白城师院液压实验指导书修x.docx

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白城师院液压实验指导书修x

实验一、雷诺实验

一、

实验目的

（1）观察液体流层、紊流（湍流）两种流动型态及层流时管中流速分布情况，以建立感性认识；

（2）加深理解层流、紊流、雷诺数的概念。

确立“层流和湍流与Re之间有一定联系”的概念；

（3）熟悉雷诺数的测定与计算。

做出下临界值2320。

二、实验原理

雷诺数是流体力学里面的一个参数

粘性流体流动状态的无因次数（即无量纲参数）群，其表达式：

Re＝Luρ/μ式中u为流体流动速度；L为流场的几何特征尺寸（如管道的直径）；u为流速；ρ为流体的密度；μ为流体的动力粘度。

雷诺数是流体流动中惯性力与粘性力比值的量度：

1883年，英国物理学家O.雷诺观察了圆管内的流动状态,首先提出:

由层流向湍流的过渡取决于比值dup/μ（d为管子内径）。

这个比值即雷诺数Re。

流态转变时的Re值称为临界雷诺数。

实验（见层流）表明：

对于圆管内的流动，当Re〈2300时，流动总是层流；Re〉4000时，流动一般为湍流；其间为过渡区，流动可能是层流，也可能是湍流，取决于外界条件。

对于平行流体流过光滑平板的情况，边界层由层流转变为湍流的临界雷诺数约在105～3×106之间。

实际流体有截然不同的两种流动型态存在：

层流（滞流）和紊流（湍流）。

层流时，流体质点作直线运动且互相平行。

湍流时，流体质点紊乱地向各个方向作无规则运动，但对流体主体仍可看作向某一规则方向流动。

实验中我们可以看到，当管中流速较小时，从细管中引到水流中心处的墨水成一条线，说明流体质点有规律的沿管轴作直线运动，此时流体流动型态为流层；当流速逐渐增大时，将发现墨水线开始波动，此时为过渡流（并非一种流型）；当流速增大道到一定数值时，波动的墨水线消失，墨水线一经流出随即散开与水完全混合到一起，说明此时流体质点紊乱地向各个方向作不规则运动，但主流体仍向一规定方向流动，此时流动型态为湍流。

实验证明流体的流动特性取决于流体流动的流速，导管的几何尺寸，流体的性质（粘度、密度），各物理参数对流体流动的影响由Re的数值决定。

即

Re=ud/v=duρ/μ

式中u——流速（m/s）

d——导管直径（m）

ρ——流体密度（kg/m3）

μ——流体动力粘度（kg/s·m即Pa·s）水的μ=0.001Pa·s（μ＝1.01×10^-3Pa·s，　v＝1.01×10^-6m/s）

实验证明：

Re≤2000时为层流；

Re=2000时为层流临界值；

Re≥4000时为湍流；

Re=4000时为湍流临界值；

三、实验流程

实验流程图如图2-1所示。

自来水由调节阀A送入高位槽中，缓冲器2用来消除进水带来的干扰，高位水槽的水位由溢流箱3保持其恒定，在水槽下面接一垂直玻璃管，其水量由C阀调节；其流量由转子流量计测出，在水槽上部放一墨水瓶1，在垂直管入口处插入一根与墨水瓶相通的墨水注入针，墨水的流量可由阀门B调节。

四、实验步骤

（1）熟悉实验装置及流程

（2）开阀门B放一团墨水（2cm-3cm），再关B阀，略微开启C阀，使管中的水在很低的流速下流动，观察墨水顶端形状。

（3）开阀A向高位槽供水，并调节阀A保持有少量水溢流。

（4）微开启阀B调节阀C的开度，观察墨水现在管中出现的不同现象。

（5）记录层流，湍流时转子流量计的读数。

（6）流量由小到大，观察墨水线由直线转变为波动时转子流量计的读数，再使流量由大到小，观察墨水线条由波动转为直线时的转子流量计的读数，如此重复测定，即可测出本实验装置层流临界值。

