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学院 | 年级、专业、班 | 姓名 | 成绩 | ||||||||
课程 名称 | 流体力学实验 | 实验项目 名 称 | 流体静力学实验 | 指导教师 | |||||||
教师评语 | 教师签名： 年 月 日 | ||||||||||
一、实验目的 1、验证静力学的基本方程。 2、学会使用测压管与U形测压计的量测技能。 3、理解绝对压强与相对压强及毛细管现象。 4、灵活应用静力学的基本知识进行实际工程量测。 二、实验原理 重力作用下不可压缩流体静力学基本方程为： 如果自由表面压强p0与当地大气压pa压强相等时，液体内任一点相对压强可表示为： 式中：h为液体自由表面下任一点液体深度。 装置如左图所示： 1- 测压管；2-带标尺测压管；3-连通管；4-真空测压管；5-U型测压管；6-通气阀；7-加压打气球；8-截止阀；9-油柱；10-水柱；11-减压放水阀。 | |||||||||||
三、使用仪器、材料 流体静力学实验仪、烧杯、漏斗、水、煤油。 四、实验步骤 1、记录参数：测点标高 ∇a= 2.1cm ∇b=-2.9cm ∇c= -5.9cm 基准面选在：自由液面，测点位能 Za = 2.1cm Zb = -2.9cm Zc = -5.9cm 水容重：γ=9.807×10-3 N/cm3 2、步骤 （1）p0=0,测 ∇0 、 ∇H 打开通气阀，是水箱液面与大气相通，此时p0=0，测水箱液面高程∇0，测压管液面高程∇H（此时∇0=∇H） （2）p0>0，共加压3次，每次测定 ∇0 、 ∇H （累计加压） （3）p0<0，共减压3次，每次测定 ∇0 、 ∇H （累计加压） 3、油容重的测定： （1）测计h1 ， 共测三次∇0 、 ∇H，计算h1=|∇0 -∇H | 关闭通气阀，大气加压，使U型管内水面与油水界面齐平，测 （2）测计h2 ，共测三次∇0 、 ∇H，计算h2=|∇0 -∇H | 关闭通气阀，打开放水阀，慢慢防水，直至U型管内水面与油面齐平，关闭放水阀，测 计算h2。 |
五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等) 表 1.1 流体静压强测量记录表 单位：cm
表 1.2 油容重测量记录表 单位：cm
计算：以水箱液面为基准面。 由公式：Z+ p/γ可以计算出各点的压强水头，结果如表。 由公式：γｓ＝γ，又γ=0.009807Ｎ／ｃｍ３。结果如下表： γｓ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
六、实验结果及分析 实验结果： a,b,c各点的测压管水头在误差允许范围内相等，从而静力学基本方程得到验证。 分析及讨论： 1.为避免毛细现象的影响，在测压管的读数上如何减少误差？ 答：用同一个测压管读数，则毛细现象的影响相同，且读数时，视线保持水平，将液面凹处最低点对应尺标读数。 2.静止流体中，不同断面测压管水头线如何变化？ 答：在p0一定的情况下，不同断面测压管水头均相同。 3.根据等压面原理，出几个等压面。 答：1,2测压管的液面，U型测压管的水柱的液面与盛水密闭容器的液面是等压面。 4.当, p0>0求出p0绝对压强与相对压强；当p0<0,求出p0的相对压强、绝对压强和真空值。 答：p0>0时，相对压强p=γ(▽2-▽0 ),绝对压强p0 =pa(大气压强)+p ; p0<0时，相对压强p=γ(▽2-▽0 )，真空值pv=γ(▽0 -▽2),绝对压强p0 =pa(大气压强)-pv 。 |
学院 | 年级、专业、班 | 姓名 | 成绩 | ||||||||
课程 名称 | 流体力学实验 | 实验项目 名 称 | 不可压缩流体恒定流动的能量方程实验 | 指导教师 | |||||||
教师评语 | 教师签名： 年 月 日 | ||||||||||
