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1、1流体机械实验指导书专业_矿山机电专业 班级_姓名_ 学号_ _2实验一 伯努力方程实验一、实验目的1.验证伯努力方程式并绘制测压管的水头线2.验证流体连续性方程式；3.掌握流体动压力的测量原理和方法；4.通过改变各测试口的位置，观察其水头线的变化情况，加深对伯努力方程式的理解和认识。二、实验原理1 (1)2sv2 (2) WhgvpZgpZ22113皮托管测压原理在收缩段，由于流动面 A 不断减小，因而流速 V 连续增加，测管水头 h 连续下降。喉管处断面最小，流速最大，测管水头最低，相反，在扩张管段中，流动断面扩大，流速减小，测管水头不断地得到恢复。此外，方程(1)、(2)表明，无论流动中
2、的参数如何变化，所有断面上的总水头 H 和流量 Q 都保持相等，就是说流体流动一直遵守着能量守恒和物质守恒两个基本定律。如实验图 1 所示。实验图 1 伯努力方程侧量原理图上述重要现象和规律将在实验中通过 11 根测压管的水面变化和读数加以验证。现将公式 (2)作如下变换，并用下标 i 表示测压管的编号。例如 i=4，表示喉管处第四根测压管。将公式(2)移项后，除以断面 4 的速度水头，得：3(3)24124vghii考虑到连续性方程(1)，故：(4)2421424)(ii Agvh公式(3)、(4)表明，测管水头变化与速度水头变化的相对值完全取决于流动断面的几何比例。这就进一步揭示了断面、流
3、速和测管水头之间的关系，根据公式(4)画出测压管水头变化的理论曲线，然后将测量的实验结果点上去并加以比较，两者应当一致的，如实验图 2 所示。实验图 2 伯努力方程侧量水头线三、实验设备伯努力方程实验仪器四、步骤1实验前准备1)检查各仪器是否完好，各接头是否漏水；2)通电检查电机、水泵是否正常；3)检查各标尺是否在同一高度并调节好；4)检查各阀门试验头是否通及方位是否正确；2.实验步骤1)空载起动电动机；2)关闭阀门，观察各测试管液柱高度，并记录结果；3)缓慢打开阀门，逐个改变各测试管的阀口，观察各测试管液柱高度，并记录结果。五、数据处理1)针对流量为 、 时，分别测出 11 个测点的静压水头
4、高 ，填写到实验表格 11Q2 ih中。2)绘制测压管水头变化的理论曲线和实际测试曲线。3)实验结果分析。4实验表 1 伯努力方程实验数据表测量序号 mmid mmih m/s)(2ihHgv m3/hvAQ1234567891011实验表 2 流体连续性方程实验数据表测量序号 mmdi m/siv m3/hvAQ12345678910六 、思考问题1.伯努力方程的几何意义？2.如何测得速度水头的？原理是什么？3.如何测得压力水头？原理是什么？5实验二 雷诺实验一、实验目的1.观察管中水流动时，层流与紊流的流动现；2.了解流动状态与雷诺数值之间的关系；3.测量临界雷诺数。二、实验原理(5)Vd
5、Re三、实验设备雷诺实验仪器，仪表、量杯、温度计和颜料。四、实验步骤1.将红颜色水稀释注入红水盒中(量要足够，占容量的 2/3)；2.打开闸阀和进水阀，使水箱装满水并保持恒定水位(即稳流状态)；3.在闸阀稍开的情况下，将红色液流调到适中大小，水流呈现层流状态，观察并记录。4.通过控制尾水调节阀，即水流速度的大小，即可观察到三种不同的流动状态，层流状态、过渡状态和紊流状态。5.水进入紊流状态后，由测试数据计称出上临界雷诺数 Re 上 。6.轻轻地关闭尾水调节阀，使水流由紊流状态转变为层流状态，并由测试的数据计算出下临界雷诺数 Re 下 。五、数据处理实验表 3 雷诺实验数据测量序号 v m/s
