福州大学工程流体力学实验报告材料.docx
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福州大学工程流体力学实验报告材料
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
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：
组别：
实验指导教师姓名：
艾翠玲
同组成员：
2014年5月25日
实验一毕托管测速实验
一、实验目的要求：
1．通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用测压管测量点流速的技术和使用方法。
2．通过对毕托管的构造和适用性的了解及其测量精度的检验，进一步明确水力学量测仪器的现实作用。
3.通过对管口的流速测量，从而分析管口淹没出流，流线的分布规律。
二、实验成果及要求
实验装置台号No20040270
表1记录计算表校正系数c=1.002k=44.360cm0.5/s
实验
次序
上、下游水位差（cm）
毕托管水头差（cm）
测点流速
（cm/s）
测点流速系数
h1
h2
ΔH
h3
h4
Δh
1
36.6
15.7
20.9
36.2
15.9
20.3
199.866
0.988
2
32.5
15.7
16.8
32.0
16.0
16.0
177.440
0.979
3
27.1
15.7
11.4
26.9
16.0
10.9
146.455
0.981
三、实验分析与讨论
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，测压管及其连通管只有充满被测液体，即满足连续条件，才有可能测得真值，否则如果其中夹有气柱，就会使测压失真，从而造成误差。
误差值与气柱高度和其位置有关。
对于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若不排除，实验过程中很可能变成堵塞性气柱而影响量测精度。
检验的方法：
是毕托管置于静水中，检查分别与毕托管全压孔及静压孔相连通的两根测压管液面是否齐平。
如果气体已排净，不管怎样抖动塑料连通管，两测管液面恒齐平。
2．毕托管的压头差Δh和管嘴上、下游水位差ΔH之间的大小关系怎样？
为什么？
答：
由于
且
即这两个差值分别和动能及势能有关。
在势能转换为动能的过程中，由于粘性力的存在而有能量损失，所以压头差较小。
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，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
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：
为流管在某一流段上的损失系数；为点流速系数。
本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得=0.981，表明管嘴轴心处的水流由势能转换为动能的过程中的能量损失非常小，以该实验的精确度难以测得。
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；
2．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～λ关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。
二、实验成果及要求
1．有关常数。
实验装置台号08610545圆管直径d1=1.5cm,d2=2.0cm,d3=2.5cm量测段长度L=85cm。
及计算（见表1）。
2．绘图分析*绘制lgυ～lghf曲线，并确定指数关系值m的大小。
在厘米纸上以lgυ为横坐标，以lghf为纵坐标，点绘所测的lgυ～lghf关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。
求厘米纸上直线的斜率
将从图上求得的m值与已知各流区的m值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流区m=2.0，紊流过渡区1.75
表1记录及计算表
次
序
体积
cm3
时间
s
流量
Q
cm3/s
流速
v
cm3/s
水温
C
粘度
v
cm2/s
雷诺数
Re
比压计数
cm
沿程损失
hf
cm
流程损失
系数λ
Re<2320
h1
h2
1
4240
17.5
242.29
137.18
28
0.00837
24584
47.1
25.2
21.6
0.040
2
5560
31
179.35
101.54
28
0.00837
18197
28.1
16.1
12
0.040
3
2000
20
100.00
56.62
28
0.00837
10147
68.5
64.5
4.0
0.043
4
3400
20
170.00
54.14
28
0.00837
12937
21.5
19
2.5
0.039
5
1800
11
163.34
52.02
28
0.00837
12430
29.9
27.8
2.1
0.036
6
2360
14.6
161.64
51.48
28
0.00837
12301
51.9
49.9
2.0
0.035
7
2080
15.1
137.75
28.08
28
0.00837
5032
18.0
17.5
0.5
0.037
8
2040
15
136.00
27.72
28
0.00837
8280
27.5