（7）关阀B，再关阀C，后关阀A。

五、注意事项

（1）溢流量不要太大，液面波动严重时会影响测试结果；

（2）B阀墨水量不应过大，否则既浪费又影响试验结果；

（3）读取流量计读数应待C阀调节完稍后再读；

（4）轻开轻关各阀门。

雷诺实验数据表

层流至临界

紊流至临界

ρ=

μ=0.001Pa·s

Re=duρ/μ

Recr=

备注：

实验二伯努力方程、流量连续性方程实验

一、实验目的

（1）了解伯努力方程仪的使用。

（2）观测流动流体阻力的表现。

（3）观测流动流体中各种能量间相互转化的关系和规律，加深对,伯努力方程的理解。

（4）了解在不同的情况下，流动流体的流速与通流截面的关系（选作）。

二、实验原理

１．流量连续性方程

流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。

液体在不等截面　管内作恒定流动，任取1、2两个通流截面，设其面积分别为A1和A2，两个截面中液体的平均流速和密度分别为

1、

1和

2、

2，根据质量守恒定律，在单位时间内流过两个截面的液体质量相等，即

不考虑液体的压缩性，有

2,则得

或写为Q=

A=常量

液流的流量连续性方程，它说明恒定流动中流过各截面的不可压缩流体的流量是常量。

而流速和通流截面的面积成反比。

２．伯努利方程

（1）流体在流动中具有三种能，即位能、动能、静压能，这三种能量是可

以相互转换的，当管路条件改变时（如为位置，高低，管径，大小），它们便发生能量转化；

（2）对于理想流体，因为不存在因摩擦而产生的机械能损失，，因此，在同一

管路中的任何两个截面上的三种能尽管彼此不一定相等，但各个个截面上的这

三种能的总和是相等的；

（3）对于实际流体，在流动过程中有一部分机械能因摩擦和碰撞而损失，因此

个截面上的能量总和是不相等的，两者的差就是流体在这两截面之间因摩擦和湍动转化为热能的机械能，即损失能量；

（4）能量的计算：

流体的总能量为mgz+pv+mu2/2

以单位重量（1N）流体为衡算基准，无外功加入时，伯努利方程的表达形式为：

z1+p1/ρg+u12/2g=z2+p2/ρg+u22/2g+Hf（J/N或m流体柱）

单位重量（1N）流体所具有的能量称为压头（m）

式中z--位压头（m流体柱）；

p/ρg--静压头（m流体柱）；

u2/2g--动压头（m流体柱）。

图1-1伯努利方程式实验装置组成

三、实验设备及流程

1．实验装置流程

如图1-1所示，实验设备由玻璃（实验）管、测压管、活动测压头、恒压水箱、计量水箱、循环水泵等组成。

供水箱中的水通过循环水泵江水送到恒压水箱，并由溢流口保持一定水位，然后流经玻璃管中的各测点，再经过计量水箱出口阀流回供水箱，由此利用循环水在管路中流动，观察流体流动时发生能量转换及产生及能量损失。

玻璃（实验）管分成四段，由大小不同的两种规格（直径d1=26mm,d2=14.2mm）玻璃管组成。

上有四个观测点，通过四对测压口（开口）分别和四对测压管相连。

每对测压口各有一只径向测压口和一支轴向测压口。

可分别用于测量动、静压头。

当测压管上的测压口与水流方向垂直（径向测压口）时，测压管内液位高度（从测压管中心线算起）即为静压头，它反映测压点处液体的压强大小，即p=ρgh；当测压口为正对水流方向（轴向测压口）时，测压管内液位上升，所增加的液位高度即为测压孔处流体的动压头，它反映出该点水流动能的大小，这时测压管内液位高度（全压）为静压头+动压头。

液体的位压头由测压孔到基准的高度决定。

本实验装置中，以测压装置中标尺的零点处为基准面，那么，测压管内“全压头”液位高度在标尺上的读数为：

静压头+动压头+位压头，任意两截面上，位压头、静压头、动压头三者总和之差为损失压头，表示流体流经截面之间的损失压头（即机械能损失）。

四、实验步骤

（1）验证静压力原理：

实验前观察了解实验装置，（循环泵的开、关，溢流管控制高位槽液面，用实验阀调节流量，检查、观察测压口，以及测压管标尺，等）。

开动循环水泵，观察是否有泄漏，观察注意高位槽中液面是否稳定，并记录液面高度。

（2）观察玻璃管中有无气泡，若有气泡，可先开循环水泵，再开大出口阀让水流带出气泡，也可用拇指按住管的出口，然后突然放开，如此按数次使水流带出气泡，也可拧松活动测压头密封的压盖，以便放出测压点处的气泡，保证后期实验数据的准确性。

（3）打开实验阀，待高位槽中的液面稳定，开始计时，同时观察记录四对测压管液面高度（可获得轴向测压口和径向测压口，两组数据），记录计时内流入水箱的体积，并测量、记录其它数据。

