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1、福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心学生实验报告工程流体力学实验题目：实验项目 1：毕托管测速实验实验项目 2：管路沿程阻力系数测定实验实验项目 3：管路局部阻力系数测定实验实验项目 4：流体静力学实验姓名：学号：实验指导教师姓名：庞胜华同组成员： _范富童 吴怀强 辛睿 2 0 1 3 年 6 月 2 3 日实验一 毕托管测速实验一、实验目的和要求1通过对管嘴淹没出流点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能； 2了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体力学量测仪器 的现实作用。二、实验装置本实验的装置如图一所示5&7 B91011 121.白循环供水器
2、 1宾验台5.恒乐供水箱氐管酯9.赠压看10.测乐计图一 毕托管测速实骏装置图工可挫硅无级调逋器4.水庭调W阀化毕托骨fl.粧水紹与导轨H.滑动蓟盘尺12上回水管说 明： 经淹没管嘴6，将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值。测压计11 的 测压管 1、2和以测量高、低水箱位置水头，测压管3、4 用以测毕托管的全压水头和静压水头，水位 调节阀4 用以改变测点的流速大小。三、实验原理u c2gAh (1)式中u毕托管测点处的点流速；c 毕托管的校正系数；(2)(3)Ah毕托管全压水头与静水压头差。联解上两式可得式中u测点处流速，由毕托管测定；测点流速系数； Ah管嘴的作用水头
3、。四、实验方法与步骤1.准备(a)熟悉实验装置各部分名称、作用性能，分解毕托管，搞清构造特征、实验原理。(b) 用医塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。(c) 将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约23cm,上紧固定螺丝。2开启水泵 顺时针打开调速器开关 3，将流量调节到最大。3排气 待上、下游溢流后，用吸气球(如医用洗耳球)放在测压管口部抽吸，排除毕托管及 各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平，液面不齐平可能是空气没有 排尽，心须重新排气。4测记各有关常数和实验参数，填入实验表格。5改变流速操作调节阀4 并相应调节调速器3，溢流量适中，共可获得三个
4、不同恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量。6完成下述实验项目：(1) 分别沿垂向和纵向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布；(2) 在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在610 倍以内时，误差在25%以上，不 宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。7实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。五、实验成果及要求实验装置台号No_3表 1 记录计算表校正系数 c= 1.002k= 44.360 cm0.5/s实验次序上、下游水位差（cm）毕托管水头差（cm）h1h2h3h436.615.521.135.415.919.536.615.521.116
5、.015.40.636.615.521.115.515.40.132.215.516.729.815.714.132.215.516.730.615.615.032.215.516.715.815.40.427.415.511.927.015.611.427.415.511.915.815.40.427.415.511.915.415.30.1测点流速u =（cm/s）195.88834.36114.028166.572171.80628.056149.77728.05614.028测点流速系数0.9630.1690.0690.9210.9500.1550.9810.1840.092六、实验分
6、析与讨论1利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？ 答：若测压管内存有气体，在测量压强时，水柱因含气泡而虚高，使压强测得不准确。排气后的 测压管一端通静止的小水箱中（此小水箱可用有透明的机玻璃制作，以便看到箱内的水面），装有玻 璃管的另一端抬高到与水箱水面略高些，静止后看液面是否与水箱中的水面齐平，齐平则表示排气已 干净。2毕托管的压头差Ah和管嘴上、下游水位差AH之间的大小关系怎样？为什么？一般毕托管校正系数c=ll%。（与仪器制作精度有关）。喇叭型进口的管嘴出流，其中心点的点流 速系数呼=0.9961%。所以心也方。3. 所测的流速系数说明了什么？答：若管嘴出流的作用水头为
7、汩，流量为Q,管嘴的过水断面积为A,相对管嘴平均流速v,则 有“=号=卩卯称作管嘴流速系数。若相对点流速而言，由管嘴出流的某流线的能量方程，可得式中：Q为流管在某一流段上的损失系数；呼为点流速系数。本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得0=0.995,表明管嘴轴心处的水流由势能转换为动能的过程 中有能量损失，但甚微。4. 据激光测速仪检测，距孔口 23cm轴心处，其点流速系数为0.996,试问本实验的毕托管 精度如何？答：若以激光测速仪测得的流速为真值 u , 则有u = 0j2gAH =0.996j2 x 980 x 21.1=202.55cm/s而毕托管测得的该点流速为203.30cm/s，则=
