广东工业大学流体力学实验报告Word文件下载.docx
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雷诺数：
Re=pvd/u=vd/w=4qv/πdw=Kqv式中
K——常数，K=4/πdw;
p——液体密度，kg/m³
；
v——液体在管道中的平均流速，m/s;
d——管道内径，m;
u——液体的动力黏度，Pa·
s;
w——液体的运动黏度，m²
/s;
qv——体积流量，m³
/s。
2、实验步骤
（1）、开启进水开关，向水箱内注水。
到达一定水位高度，并保持适当的溢流，使水箱内水位稳定，在实验期间如出现水位变化时，应缓慢调节进水开关确保水箱内水位稳定。
（2）、开亮日光灯，稍微打开玻璃管放水开关，待管内空气排出后，松开墨水开关使墨水随玻璃管内主流一起流动。
此时可见管内水流处于层流状态。
（3）、缓慢放大放水开关，同时观察玻璃管内墨水变动情况，直到墨水线消失，此时即为层流转变为紊流的上临界状态。
（4）、从关闭状态开始逐渐开大放水开关，使玻璃管内水流从层流向紊流状态变化，再向湍流变化；
改变开关大小，每2L把出口管移向另一量杯，同时记录量杯中0-2L所需要的时间，可得流量。
（5）、重复步骤4记录10组数据。
（6）、然后逐渐关小放水开关，使玻璃管内水流由湍流逐渐向紊流状态变化，再向层流变化；
（7）、实验完成后，关闭墨水开关、日光灯开关及进水开关；
打开水箱排水开关和玻璃管放水开关，将 水箱内的水全部放尽；
将实验仪器整理好后放回指定位置；
整理实验数据，按规定格式撰写实验报告。
3、实验数据
（1）流量从小到大
体积流量（L/s）
0.016949
0.02439
0.044444
0.058824
0.074074
0.090909
0.105263
0.133333
0.166667
0.333333
单位时间（s）
118
82
45
34
27
22
19
15
12
6
管道直径mm
30
管道截面积mm2
706.8
流动速度m/s
0.02398
0.034508
0.062881
0.083225
0.104802
0.128621
0.148929
0.188644
0.235805
0.471609
雷诺数
549.1632
790.2592
1440.028
1905.919
2400.046
2945.512
3410.592
4320.084
5400.105
10800.21
流动状态
层
紊
手机实拍图
（2）流量从大到小
4、实验结论
1.临界雷诺数是2000，Re<
2000,该流是层流，2000<
Re<
4000,是过渡流，Re>
4000是紊流
2.雷诺数的变化范围广。
二、离心水泵性能实验
1、装置设计及原理介绍
本实验的工作流体介质为水，基于历史的实验数据大致选择了额定扬程He为20m，转速为2900r/min的一种离心泵实验装置，不可压缩流体在流动过程中，流体之间因相对运动切应力的做功，以及流体与固壁之间摩擦力的做功，都是靠损失流体本身所具有的的机械能来补偿的，这部分能量均不可逆转地转化为热能。
这种引起流动能量损失的阻力与流体的粘滞性和惯性，与固壁对流体的组织作用和扰动作用有关。
因此，为了得到能量损失的规律，必须同时分析各种阻力的特性，研究壁面特征的影响，以及产生各种阻力的机制，在边壁沿程不变的管段上，流动阻力沿程也基本不变，称为沿程阻力，克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失，由于沿程损失沿管段均布，即与管段的长度成正比，所以也称为长度损失。
实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下离心泵的各项性能参数，流量通过计量槽和秒表测量。
实验中直接测量量有P真空表、P压力表、电机功率N电、孔板压差ΔP、计量槽水位上升高度ΔL、时间t,根据上述测量量来计算泵的扬程He、泵的有效功率Ne、轴功率P。
计算式中：
H真空表——泵出口的压力，mH2O；
，
H压力表——泵入口的压力，mH2O；
H0——两测压口间的垂直距离，H0=0.85m。
（1）泵的有效功率和效率
由于泵在运转过程中存在种种能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值为低，而输入泵的功率又比理论值高，所以泵的总效率为
（2）泵的扬程He
He=H压力表+H真空表+H0
式中Ne——泵的有效效率，kW；
Q——流量，m3/s；
He——扬程，m；
Ρ——流体密度，kg/m3
由泵输入离心泵的功率N轴为
N轴=N电•η电•η传
式中：
N电——电机的输入功率，kW
η电——电机效率，取0.9；
η传——传动装置的效率，取1.0；
（3）、实验装置
2、实验步骤
