文档介绍：《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
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(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。
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。
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),测量对应截面的总水头(全压)。注意这里的速度u为管道中心处的点流速,与截面平均速度v有所差异。但在紊流状态下两者之间差异有限。
另一种是测点处于管道壁面,称为普通测压管,测量对应截面的静压头,即只包含Z和
两项。全压与静压之差,称为动压,即。
三、实验准备工作
1、熟悉实验设备,分清毕托管测压管和普通测压管的区别以及各自表征的物理量。
2、接上各导压胶管;
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:
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。
毕托管求点速度公式:
利用这一公式和求平均流速公式()计算某一工况(如表中工况2平均速度栏)。
在能量方程中,使用截面平均流速v=Q/A。
测点
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
6-6
7-7
8-8
项目
点速度us(m/s)
平均速度v(m/s)
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,。
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。
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?
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。
实验数据表
测点
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
6-6
7-7
8-8
Q
次数
全压cm
静压cm
全压cm
静压cm
全压cm
静压cm
全压cm
静压cm
全压cm
静压cm
全压cm
静压cm
全压cm
静压cm
全压cm
静压cm
1
2
3
4
5
管中心与基线高cm
管内径mm
俩测点间距离:L1-2=250mm;L2-3=332 mm;L3-4=500 mm;L4-5=174 mm;L5-6=250mm
(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