压力。稳水隔板的作用是使水面的扰动时间缩短。有色水调整流量后,经水管5注入实验管道8,根据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水体污染,有色指示水采用自行消色的专用色水。
2、阀门全关时,为什么所有截面的水头高度会一样?
3、为什么截面4的动压会小于截面1的动压?
4、分析表一的数据,结合连续性方程,讨论不可压缩流体稳定流动时,管径与流速之间的关系。
表3.2实验数据表
俩测点间距离:L 1-2=250mm; L 2-3=332 mm; L 3-4=500 mm; L 4-5=174 mm; L 5-6=250mm
启动电泵,关闭给水阀,此时能量方程试验管上各个测压管的液柱高度相同,因管内的水不流动没有流动损失,因此静水头的连线为一平行基准线的水平线,即在静止不可压缩均匀重力流体中,任意点单位重量的位势能和压力势能之和(总势能保持不变,测点的高度和测点位置的前后无关,记下四组数据于表二的最下方格中。
2、测速:
能量方程试验管上的四组测压管的任一组都相当于一个毕托管,可测得管内任一点的流体点速度,本试验已将测压管开口位置在能量方程试验管的轴心,故所测得的动压为轴心处的,即最大速度。
根据以上数据和计算结果,绘出流量下的各种水头线,并解释图中现象。
H
S
能量曲线图
4、自行设计一个表格,用所取得的数据,计算突然扩大断面和突然缩小断面的局部水头损失及局部阻力系数。(如单独开设阻力损失实验,这一部分计算可以不做
五、结束实验
全开阀门,把管道内的水放掉,然后关闭各阀门。
六、思考
1、为什么截面3和4的直径一样,但截面3处的动压远远小于截面4的动压?
4、将调节阀9开大,从步骤3开始重复,记录3组数据。
5、将三次测量的数据进行处理,计算各次的下临界雷诺数,记录在数据表中。注意事项:
1、缓慢调节阀门,尤其当流量较小时,每一次的调节量要注意控制。每次调节阀门后,都须等待水流稳定,即停留15秒以上。
2、调节阀门的过程中,只许逐渐关小阀门,调节过程中不许开大阀门。
《工程流体力学》实验指导书
开课单位:机械电子工程系
开课实验室:机械电子工程系流体力学实验室
编写:邓晓刚
审核:李良
(三伯努利能量方程实验测定
一、实验目的
1、观察流体流经能量方程试验管的能量转化情况,对实验中出现的现象进行分析,加深对能量方程的理解;
2、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能: 3、验证静压原理。
泡。3、缓慢打开1号管左端的闸阀，记录数据写入表一（前4列）。后三列作为数据处理，在实验报告中体现计算过程，并提交结果。表6.1沿程阻力损失系数实验记录与计算表测压管1测压管2测量流体测量时序号高度差△高度差△h h（mm）1 2 3（mm）体积（mm 3）间（t）雷诺数沿程阻力系数损失系数局部阻力五、思考1、沿程阻力损失系数与哪些参数有关？2、局部阻力损失系数与哪些参数有关？13
三、实验原理
同一种液体在同一管道中流动,当流速不同时,液体在运行中有两种不同的流态。当流速较小时,管中水流的全部质
点以平行而不互相混杂的方式分层流动,这种形态的游体流动称为层流。当流速较大时,管中水流各质点间发生相互混杂的运动,这种形态的液体流动称为紊流。