6、d mm m2/sVdRe12345678910六、思考问题1.误差产生的原因是什么？2.影响流动状态的因素有哪些？3.为什么 Re 上 Re 下 ？6实验三 水泵的性能测定实验一、水泵性能测定实验的目的和要求测定水泵性能的目的，是为了获得水泵的实际运转特性。这对鉴定排水系统的布置和设备容量的配置是否合理；对鉴定检修质量，总结检修工作，改进检修工作，改进检修方法；对掌握排水设备的性能变化，以便及时调节工况，使之高效率运转等都具有重要意义。因此，水泵的性能测定是矿山排水设备技术管理中的一项重要的内容。在进行水泵性能测定时，要求以流量作为测定的基础。在各种不同流量下，测定并计算出相应的扬程、轴功率
7、、效率和转速等工作参数，进而绘制出各性能特性曲线。测定中，利用排水管路上的调节闸阀来改变水泵的流量。流量的控制可由小到大(闸阀由全闭而逐渐开起)或由大到小(闸阀由全开逐渐关闭)，也可两种方法交替进行，以便相互修正各测点读数。各种不同流量的调节，至少要改变 56 次，即 56 个测点，必在时还可增至 710 个测点。在水泵的工业利用区内和最高效率点附近多测几个点，对分析水泵的性能是有益的。由于水泵在不同工况点工作时，电动机出力不同，故用异步电动机拖动水泵时，各工况点的转速将是不同的。所以，水泵的性能曲线，一般是把各测点读数换算为某一标准转速值之后绘制出来的。如果各测点的转速相差很小，根据具体情况
8、，亦可不进行换算。二、主要参数的测定1、 流量的测定流量是一个重要的性能参数，测取的方法很多。主要有容 积 法、流量计法、速度法和堰流法。常用仪器有孔板或喷 嘴、文德里管；水堰；超声波流量计和均压管等。(1)用管式流量计测定流量管式流量计有喷嘴、孔板和文德里流量计三种类型。其工作原理是利用水通过喷嘴、孔板和文德里管的缩小断面时，流速加快，动压增加，而在两测压断面间产生压差，然后用压差计测出压差值，即可算出相应的流量，所以，这三种类型的流量计计算流量的公式基本相同。实验图 3 为标准喷嘴剖面图，其主要尺寸列于图中。喷嘴装在泵房内的排水管上，实验图 3 标准喷嘴剖面图如实验图 4 所示。在日常运转
9、中，闸阀 5 关闭，测水管 7 不通。测定时关闭闸阀 3，同时打开闸阀 5，使管 7 临时作排水管用。此时喷嘴前后两侧小孔所接的 U 形水银压差计的两端出现压力差。由第三章知，水泵的流量为实验图 4 泵房内喷嘴装设示意图7(6)121442 ghdDQ式中 流量系数，一般 =0.950.98D排水管内径,m；d喷嘴直径,m；hU 型压差计读数，m g水银密度，kg/m 3 水的密度，kg/m 3当喷嘴装在如实验图 4 所示的排水管中部时,喷嘴前的水管(进水侧)在 10 倍水管直径的长度内以及喷嘴后水管(出水侧)在 5 倍水管直径的长度内,不得有弯曲,变径及任何局部装置,以便水流形状维持正常,提
10、高测定的精确性。喷嘴也可以安装在排水管出口处,测定时装上,测完后卸下,对排水无影。这种方法简便，操作容易，故在煤矿中得到广泛使用。但将喷嘴安装在管路出口，由于喷嘴前后的介质不同，易产生脱流现象而使测量的精度降低。(2)用堰口板测量流量在水流断面上设一障壁，使水溢流而过，这个障壁称之为堰。用堰测量流量的特点是：设备制造简单，使用方便、容易。如果堰板加工尺寸符合要求，安装正确，就可以达到一定的测量精度。量水堰一般均安装在水泵排水管出口处的堰槽内，如实验图 5 所示。习惯上，把堰板前的水流称为上游，把堰板后的水流称为下游。堰槽内水面至堰口前逐渐下降，尚未下降的水面至堰口下边缘(对三角形堰是指堰口最低