8、3.7%。5. 普朗特毕托管的测速范围为0.22m/s,流速过小过大都不宜采用，为什么？ 另，测速时要求探头对正水流方向（轴向安装偏差不大于10度），试说明其原因（低流速可倾斜 压差计）。答：（1）施测流速过大过小都会引起较大的实测误差，当流速u小于0.2m/s时，毕托管测得的压 差“ h亦有 = 0.204c返 1960若用30倾斜压差计测量此压差值，因倾斜压差计的读数值差“ 为轨二 tih f sm 30= 2 x 0.204 二 0.40&m那么当有0.5mm的判读误差时，流速的相对误差可达6%。而当流速大于2m/s时，由于水流流经毕托管头部时会出现局部分离现象，从而使静压孔测得的压 强
9、偏低而造成误差。（2）同样，若毕托管安装偏差角（）过大，亦会引起较大的误差。因毕托管测得的流速u是实 际流速u在其轴向的分速WCOSCf，则相应所测流速误差为若口 10,则沙一込妙二6为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的流体测速仪器？ 答：毕托管测速原理是能量守恒定律，容易理解。而毕托管经长期应用，不断改进，已十分完善 。 具有结构简单，使用方便，测量精度高，稳定性好等优点。因而被广泛应用于液、气流的测量（其测 量气体的流速可达 60m/s）。光、声、电的测速技术及其相关仪器，虽具有瞬时性，灵敏、精度高以及自动化记录等诸多优点 有些优点毕托管是无法达到的。但往往因其机
10、构复杂，使用约束条件多及价格昂贵等因素，从而在应 用上受到限制。尤其是传感器与电器在信号接收与放大处理过程中，有否失真，或者随使用时间的长 短，环境温度的改变是否飘移等，难以直观判断。致使可靠度难以把握，因而所有光、声、电测速仪 器，包括激光测速仪都不得不用专门装置定期率定（有时是利用毕托管作率定）。可以认为至今毕托管测速仍然是最可信，最经济可靠而简便的测速方法。实验二 管路沿程阻力系数测定实验一、实验目的要求1加深了解园管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律；1 掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气水压差及水水银多管压差计测 量压差的方法；3将测得的Re入关系值与莫迪图对比，分析其合理
11、性，进一步提高实验成果分析能力。二、实验装置本实验的装置如图一所示。團一自嗎环泪轻水共掏头实药监.闕m*,當仏鬲计 嵐胆子 J- st屹曲甲旳卩词 ra. da雁滞2.渎业時5叭旺订需砒则F尺1 I-供朋桂夙供曲刑1J- 1* 皆&审抽肯it12悄和y?尽悄通刈LhkJ根据压差测法不同，有两种型式：型式I压差计测压差。低压差用水压差计量测；高压差用水银多管式压差计量测。装置简图如图一所示。型式II电子量测仪测压差。低压差仍用水压差计量测；而高压差用电子测仪（简称电测仪）量测。与型式I比较，该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪（图二）所取代。本实验装置配备有：1自动水泵与稳压器自循环高压恒定
12、全自动供水器3由离心泵、自动压力开关、气水压力罐式稳压器等组成。压力 超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响 离心泵的输水是先进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。由于本实验装置所采用水泵的特性，在供水流量时有可能时开时停，从而造成供水压力的较大波 动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管（图中未标出），通过分流可使水泵 持续稳定运行。旁通管中设有调节分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀，实验流量随旁通阀开度减小（分 流量减小）而增大。实际上旁通阀又是本装置用以调节流量的重要阀门之一。3水封面为了简化排气，并防止实验中再进气和误
13、操作引起的水银外溢。在水银压差计的连 通管上装有水封器，水封器由2 只充水（不满顶）的密封立筒构成（图一）。4电测仪由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点（畋 7.2）。压差读数（以米水柱为单位）通过主机显示。三、实验原理由达西公式r=jr3g/8z另由能量方程对水平等直径园管可得h/=（Fi PsVz压差可用压差计或电测。对于多管式水银压差有下列关系(3)二為_片十為一尽式中，尸、怡分别为水银和水的容重；址为汞柱总差。四、实验方法与步骤准备I对照表装置图和说明搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；检查蓄水箱、水位是否够高及旁通阀12 是否已关闭。否则予以补水并关闭阀门；记录有
14、关实验常数；工作 管内径d和实验管长l（标志于蓄水箱）。准备II启动水泵。本供水装置采用的是自动水泵，接通电源，全开阀12打开供水阀11,水泵自动开启供水。准备III调通量测系统。（1） 通水、排气对各有关量测仪及其连通管按下列程序充水排气：【实验管道】 关闭旁通阀 12，全开水供水阀 11 和出水阀 10。【水压差计】 关闭阀 10/全开阀 12/松开（水压计连通管）止水夹/开启阀 11（待测管升至一定 高度，再按下列步序适当降低，以保证有足够的量程）/旋开倒U管旋钮F1 （图一）/全关阀1/ （待倒 U型管水位降至测尺标值10cm左右）拧紧F1，【水银压差计】检查水封器13充水度是否够，当无压下水位低于2/3筒高时，按下列步骤进行充水：关闭阀 10/开启阀 10若干次，直至连通管气泡排净为止。【压力传感器】关闭阀 10/开启阀 11/打开排气旋钮（图二）待旋孔溢水再拧紧。（2） 校核关闭阀 10/全开阀 11/检查水压差计两测管中水位平否？以及水银压差计是否满足 如二為人乜尽=0?否则按上述步骤重新排气。实验量测（1） 调节流量 实验可按流量由小到大依资助进行；微开阀10（阀 12已全开） ，使流量逐次 增大，其增量，在流量较小时，用水压