五、数据整理、计算，填数据表。

六、数据分析。

画出测压管水头线。

七、实验结论。

实验数据表

测点

测次

压头mm

流速m/s

１

２

其他参数量取及计算

１

全压

通流截面：

A1=πd12/4=

静压

测水体积：

V1=A×B×h1=

动压p1

流量：

Q1=V1/t1=

位压

点流速u1

u1=（2gp1）1/2=

均流速U1

U1=Q1/A1=

２

全压

静压

实验管直径d（mm）

动压p2

计量水箱：

规格长A×宽B（mm）

位压

测水时间t（S）测水高度h（mm）

点流速u2

u2=（2gp2）1/2=

均流速U2

U1=Q2/A2=

３

全压

静压

动压p3

位压

点流速u3

u3=（2gp3）1/2=

均流速U3

U3=Q3/A3=

４

全压

静压

动压p4

位压

点流速u4

u4=（2gp4）1/2=

均流速U4

U4=Q4/A4=

实验三、测定液体粘度实验

一、实验目的

1、通过液体粘度的测定，理解粘度是实际流体的一个重要物理性质。

2、观察液体粘度随温度的变化。

3、掌握液体粘度的测定方法。

二、实验工具

1、超级恒温器

2、水银温度计

3、双金属温度计

三、实验仪器说明

图示为DNJ-79型旋转式粘度计的测量组件。

外圆筒固定在保温层内壁上，外圆筒与保温层间通有恒温水，使待测粘度的液体稳定在某一温度上，内外圆筒的间隙中充以待测量粘度的液体，内筒内挂在支架上的微型同步电动机的转轴带动旋转。

由于内筒在被测液体中旋转受到粘滞阻力的作用，产生反作用而使电动机壳体偏转某一角度。

四、基本原理

实际流体运动时呈现出粘性，该粘性指的是，当流体微团和筒发生相对滑移时产生切向阻力的性质，旋转式粘度计量基于牛顿内摩擦定律来测定液体粘度的。

当在粘度计两个不同直径的同心圆筒的环形间隙中充以待测液体，外圆筒固定不动，半径为R的内圆筒以角速度

旋转，因为

和

尚小，液体在其间隙内的运动可以看作平板间的层流，内筒外壁上液体的速度

式中n为内圆筒转速

液体因粘性产生的切向应力为

由此对内筒轴心产生的摩擦力矩为

；

式中H为圆筒长度

从上式可知，除摩擦力矩M随粘度

变化外，其余各项都是已知的。

因此，只要测出M就可以算出

。

对DNJ-79型旋转式粘度计而言，摩擦力矩的传递是通过仪器本身的转移机构使指针摆动的，并在经过校正的刻度盘上指示出粘度的数值。

该刻度读数乘上内筒因子就表示动力粘度的数值。

刻度盘上的一小格代表一厘泊（CP）即1厘泊=

g/cm

kg/m

五、实验步骤

1、粘度计为精密仪器，使用前应熟悉有关使用说明

2、将联轴器（左旋滚花螺帽）拧紧在电动机轴的端部（拧紧、卸下时，不宜用力过大，并使用专用细杆，以防内部零件受损）

3、接通电源。

当电动机空载旋转时用调零螺丝将指针调到刻度的零点，调好零点后切断电源。

4、把恒温器的水泵进出水喷同测试容器的进出口管喷连好，调好水温。

5、将15ml的液体小心地注入外筒内，直到液面达到锥形面下部边缘，将内筒浸没液体内，然后将测试容器轻轻的放在仪器托架上，再将内筒悬挂在联轴器的钩上。

6、起动电动机，内筒从开始晃动直到对准中心止，为加速对准中心可前后左右微量移动在托架山的测试容器，当指针稳定后，这时即可读数。

7、改变恒温水的温度，继续测量几个不同温度下的液体粘度。

8、测试结束，切断粘度计及恒温器电源。

六、记录数据

七、实验报告

1、整理记录数据，列表、绘出关系曲线。

2、在旋转式粘度计中，为什么说当测量的

值稳定了，水温实际上就是待测粘度液体的温度？

3、对所测得的粘度数据进行分析。

实验四、动量方程实验

一、实验目的

1、测定水射流对平板的冲击力，验证恒定流动量方程并测定射流的动量修正系数。

2、掌握实验的工作原理及动量的测定方法。

二、实验装置

工作原理：

自循环供水装置由离心式水泵和蓄水箱组成。

水泵的开启、流量的大小的调节可由带开关的流量调节器控制。

水流经供水管供给恒压水箱，溢流水经回水管流回蓄水箱。

工作水流经管喷形成水射流冲击到带活塞的翼轮式射流冲击平板上，并以与入射角成90度的方向离开冲击平板。

带活塞的平板在水射流动量力和测压管中的水柱压力作用下处于平衡状态。

测压管带有标尺，测知平衡状态下水柱高度值，便可得到作用在活塞上的水压力P，即水射流的动量力F。

冲击后的水经集水箱汇集后，再经上回水管流出，出口处用重量法测定流量，回水最后经接水器和下回水管流回蓄水箱。

为了自动调节测压管内的水位以使带活塞的平板受力平衡以及减小摩擦阻力对活塞的作用，考虑在活塞中设有一细导水管a,一端开口在平板的中心处，另一端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。