11、)的垂直距离 H 称为堰上水头。实验图 5 水堰结构堰槽分为三部分：导流部分、整流部分、工作部分。长度为 l3的导流部分接受被测水。为防止水溅出，受水管的下端应潜入水面，且该部分容积应尽可能大些。长度为 l2的整流部分由几道整流栅组成，水经此部分后，削弱了余波，流动更加均匀。长度为 l1的工作部分要有足够的长度，以便使水能平稳在流进堰口板。为了测出堰上水头 h，在槽侧壁上开有直径为 1030mm 的孔，使槽与透明的水位管连通，于是管内水位与槽内水位相同。水位高低，可用装在槽边上的水位测针测出。堰的各部分长度可由实验表 3查出。堰口板是水堰的关键部件，根据测定的流量大小可用三角堰、矩形堰和全宽堰
12、。板的剖面如实验图 6，通常取刀口宽 2mm，口与内侧成 90，外侧倾角 45，刀口要保持棱角，各角允许误差5，全宽和矩形堰开口两侧边缘间距，允许误差为0.001B 和0.001b，选用不生锈和耐腐蚀材料制作。8实验表 4 测流量堰口参数及计算流量公式水槽侧板与底板成 90相交，允许误差5。侧壁要有足够的刚度，不得由于水压而变形。为了保持槽底水平，应有可调支撑。通过堰口的流量，可根据堰上水头 h，用实验表 4 提供的公式计算。实验图 6 堰口板剖面2、扬程的测定水泵的扬程可用装在水泵进出口法兰盘小孔上的真空表和压力表测定。在实验图 7中，以水泵轴心线为基准，列出真空表和压力表安装点所在的两断面
13、的伯努利方程式，并忽略真空表表盘高出水泵轴心线的距离，则 gvpzgvpHayxza 22(7)zPxpy2式中 H水泵的扬程，m ；pa大气压力，Papy压力表读数，Papz真空表读数，Pavx、 vp吸水管和排水管中水的平均速度，m/sz由安装真空表处到压力表中心的垂直高度，m 水的密度，kg/m 3如吸、排水管直径相等，则 vx=vp，上式便可写为(8)zPHy实验图 7 水泵扬程的测定3、轴功率的测定矿用离心式水泵都是用电动机直接带动的。在测得了电动机的输入功率后，再乘以电动机效率，即为水泵的轴功率。因此，要得知水泵的轴功率，必须首先测定出电动机的输入功率。输入功率的测定，可采用下述两
14、种简便方法。 用电压表9电流表和功率因数表测定电动机的输入功率由电工学知，在交流电路中，功率等于电压、电流及功率因数三者的乘积。即电动机的输入功率为(9)cos103UIPdr式中 P dr电动机的输入功率，Kw；U电源电压，VI输入电动机电流，Acos 电动机的功率因数。如果没有功率因数表，可从电动的铭上查得额定功率下的功率因数值，再乘以实验表 5 所列的功率因数降低系数，即为电动机在运转状态下的近似功率因数值。实验表 5 一般感应电动机在功率因数随负载变化情况表在低压线路上，测量电流和电压时，应将电流表串联在要测量电流的线路上，将电压表并联在要测量电压的某两点上。在高电压或大电流线路中，必
15、须借助电压互感器和电流互感器进行测量，如实验图8 和实验图 9。在计算时，原电流 I 为副边电流 I与变流比 ki 的乘积，即，A (10)Ii原电压 U 为副边电压 U与变压比 kv 的乘积，即，V (11)在使用互感器时，绝对不能断开正在运行的电流互感器的副电路，否则将产生较高的电压，损坏电流互感器，并且对工作人员的安全造成威胁。实验图 8 用三个电流互感器的测量线路实验图 9 用三相电压互感器测量高压的接线图 用功率表测定电动机的输入功率电动机输入功率还可直接用功率表测定。用三相功率表测定三相功率最为方便，但一般都用两个单相功率表来测定，其线路如实验图 10 所示。负载情况 空载 负载 负载 负载 满载功率因数修正值 0.23 0.56 0.86 0.95 110实验图 10 两个单相功率表测三相功率当测量高电压和大电流电路的功率时，可同时利用电压互感器和电流互感器来扩大功率 表的量程，如实验图 11 所示。这时功率表