27.0
0.5
0.038
9
1960
15
130.67
26.63
28
0.00837
7954
58.8
59.3
0.5
0.041
10
11
12
13
14
三、实验分析与讨论
1.为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？
如实验管道安装成倾斜，是否影响
实验成果？
答：
在管道中的，水头损失直接反应于水头压力。
测力水头两端压差就等于水头损失。
如果管道倾斜安装，不影响实验结果。
但压差计应垂直，如果在特殊情况下无法垂直，可乘以倾斜角度转化值。
2．据实测m值判别本实验的流动型态和流区。
答：
～曲线的斜率m=1.0～1.8，即与成正比，表明流动为层流（m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。
3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？
试分析其原因。
答：
通常实验点所绘得的曲线处于光滑管区，本报告所列的实验值满足该情况。
但是有的实验结果点落到了莫迪图中光滑管区的右下方，如果由于误差所致，可由下式分析：
d和Q的影响最大。
Q的误差可经多次测量消除，而d值是以实验常数提供的，由仪器制作时测量给定，一般<1%。
如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只和细管的水力特性及其光洁度等方面有关。
实验三管路局部阻力系数测定实验
一、实验目的要求：
1.掌握三点法，四点法测量局部阻力系数的技能。
2.通过对圆管突扩局部阻力系数的表达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径。
3.加深对局部阻力损失机理的理解。
二、实验成果及要求
1．记录计算有关常数。
实验装置台号No200085710
d1=D1=0.96cm，d2=d3=d4=D2=1.98cm，
d5=d6=D3=1.01cm，l1—2=12cm，l2—3=24cm，
l3—4=12cm，l4—B=6cm，lB—5=6cm，l5—6=6cm，
=0.585，
=0.370。
2．整理记录、计算表。
3．将实测值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。
表1记录表
序号
流量cm3/s
测压管读数cm
体积
时间
流量
1
400
23.4
17.094
36.7
36.8
37.0
37.0
36.4
36.3
2
400
9.9
40.404
34.4
35.0
34.9
34.9
32.5
32.0
3
400
5.8
68.966
29.8
31.0
30.8
30.8
24.3
23.1
4
400
6.1
65.574
30.6
31.9
31.8
31.7
26.2
25.1
5
600
7.0
85.714
26.1
28.2
27.9
27.9
18.8
17.0
6
600
6.1
98.361
22.3
24.9
24.4
24.4
12.7
10.3
表2计算表
阻力
形式
次
序
流
量
cm3/s
前断面
后断面
hj
cm
ξ
hj′
cm
cm
E
cm
cm
E
cm
突
然
扩
大
1
17.094
0.273
36.973
0.014
36.814
0.159
0.584
0.164
2
40.404
1.525
35.925
0.076
35.076
0.849
0.557
0.918
3
68.966
4.443
34.243
0.221
31.221
3.022
0.680
2.674
4
65.574
4.016
34.616
0.199
32.099
2.603
0.648
2.418
突
然
缩
小
1
17.094
0.014
37.014
0.242
36.642
0.089
0.368
0.092
2
40.404
0.076
34.976
1.350
33.850
0.520
0.385
0.514
3
68.966
0.223
31.023
3.933
28.233
1.478
0.376
1.498
4
65.574
0.201
31.901
3.556
29.756
1.349
0.379
1.355
三、实验分析与讨论
1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系：
1）不同Re的突扩ξe是否相同？
2）在管径比变化相同的条件下，其突扩ξe是否一定大于突缩ξs？
答：
由式
及
表明影响局部阻力损失的因素是和。
由于有
突扩：
突缩：
则有
当
或
时，突然扩大的水头损失比相应的突然收缩的要大。
在本实验最大流量Q下，突然扩大损失较突然缩小损失约大一倍，即。
接近于1时，突然扩大的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，因而阻力损失显著减小。
2．结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？
产生突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？
怎样减小局部阻力损失？
答：
流动演示仪1-7型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十多种内、外流的流动图谱。
据此对于局部阻力损失的机理分析如下：
从显示的图谱可见，凡流道边界
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