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1、实验一实验一 自循环流动演示仪自循环流动演示仪一、实验目的一、实验目的1、显示逐渐扩散、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩、壁面冲击、直角弯道等平面上的流动图像。2、显示文丘里流量计、孔板流量计、圆弧进口管咀流量计以及壁面冲击、圆弧形弯道等串联流道纵剖面上的流动图像。3、显示 30弯头、直角圆弧弯头、直角弯头、45弯头以及非自由射流等流段纵剖面上的流动图像。4、显示 30弯头、分流、合流、45弯头，YF 一溢流阀、闸阀及蝶阀等流段纵剖面上的流动图谱。其中 YF 一溢流阀固定，为全开状态，蝶阀活动可调。5、显示明渠逐渐扩散，单圆柱绕流、多圆柱绕流及直角弯道等流段的流动图像。6、显示明渠渐扩、桥墩形钝体
2、绕流、流线体绕流、直角弯道和正反流线体绕流等流段上的流动图谱。二、实验原理二、实验原理1、在逐渐扩散段可看到由边界层分离而形成的旋涡，且靠近上游喉颈处，流速越大，涡旋尺度越小，紊动强度越高；而在逐渐收缩段，无分离，流线均匀收缩，亦无旋涡，由此可知，逐渐扩散段局部水头损失大于逐渐收缩段。在突然扩大段出现较大的旋涡区，而突然收缩只在死角处和收缩断面的进口附近出现较小的旋涡区。表明突扩段比突缩段有较大的局部水头损失(缩扩的直径比大于 O.7 时例外)，而且突缩段的水头损失主要发生在突缩断面后部。由于本仪器突缩段较短，故其流谱亦可视为直角进口管咀的流动图像。在管咀进口附近，流线明显收缩，并有旋涡产生，
3、致使有效过流断面减小，流速增大。从而在收缩断面出现真空。在直角弯道和壁面冲击段，也有多处旋涡区出现。尤其在弯道流中，流线弯曲更剧，越靠近弯道内侧，流速越小。且近内壁处，出现明显的回流，所形成的回流范围较大，将此与 ZL 一 2 型中圆角转弯流动对比，直角弯道旋涡大，回流更加明显。2、文丘里流量计的过流顺畅，流线顺直，无边界层分离和旋涡产生。在孔板前，流线逐渐收缩，汇集于孔板的孔口处，只在拐角处有小旋涡出现，孔板后的水流逐渐扩散，并在主流区的周围形成较大的旋涡区。由此可知，孔板流量计的过流阻力较大；圆弧进口管嘴流量计入流顺畅，管嘴过流段上无边界层分离和旋涡产生：在圆形弯道段，边界层分离的现象及分
4、离点明显可见，与直角弯道比较，流线较顺畅，旋涡发生区域较小。3、在每一转弯的后面，都因边界层分离而产生旋涡。转弯角度不同，旋涡大小、形状各异。在圆弧转弯段，流线较顺畅，该串联管道上，还显示局部水头损失叠加影响的图谱。在非自由射流段，射流离开喷口后，不断卷吸周围的流体，形成射流的紊动扩散。在此流段上还可看到射流的“附壁效应”现象。4、在转弯、分流、合流等过流段上，有不同形态的旋涡出现。合流涡旋较为典型，明显干扰主流，使主流受阻，这在工程上称之为“水塞”现象。为避免“水塞” ，给排水技术要求合流时用 45三通连接。闸阀半开，尾部旋涡区较大，水头损失也大。蝶阀全开时，过流顺畅，阻力小，半开时，尾涡紊
5、动激烈，表明阻力大且易引起振动。蝶阀通常检修用，故只允许全开或全关。5、单圆柱绕流时的边界层分离状况，分离点位置、卡门涡街的产生与发展过程以及多圆柱绕流时的流体混合、扩散、组合旋涡等流谱。 （1）边界层分离将引起较大的能量损失。（2）卡门涡街圆柱的轴与来流方向垂直，在圆柱的两个对称点上产生边界层分离后，不断交替在两侧产生旋转方向相反的旋涡，并流向下游，形成冯卡门(Von Karman)“涡街” 。多圆柱绕流，被广泛用于热工中的传热系统的。 “冷凝器”及其他工业管道的热交换器等，流体流经圆柱时，边界层内的流体和柱体发生热交换，柱体后的旋涡则起混掺作用，然后流经下一柱体，再交换再混掺。换热效果较佳
6、。6、流线形柱体绕流，这是绕流体的最好形式，流动顺畅，形体阻力最小。又从正、反流线体的对比流动可见，当流线体倒置时，也现出卡门涡街。因此，为使过流平稳，应采用顺流而放的圆头尖尾形柱体。7、经喷嘴喷射出的射流(大信号)可附于任一侧面，若先附于左壁，射流经左通道后，向右出口输出；当旋转仪器表面控制圆盘，使左气道与圆盘气孔相通时(通大气)，因射流获得左侧的控制流(小信号)，射流便切换至右壁，流体从左出口输出。这时若再转动控制圆盘，切断气流，射流稳定于原通道不变。如要使射流再切换回来，只要再转动控制圆盘，使右气道与圆盘气孔相通即可。三、实验仪器三、实验仪器四、实验步骤四、实验步骤1、起动打开旋钮，关闭
7、掺气阀，在最大流速下便显不回网侧下水道充满水。2、掺气量调节旋动调节阀 5，可改变掺气量(ZL-7 型除外)。注意有滞后性，调节应缓慢，逐次进行，使之达到最佳显示效果。掺气量不宜太大，否则会阻断水流或产生振动(仪器产生剧烈噪声)。 五、实验现象分析与讨论五、实验现象分析与讨论1、旋涡的大小和紊动强度与流速有何关系？2、突扩段比突缩段的局部水头损失大小比较？3、合流涡旋较为典型，明显干扰主流，使主流受阻，这在工程上称之为水塞”现象。为避免“水塞”应采取什么措施？4、流线形柱体绕流，这是绕流体的最好形式，流动顺畅，形体阻力最小。又从正、反流线体的对比流动比较，为使过流平稳，应采用哪种流线体？实验三
8、实验三 不可压缩流体恒定流能量方程不可压缩流体恒定流能量方程(伯努利方程伯努利方程)实验实验一、实验目的一、实验目的1验证流体恒定总流的能量方程；2通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性；3掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。二、实验装置二、实验装置本实验的装置如图 1-1 所示。图图 1-1 自循环伯努利方程实验装置图自循环伯努利方程实验装置图1自循环供水器； 2实验台； 3可控硅无级调速器； 4溢流板；5稳水孔板；6恒压水箱； 7测压计； 8滑动测量尺； 9测压管；10实验管道；11测压点； 12毕托管； 13实验流量调节阀。
9、说明:本仪器测压管有两种：1毕托管测压管(表 1-1 中标*的测压管)，用以测读毕托管探头对准点的总水头pZ，须注意一般情况下 H与断面总水头，不同（因一般2 ()2puHZg2 ()2puHZguv） ，它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；2普通测压管(表 1-1 未标*者)，用以定量量测测压管水头。实验流量用阀 13 调节，流量由体积时间法(量筒、秒表另备)、重量时间法(电子称另备)或电测法测量(以下实验类同)。三、实验原理三、实验原理在实验管路中沿管内水流方向取 n 个过水断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式(i=2，3，n)取 a1 = a2 = an = 1,选