在平板上设有翼片b，在活塞套上开有窄槽c。

工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管向测压管内进水，当射流冲击力大与测压管内水柱对活塞的压力时，活塞内移，封闭窄槽，使测压管内水位升高，水压力增大。

反之，活塞外移，窄槽打开，水流外溢，测管内水位降低，水压力减小，在恒定射流冲击下，经短时段的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力相等的平衡状态。

这时活塞处在半进半出，窄槽部分开启的位置上，经导水管流进测压管的水量和过窄槽外溢的水量相等。

由于平板上设有翼片，在水流冲击下，平板带动活塞旋转，因此克服了活塞在沿轴向滑移时的静摩擦力，实验表明，设置翼片后，活塞滑移的摩擦阻力可减小到低于1mm水柱对活塞的作用力，即为动量力的5%以下。

三、实验原理

恒定总流动量方程为：

以带活塞的平板为受力体，在x方向上的动量方程式为：

式中：

—射流动量系数

—水的密度

Q—射流流量

—射流速度

—水的重度

h—作用在活塞圆心处的水住高度

D—活塞的直径

实验中，在平衡状态下，只要测量Q、h值，由给定的管喷直径d和活塞直径D，便可验证动量方程并率定射流的动量修正系数

值。

四、实验方法与步骤

1、检查自循环系统供水箱水位为正常状态，记录有关常数。

2、开启水泵，水泵启动2--3分钟后，短暂关闭2--3秒种，利用回水排除离心式水泵内滞留的空气。

3、待恒压水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管垂直，螺丝对准十字中心，使活塞转动自如，然后旋转螺丝固定之。

4、当测压管内液面稳定后，记下测压管内液面的标尺读数，即h值。

5、利用重量时间法，在上回水管的出口处用量筒盛水，测量时间15秒左右。

6、改变水头重复实验，其方法是逐次打开不同高度上的溢水孔盖，调节调速器，使溢量适中，待水头稳定后，按4-5步骤重复进行实验。

五、实验结果及要求

1、记录有关常数

管喷内径d=1.190cm，活塞直径D=1.986cm

2、编制实验参数记录，计算表格，并填入实验数据。

3、取某一流量，绘出脱离体图，阐明分析计算的过程

六、实验思考

你对实验有何探索和见解，现提供若干问题，请你给予解释。

1、带翼片的平板在射流作用下获得动量矩，这对射流冲击平板沿X方向的受力分析有无影响？

为什么？

2、通过细导水管的分流，其出流角度与V2相同，试问对以上受力分析有无影响？

3、滑动摩擦力Fx为什么可以忽略不计？

试用实验来分式验证Fx的大小，记录观察结果。

4、实验中注意观察V2是否为0，若不为0，将会对实验结果带来什么影响？

实验五、沿程阻力系数测定实验

一、实验目的

1、加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律。

理解沿程阻力及阻力系数的概念。

2、掌握管道沿程阻力系数的量测技术。

验证层流时不同的Re时的沿程阻力系数λ

3、将测得的

关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验结果分析能力。

二、实验设备

1、自动水泵与稳压器

西循环高压恒定全自动供水器1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。

2、旁通管与旁通阀

由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量有可能时开时停，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路管，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，并防止实验中进气，在测点与压力传感器之间装有水封器，并由连通管连接。

水封器由2只充水（不满顶）的密封立筒构成。

4、电测仪

由压力传感器和主机两部分组成。

以由连通管将其接入测点，图2。

压差读数（以厘米水柱为单位）通过主机显示。

三、实验步骤

1、检查蓄水箱，水位是否够高，否则予以补水。

2、全开阀12，打开供水阀11，接通电源，水泵自动开启供水。

3、关闭旁通阀12，全开供水阀11和出水阀10，对实验管道充水排气。

4、关闭阀10/开启阀12/松开（水压差计连通管）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型管旋钮F1/全开阀11/待倒U型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、关闭阀10/开启阀11/打开排气旋钮F4、F5/待旋孔溢水再拧紧，表示压力传感器及其连通管充水排气调好。

6、关闭阀10/全开阀11/检查水压差计两测管中水位平否？

若水位相平，则整个量测系统调通，否则按上述步骤重新排气。

7、实验量测

（1）调节流量实验可按流量由小到大依次进行：

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，用水压差计水柱差Δh控制，每次增量可取Δh=4~6mm（初次小些）。