在实验前了解离心泵的构造，掌握其操作方法和调节方法，熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法，检查电机和离心泵是否运转正常，打开泵的电源开关，观察电机和泵的运转情况，如若正常，可切断电源，准备实验，在实验开始的时候调节与沿程阻力系数测量管相匹配的阀门大小，每次测量时转动的阀门大小控制在很小的程度，并用计量槽计量液体流量，当流量大时，应当注意及时按动秒表和迅速移动活动接管，并多次测取机组数据，测量时液位计的高度差不小于200mm（为了防止因水面波动而引起的误差），使得每组数据变化的程度都很小，记录下每组数据的进口压力和出口压力，以及出口水压力以及温度，另一位同学观测离心泵功率，测定离心泵在恒定转速下的特性曲线，实验结束后停泵，此时要固定阀门开度，改变频率，测取8~10组数据并且记录，根据所得到的数据结合实验前理解的公式进行计算，计算出水泵扬程和水泵效率，并确定泵的最佳工作范围，测定孔板流量计的孔流系数，测定并绘制管路特性曲线。
3、实验数据
（1）、实验数据处理要求
（2）、设计数据记录表格
改变出口阀门，记录数据，整理数据
数据记录表格：
（流量从大到小，10组数据）（注：
水温为26.5摄氏度，水的密度在该温度下的密度为998.2kg/m^
（2））
体积流量L/min
194.9
193.3
189.2
182.2
172.2
145.2
101
98.6
86.7
72.3
进口压力Mpa
0.0321
0.032
0.0315
0.029
0.027
0.022
0.012
0.011
0.009
0.008
出口压力Mpa
0.076
0.081
0.092
0.105
0.121
0.156
0.203
0.205
0.213
0.221
离心泵功率
0.2
0.19
0.18
0.16
0.15
0.12
0.07
0.06
0.04
出口水温度
计算水泵扬程
11.7769
11.879
11.7667
12.216
12.6756
13.5436
14.0236
15.4226
18.1594
23.4595
计算水泵效率
20.80%
21.90%
22.41%
25.21%
26.37%
29.70%
36.67%
45.93%
71.33%
76.85%
又表可得图：
4、实验结论及分析
（1）、由上图可知，在恒定转速下,泵的扬程随流量的增大而减小，泵的流量随轴功率的增大而增大，这都与实际情况相符合，而泵的效率则存在最大值，是因为在轴功率比较小时，流体的容积损失功率和流动损失功率所占的比重比较大，而当轴功率比较大时，由圆盘摩擦损失与圆周速度的三次方成正比。
所以其效率也会相对比低。
。
（2）、在这么实验中可能出现的误差有：
人为操作所造成的误差，读取数据时的跳跃值取其一也可导致误差，在数据处理过程中有效值的取舍带来的误差等等。
三、局部阻力系数实验
1、实验设备
（1）、测记实验有关常数。
（2）、打开电子调速器开关，使恒压水箱充水，排出实验管道中的滞留气体。
待水箱溢流后，检查流量调节阀12全关时，各测压管液面是否齐平，若不平则需排气调平。
（3）、打开流量调节阀12至最大开度，如果测压管读数超出测量范围时，应适当关小流量调节阀12，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法或重量法测定流量。
（4）、改变流量调节阀12开度10次，分别测记测压管读数及流量。
（5）、实验完成后关闭流量调节阀12，检查测压管液面是否齐平，否则，需重做实验。
（1）、实验数据处理要求
（2）、设计数据记录表格
改变出口阀门开度，记录数据，整理数据
管道长度100mm管道直径为20mm，水温度29摄氏度）
5.95
5.76
5.29
4.65
3.31
2.65
1.82
1.37
0.94
0.68
压力差（Pa）
19.614
29.421
9.807
计算阻力系数
0.000110
0.000175
0.000138
0.000268
0.000177
0.000551
0.000583
0.00103
0.00219
0.00417
4、实验结论
测得的实验指标之间的联系如上表所示，流量随着压力损失的增大而减小，随着阻力系数的增大而减小。
有关各指标之间相互的关系在图中清晰表达出来。
实验中的偶然误差为人为操作时出现的实验失误或者操作不当等，实验中出现的系统误差为实验数据处理不当，调节阀门力度不同的实验误差，估读错误等
四、光滑管沿阻力系数实验
1、实验装置设计（原理、介绍）
与接下来的粗糙管沿程阻力系数实验一样，变量为所探究的相同长度和相同直径的硬质管道的表面粗糙程度不同。
圆管中的层流运动，可以看成无数无限薄的圆筒层，一个套着一个地相对滑动，各流层间互不掺混，这种轴对称的流动各流层间的切应力大小满足牛顿内摩擦式圆管层流的沿程阻力系数的计算式为
λ=64/Re，它表明圆管层流的沿程阻力系数仅与雷诺数有关，且成反比，而和关闭粗糙度无关，由于从理论上导出了层流时流速分布的解析式，因此，根据定义式，很容易导出圆管层流运动的动能修正系数α和动量修正系数α0：
α=2；
α0=1.33.紊流掺混使断面流速分布比较均匀。
层流时，相对来说，分布不均匀，两个系数值较大，不能近似为1，在实际工程中，大部分管流为紊流，因此系数α和α0均近似取值为1，工程问题中管内层流运动主要存在于某些小管径、小流量的户内管路或黏性较大的机械润滑系统和输油管路中。
层流运动规律也是流体黏度量测和研究紊流运动的基础。
（1）、检查蓄水箱，通过观察水位计估读水箱中的水位是否够高，若未达实验所要求的预定水位予以补水。
（2）、打开供水阀，开启水泵，接通电源，使得水泵自动开启供水。
