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流流体体⼒⼒学学实实验验报报告告
实验⼀柏努利实验
⼀、实验⽬的
1、通过实测静⽌和流动的流体中各项压头及其相互换,验证流体静⼒学原理和柏努利⽅程。
2、通过实测流速的变化和与之相应的压头损失的变化,确定两者之间的关系。
⼆、基本原理
流动的流体具有三种机械能:位能、动能和静压能,这三种能量可以互相换。在没有摩擦损失且不输⼊外功的情况下,流体
在稳定流动中流过各截⾯上的机械能总和是相等的。在有摩擦⽽没有外功输⼊时,任意两截⾯间机械能的差即为摩擦损失。
流体静压能可⽤测压管中液柱的⾼度来表⽰,取流动系统中的任意两测试点,列柏努利⽅程式:
∑+++=++fhpugZPugZρ
ρ22
221
21122
对于⽔平管,Z1=Z2,则∑++=+fhpupuρ
ρ22
212122
若u1=u2,则P2
u2,p1
三、实验装置及仪器
图2-2伯努利实验装置图
装置由⼀个液⾯⾼度保持不变的⽔箱,与管径不均匀的玻璃实验管连接,实验管路上取有不同的测压点由玻璃管连接。⽔的流
量由出⼝阀门调节,出⼝阀关闭时流体静⽌。
四、实验步骤及思考题
3、关闭出⼝阀7,打开阀门3、5,排出系统中空⽓;然后关闭阀7、3、5,观察
并记录各测压管中的液压⾼度。思考:所有测压管中的液柱⾼度是否在同⼀标
⾼上?应否在同⼀标⾼上?为什么?
4、将阀7、3半开,观察并记录各个测压管的⾼度,并思考:
(1)A、E两管中液位⾼度是否相等?若不等,其差值代表什么?
(2)B、D两管中,C、D两管中液位⾼度是否相等?若不等,其差值代表什么?
5、将阀全开,观察并记录各测压管的⾼度,并思考:各测压管内液位⾼度是否变
化?为什么变化?这⼀现象说明了什么?
五、实验数据记录
.
液柱⾼度ABCDE
阀门
关闭
半开
全开
实验⼆雷诺实验
⼀、实验⽬的
1、观察流体在管内流动的两种不同型态,加强层流和湍流两种流动类型的感性认识;
2、掌握雷诺准数Re的测定与计算;
3、测定临界雷诺数。
⼆、基本原理
雷诺(Reynold)⽤实验⽅法研究流体流动时,发现影响流动类型的因素除流速u外,还有管径(或当量管径)d,流体的
密度ρ及粘度µ,由此四个物理量组成的⽆因次数群Re的值是判定流体流动类型的⼀个标准。
µ
ρ
duRe=
(1-1)
Re2000~2300时为层流,Re4000时为湍流,2000
从雷诺数的定义式来看对同⼀个仪器d为定值,故u仅为流量的函数。对于流体⽔来说,ρ、µ⼏乎仅为温度的函数。因此确定
了⽔的温度及流量,即可计算雷诺数。
注意:
雷诺实验要求减少外界⼲扰,严格要求时应在有避免震动设施的房间内进⾏。如果条件不具备,演⽰实验也可以在⼀般房间内
进⾏。因为外界⼲扰及管⼦粗细不均匀等原因,层流的雷诺数上界达不到2000,只能达到1600左右。
层流时红墨⽔成⼀线流下,不与⽔相混。湍流时红墨⽔与⽔混旋,分不出界限。
三、实验装置及仪器
试验装置如图1-1所⽰,液⾯保持⼀定⾼度的⽔箱与玻璃测试管相连,⽔箱上放有颜⾊⽔瓶,测试管上安有带针头的胶塞,
⽤出⼝阀调节流量,⽤⼦流量计测定流量。试验时⽔由⾼位⽔箱进⼊玻璃管,槽内⽔由进⽔管供应,槽内设有进⽔稳流装置
及溢流箱⽤以维持平稳⽽⼜稳定的液⾯,多余之⽔由溢流管排⼊⽔沟。
图1-1雷诺实验装置
四、实验步骤
1、检查针头是否堵塞,颜⾊⽔是否沉淀。
2、向⽔箱内注⽔。
3、打开出⼝阀,排除实验管中的⽓体。
进⽔出⽔阀⽔箱
玻璃试验管颜⾊⽔
溢流
4、开启上⽔阀,使⾼位槽充⽔⾄产⽣溢流时关闭(若条件许可,此步骤可在实验前数⼩时进⾏,以使⾼位槽中的⽔经过静
置,消除旋流,提⾼实验的准确度)。
5、开颜⾊⽔阀,使颜⾊⽔由针头注⼊玻璃试验管。
6、逐步开⼤排⽔阀,观察不同雷诺数时的流动状况,并把现象记⼊表中。
7、做两种情况下的对⽐实验:
(1)关闭⾼位槽的进⽔阀,保持液⾯平静,从观察的玻璃管中,测取管中⽔流从层流变为湍流时的Re临界值。注意,此时
液⾯虽平静,但液⾯的⾼度是在缓慢下降的。
(2)开启⾼位槽的进⽔阀以保持槽中液⾯⾼度不变,但此时液⾯是不平⽽有波动的,测取此时的Re临界值,并分析和⽐较两
种情况下的实验结果。
8、观察层流时流体质点的速度分布。层流时,由于流体与管壁间的摩擦⼒及流体内摩擦⼒的作⽤,管中⼼处流体质点速度最
⼤,愈靠近管壁速度愈⼩。因此,静⽌时处于同⼀横截⾯的流体质点,开始层流流动后,由于速度不同,组成了旋抛物⾯
(即由抛
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