10、好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出 值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速 u 及，从而即可得到各断面测管水头和总水22av g头。四、实验步骤四、实验步骤1熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。2打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因(例连通管受阻、漏气或夹气泡等)并加以排除，直至调平。3打开阀 13，观察思考1)测压管水头线和总水头线的变化趋势；2)位置水头、压强水头之间的相互关系；3)测点(2)、(3)测管水头同否?为什么?4)测点(12)、(13)测管水头是否不同?为什
11、么?5)当流量增加或减少时测管水头如何变化?4调节阀 13 开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(毕托管供演示用，不必测记读数)。5改变流量 2 次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使 19 号测管液面接近标尺零点。五、实验数据记录及处理五、实验数据记录及处理1记录有关常数 实验装置台号 No_22 11 1 1122iii iipavpa vZZhwgg2量测，并记人表 1-2。pZ3计算流速水头和总水头。（1）流速水头 表表 1-3（1）流速水头表）流速水头表Q （cm3/s）Q （cm3/s）Q （cm3/s） 管径管径 d（cm）A(cm2)V（cm/s）V2/
12、2g（cm）A(cm2)V（cm/s）V2/2g（cm）A(cm2)V（cm/s）V2/2g（cm）1.371.002.00(2)总水头 表表 1-3（2）总水头表）总水头表测点编号测点编号2 3457913151719Q （cm3/s）表表 1-1 管径记录表表管径记录表表表表 1-212实验次数34绘制上述成果中最大流量下的总水头线 EE 和测压管水头线 PP(轴向尺寸参见图 2-2，总水头线和测压管水头线可以绘在图 2-2 上)。提示： 1PP 线依表 1-2 资料绘制，其中测点 l0、11、13 资料不用；2EE 线依表 1-3(2)资料绘制，其中测点 10、11 资料不用；3在等直径
13、管段 E-E 与 PP 线平行六、思考题及讨论六、思考题及讨论1测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同?为什么?2流量增加，测压管水头线有何变化?为什么?3测点 2、3 和测点 10、11 的测压管读数分别说明了什么问题?4试问避免喉管(测点 7)处形成真空有哪几种技术措施?分析改变作用水头(如抬高或降低水箱的水位)对喉管压强的影响情况。5毕托管所显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都略有差异，试分析其原因。图 2实验四实验四 雷诺实验雷诺实验一、实验目的一、实验目的1观察层流、紊流的流态及其转换特征；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
14、方法，并了解其实用意义。二、实验装置二、实验装置本实验的装置如图 2-1 所示图图 2- -1 自循环雷诺实验装置图自循环雷诺实验装置图1自循环供水器； 2实验台； 3可控硅无级调速器； 4恒压水箱；5有色水水管；6稳水孔板； 7溢流板； 8。实验管道； 9实验流量调节阀。供水流量由无级调速器调控使恒压水箱 4 始终保持微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到 35 分钟。有色水经有色水水管 5 注入实验管道 8，可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用色水。三、实验原理三、实验原理44Re;vdQKQKdd 四
15、、实验步骤四、实验步骤1测记本实验的有关常数。2观察两种流态。打开开关 3 使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀 9，并注入颜色水于实验管内，使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。3测定下临界雷诺数。(1)将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调节到使颜色水在全管呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；(2)待管中出现临界状态时，用体积法或电测法测定流量；(3)根据所测流量计算下临界雷诺数，并与
16、公认值(2320)比较，偏离过大，需重测；(4)重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；(5)同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。注意： a、每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；b、关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；c、随出水流量减小，应适当调小开关(右旋)，以减小溢流量引发的扰动。4测定上临界雷诺数。逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数 l2 次。五、实验数据记录及处理五、实验数据记录及处理1记录、计算有关常数： 实验装置台号 No_管径 d=水温 t=运动黏度2 20.01775/10.033