（3）、关闭旁通阀，全开供水阀和出水阀，对实验管道充水排气。
对实验水泵系统进行排气处理
总管排气：
先将控制阀开足然后再关闭，重复三次，（目的为了使总管中的大部分气体被排走），然后打开总管排气阀，开足后再关闭，重复三遍。
引压管排气：
每次测直管阻力或测局部阻力时，打开相应的引压管放气阀，开、关重复三次。
压差计排气：
依次分别打开放气阀，开、关重复三次。
检验排气是否彻底是将控制阀开至最大，再关至为零，看压差变送器计读数，若前后读数相等，则判断系统排气彻底；
若前后读数不等，则重复上述过程。
（4）、关闭水压差阀./开启水压差阀。
松开（水压差计连通管）止水夹/开启阀（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型管旋钮F1/全开阀11/待倒U管齐水位降至测尺标值10CM左右拧紧F1，这样，水差压计调好待用。
（5）、对每组实验两侧的液柱高度差进行实验量测，取两侧水柱的差值，调节流量实验可按流量由大到小依次进行：
微开阀，使流量逐次增大，其增量，在流量较小时，用水压差计水柱差Δh控制，每次增量可取Δh=4~6mm（初次小些）。
（6）、关闭水泵和实验系统，进行打扫和数据处理，通过每组实验的体积流量和液柱高度算出的压力差计算出阻力系数和流速，并且计算出相对应的每组的雷诺数，画出结论中的曲线关系特性图，最后进行实验归纳总结。
沿程阻力系数测量装置设计实验（光滑管）
设计数据记录表格改变阀门开度，记录数据，整理数据
（流量从大到小，10组数据）管道长度：
100mm管道直径：
20mm水温度：
25摄氏度
19.4
22.1
26.2
30.4
36.5
36.6
41.7
45.7
49
压力差cm
11.2
15.9
19.6
24.3
32.3
39.5
46.1
52
58.8
0.003233076
0.002499801
0.002194395
0.001850998
0.001595268
0.00132866
0.00132503
0.00116298
0.001061185
0.000989717
计算流速
0.7958
1.0292
1.1724
1.3900
1.6128
1.9364
1.9417
2.2123
2.4245
2.5995
计算雷诺数
19795
25602
29165
34576
40119
48169
48301
55031
60310
64665
由上表可得图
4、实验总结
基于实验数据所绘画出的雷诺数-阻力系数关系图与历史上的莫迪图进行对比分析，两者在特定区域所呈现出的凸显形状和规律大致相同，符合实验结论的探究。
当每次调节一次阀门控制流量的时候，都需要稳定2~3min，随着实验进行管中的流量越小，稳定时间则需要越长，每次测流时段不少于8～10秒（流量大可短些）
要求变更流量不少于10次。
不可避免的系统误差（实验仪器损坏或本身所具有的误差，观察数据时记录错误）和偶然误差（相同组组员之间的估读方式不一样，各自处理的数据不同等代理的误差）
五、粗糙管沿阻力系数实验
1、实验装置
与上所述的光滑管沿程阻力系数实验一样，变量为所探究的相同长度和相同直径的硬质管道的表面粗糙程度不同。
实验数据处理要求
沿程阻力系数测量装置设计实验（粗糙管）
数据记录
（流量从大到小，10组数据）
管道长度：
1m管道直径：
20mm水温度：
29摄氏度
体积流量
16.7
22.9
27.1
27.8
31.7
33.1
35.8
37.7
39
40.2
压力差
2.6
9.6
13.6
21.6
28
35
41.2
47.5
55.4
62.6
0.00290396
0.002117735
0.001789525
0.001744465
0.001529847
0.00146514
0.00135464
0.00128637
0.001243491
0.001206372
0.8860
1.2149
1.4377
1.4748
1.6817
1.7560
1.8992
2.0000
2.0690
2.1327
22039
30221
35764
36687
41834
43682
47245
49752
51468
53052
由表可得图
雷诺数-阻力系数关系图与莫迪图对比，两者图线形状大致一样，符合相关规律。
注意：
流量每调一次，均需稳定2～3分钟，流量愈小，稳定时间愈长。
每次测流时段不少于8～10秒（流量大可短些）
六、泵与风机设计性实验
实验装置设计（原理、介绍）
风机进气实验通过增加（或减少）集流器入口节流网层数的方法来调节风机流量，使风机运行于不同的工况点。
实验中，风机个基本性能按一下方法测定和计算。
流量：
q=1.414εnφnAn√（（Pestj）/σ）Pestj=-9.80665kl
εn——集流器膨胀系数，值为1；
φn——集流器流量系数，值为0.99
An——集流器喉部截面积，值为120〖cm〗^2；
Pestj——集流器喉部静压
k——微压计系数，取0.4；
l——微压计读数，mm
出口动压：
Pd2=1/2·
ρ（q_v/A_2）^2进口动压：
Pd1=1/2·
ρ（qv/A1）^2
A2、A
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