大流量通过渐关旁通阀，调大压差量测改用电测，相应取Δh=o.4m和2.0m。

注意：

当换用电测时，务必夹紧水压差计连通管。

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）

要求变更流量不少于10次。

（2）依次测定总压计测管及电测仪读数、相应流量和水温。

（3）关闭阀10，检查Δh=0与否，否则表明水压差计已进气，需重做实验。

最后关闭阀11，切断电源。

四、基本原理及计算公式

由达西公式

得

另由能量方程对水平等直径圆管可得

式中：

d——圆管直径

L——量测段长度

——量测段沿程水头损失

Q——体积流量cm3/s由

求得。

五、试验结果及要求

1、有关常数

圆管直径d=0.685cm。

量测段长度L=85。

水温t=℃

2、整理记录，计算表见表1

3、绘图分析绘制

曲线，并确定指数关系值M的大小。

在厘米纸上（12×12cm）以

为横坐标，以

为纵坐标，点绘所测的

曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。

求厘米纸直线的斜率。

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m=2.0，紊流过渡区1.75

六、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，是否影响实验结果？

2、本次实验结果与莫迪图吻合与否？

试分析其原因。

实验六局部阻力系数测定实验

一、实验目的

1、理解局部阻力及阻力系数的概念。

测定液体经过局部结构时弯头，突然缩小，突然扩大，阀门等局部障碍时阻力系数

值。

2、观察分析，掌握局部障碍物前后管道中液体之压力变化的规律。

验证弯头局部阻力。

实验内容：

1、做出不同Re沿程阻力系数λ

2、画出λ~Re曲线验证伯努力方程;

仪器与材料：

专用实验装置。

二、实验设备与工具

1、实验设备

2、实验所需工具

测量流量的水位测针。

三、实验步骤

1、开启水泵，并调节其流量使水箱水位经常保持在某一高度。

2、开启阀门A至开度分别为、

及全开，测量管道内的流量。

3、记录所有测压管水位之读数。

4、全开阀门A，关小阀门B至开度为

，测其流量，记录阀门B组测压管中水位之读数。

四、基本原理及计算公式

流体经过局部障碍物（如弯头、缩小、扩大等）时，受到一种障碍流动的力，该力消耗了流体的能量，也即流体在流过局部障碍物时会有部分的能量消耗在流体产生的旋涡，及速度分布改组，而局部能量损失的大小与局部障碍物有关，不同的局部障碍物，有不同的能量损失。

而本实验就是测定不同类型局部障碍物的局部阻力系数，若管道为等直径，则其基本计算公式为：

式中：

——局部能量损失可由障碍物前后两根测压管水位差求得。

V——为局部障碍物之后的平均流速

可根据连续性方程求得，若管道为不等直径，则计算公式为：

式中：

、

——分别为局部阻力前的压力和流速：

、

——分别为局部阻力后的压力和流速。

已知：

d1=40mm,d2=80mm。

五、作业

1、求出阀门B。

突然扩大、缩小、弯头的

系数值。

2、将局部障碍物前后的压力分布作一分析。

实验七液压元件认识实验

一、实验目的

（1）观察了解液压元件的外观、型号、基本构造及功用。

（2）为后期实验奠定感性基础。

二、实验原理

各类元件因用途，功能不同，同类元件亦有构造，性能，参数等不同。

通过本实验予以了解。

使学生对各种液压元件的了解由理论认识上升为感性认识。

三、实验步骤

由指导教师总体介绍KY-18液压实验台及相关元件。

学生直接观察各种液压元件。

每个学生重点选出10种元件（由教师推荐或学生自选），研究其构造原理。

绘制所选10种元件的图形符号。

撰写实验报告。

四、实验器材

KY-18液压实验台及元件。

（2）各种液压元件。

五、注意事项

（1）生产用元件允许拆卸，用后一定要完整装配。

（2）实验台用元件不许拆卸，并注意防止率碰损坏。

（3）实验台用元件用完后按原箱放好。

实验八、气动元件认识实验

一、实验目的

（1）观察了解气动元件的外形，基本构造，工作原理。

（2）为后期实验奠定感性基础。

二、实验原理

各类元件因用途，功能不同，同类元件亦有构造，性能，参数等不同。

通过本实验予以了解。

使学生对各种气动元件的了解由理论认识上升为感性认识。

三、实验步骤

由指导教师总体介绍KY-2005气动实验台及相关元件。

学生直接观察各种液压元件。

每个学生重点选

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