一、实验目的 1、掌握均匀流的压强分布规律以及非均匀流的压强分布特点； 2、验证不可压缩流体恒定流动中各种能量间的相互转换； 3、学会使用测压管与测速管测量压强水头、流速水头与总水头； 4、理解毕托管测速原理。 二、实验原理 流线为平行线的流动为均匀流，流线不平行的流动为非均匀流。对于恒定均匀流，元流上流体流速沿程不产生变化，无加速度产生。非均匀流相反，元流上流通流速不断变化，有加速度产生，由此引起的惯性力不容忽略。根据流线变化是否强烈，非均匀流又分为急变流与突变流，近似平行时，称渐变流；流线变化剧烈时称急变流。均匀流、非均匀流上的压强分布规律各自不同。由于渐变流流线变化较缓并近似平行，通常近似按均匀流处理。均匀流、渐变流同一断面的压强分布规律满足如下的计算公式：z + p /g=c 但是非均匀流同一断面的压强不满足此式，也不能用能量方程求解，它根据流线弯曲方向不同而不同。当其惯性力与重力出现叠加时压强增大，这种情况出现在流体流动的凹岸；当惯性力与重力出现削减时压强减少，它出现再流体流动的凸岸，因此，凹岸压强大，凸岸压强小。 实际流体在流动过程中除遵循质量守恒原理外，必须遵循动量定理，质量守恒原理在一维总流中的应用为总流的连续性方程，动能定理在一维总流中的应用为能量方程。如下所示 实际流体中，总水头线始终沿程降低，实验中可以从测速管的液面相对于基准面的高度读出。测压管水头等于总水头减其流速水头。Z+p/g=H-a/2g,断面平均流速用总水头减去该断面的测压管水头得到：av/2g=H-(z+p/g). | |||||||||||
三、使用仪器、材料 自循环供水器、恒压水箱、溢流板、稳水孔板、可控硅无级调速器、实验管道、流量调节阀、接水阀、接水盒、回水管测压计。 四、实验步骤 1、熟悉实验仪器，分清普通测压管和测速管及两者功能上的区别。 2、打开电源，启动供水系统，水箱供水至溢流，排净实验管道内的空气后关闭流量调节阀。检查所有的测压管液面是否齐平，若不平需查明原因并排除气体。 3、全开流量调节阀，使测压管19液面尽可能接近标尺零点，待流动稳定后记录测压管与测速管液面读数，同步定时测量时段流出水体的体积，并计算流量2至3次取平均。 4、逐级调剂流量调节阀的开度，调节流量，待流动稳定后，测读测压管与测速管页面读数，按与步骤3相同的方法同步测量流量。改变流量调节阀的开度，测取3组不同的流量，计入表。 5、实验完毕后，先关闭流量调节阀，检查所有的测压管页面是否齐平，若不表明实验有故障，应排除故障重新实验。确认无误后关闭电源，将仪器回复到实验前状态。 6、比较均匀流与非均匀流断面的测压管水头值。 7、分析计算各断面的流速水头、测压管水头与总水头，从而计算沿程水头损失与局部水头损失，并比较突然扩大与突然缩小的测压管水头及其水头损失。 8、在均匀流断面上，推求测速管处的流速，将测试与计算成果列于表中。 水箱面高程=47.60cm 直径 实验装置图： |
五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)
毕托管测速计算表
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六、实验结果及分析 实验数据分析与计算 （一）实验结果 从最下方图可以看出，均匀流同一断面上两个测点2，3的测压管水头值2>3,非均匀流断面上的两个测点10，11的测压管水头值10>11。 （二）误差分析 实验开始时未检查各测压管液面是否齐平，易产生误差 测水头线时俯视或仰视读数，造成误差 测流量时，流动不稳定，存在误差 分析与讨论 1.均匀流断面测压管水头、压强分布与非均匀流断面测压管水头与压强分布是否相同？ 答：分布不相同。均匀流断面如12-13断面，其测压管水头与压强水头分布均匀，而非均匀流断面如10-11断面，其测压管水头与压强水头11均小于10的数值。 2.实际流体测压管水头可否沿程升高？总水头沿程变化如何？各部分能量如何进行转换？ 答：可以，当位置水头不变，但是管径增大，如14-15截面至16-17截面，其压强水头增加，则测压管水头增加。总水头沿程减小，原因是由于有摩擦力造成的沿程损失及急变流产生的涡流造成的局部损失，转化为流体的内能。 3.流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？ 答：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，H亦增大，（P-P）线的起落变化就更为显著。 4.如何利用现有的测压管与测速管测量某点的点流速？ 答：利用测速管测出总压p’，利用测压管测出该点的静压p，再利用伯努利方程得 则 5.比托管测定的流速是否准确？原因何在？ 答：不完全准确。一来读数时有误差，二来同一截面内速度分布不均匀，各点速度均不相同。 6.沿程水头损失与局部水头损失如何测定？ 答：局部水头损失通过急变流变截面前的均匀流断面与变截面后的均匀流断面间的总水头损失来确定。沿程损失通过一个缓变流段的两端截面的总水头损失来确定。 |
本文发布于:2024-09-22 22:30:01，感谢您对本站的认可！
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