到测压管水头线。本实验装置能量方程实验管的测点分布、总水头线及测压管水头线如图3 所示。 总水头线 位置水头线 图3能量方程实验管的测点、总水头线及测压管水头线示意图 由图3可见各种能量之间的相互转换,例如:测点I到测点Ⅱ,管径变粗,速度减小, 部分流速水头转换为压强水头:测点Ⅱ到测点Ⅲ,管径变细,速度增加,一部分压强 水头转换为流速水头;测点Ⅲ到测点IV,位置降低,一部分位置水头转换为压强水头 实验装置与仪器 流体力学综合实验装置一套,如图1所示。本实验涉及的部分有储水箱1、恒压水 箱溢流管2、上水管3、恒压水箱4、雷诺实验管及其阀门、计量水箱8、回水管9及能量 方程实验测压板(图中未画出)。 2.秒表一块 实验步骤 1.先测量能量方程实验管4个测点的位置压头,并记录各测点相应的管径。 2.关闭所有管道的进水阀和出水阀,开启水泵和上水阀,给实验装置注入足够循环用 的水。 3.依序开启能量方程实验管出水阀和进水阀,调节进水阀至一定开度,记录能量方程 实验测压板8个测压管的液柱高度,并利用计量水箱8和秒表测定流量。 4.改变能量方程实验管进水阀的开度,再重复上述测量。 5.关闭水泵及所有阀门,结束实验
6 ·· 到测压管水头线。本实验装置能量方程实验管的测点分布、总水头线及测压管水头线如图 3 所示。 γ P1 g u 2 2 2 g u 2 2 3 Z1 γ P2 γ P3 Z2 Z 3 Z4 γ P4 g u 2 2 4 W2 h hW3 W4 h g u 2 2 1 图 3 能量方程实验管的测点、总水头线及测压管水头线示意图 由图 3 可见各种能量之间的相互转换，例如：测点 I 到测点 II，管径变粗，速度减小， 一部分流速水头转换为压强水头；测点 II 到测点 III，管径变细，速度增加，一部分压强 水头转换为流速水头；测点 III 到测点 IV，位置降低，一部分位置水头转换为压强水头。 实验装置与仪器 1. 流体力学综合实验装置一套，如图 1 所示。本实验涉及的部分有储水箱 1、恒压水 箱溢流管 2、上水管 3、恒压水箱 4、雷诺实验管及其阀门、计量水箱 8、回水管 9 及能量 方程实验测压板（图中未画出）。 2. 秒表 一块。 实验步骤 1. 先测量能量方程实验管 4 个测点的位置压头，并记录各测点相应的管径。 2. 关闭所有管道的进水阀和出水阀，开启水泵和上水阀，给实验装置注入足够循环用 的水。 3. 依序开启能量方程实验管出水阀和进水阀，调节进水阀至一定开度，记录能量方程 实验测压板 8 个测压管的液柱高度，并利用计量水箱 8 和秒表测定流量。 4. 改变能量方程实验管进水阀的开度，再重复上述测量。 5. 关闭水泵及所有阀门，结束实验
实验数据记录与处理 1.实验数据记录与处理参考格式 号 序 流量(m/s) 柱 位置水头 位置水头+压强水头+流速水头 位置水头+压强水头 流速水头 压强水头 水头损失 位置水头 位置水头+压强水头+流速水头 位置水头+压强水头 流速水头 压强水头 水头损失 能量方程实验管内径mm 2.数据处理 (1)计算各个测点的流速水头、与I点的水头损失及总水头,判断能量是否守恒 (2)根据实验结果绘制各种水头线,了解各种能量的转换关系 实验注意事项 开关阀门时要缓慢,以免测压管中的水因压头过高而溢出 2.开启阀门的顺序只能先开出水后开进水,关时则相反,否则水将从测压管中流出。 3.读取测压管的液柱读数时要等稳定后再读数,如果有波动时取其平均值。 4.实验过程中,恒压水箱中要始终保持有水溢流,以保证总能量不变。 思考题 1.“毕托管垂直流体流动方向引出的测压管测的是压强水头,而迎向流体流动方向引出 的测压管测的是总水头。”此说法是否正确,为什么? 2.某学生做能量方程实验过程中发现:所有测压管中的液面连续下降。试帮助他解决 这个问题
7 ·· 实验数据记录与处理 1. 实验数据记录与处理参考格式 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 流量(m3 /s) 1 位置水头 位置水头+压强水头+流速水头 位置水头+压强水头 流速水头 压强水头 水头损失 ∕ 2 位置水头 位置水头+压强水头+流速水头 位置水头+压强水头 流速水头 压强水头 水头损失 ∕ 能量方程实验管内径 mm ∕ 2. 数据处理 (1) 计算各个测点的流速水头、与 I 点的水头损失及总水头，判断能量是否守恒。 (2) 根据实验结果绘制各种水头线，了解各种能量的转换关系。 实验注意事项 1. 开关阀门时要缓慢，以免测压管中的水因压头过高而溢出。 2. 开启阀门的顺序只能先开出水后开进水，关时则相反，否则水将从测压管中流出。 3. 读取测压管的液柱读数时要等稳定后再读数，如果有波动时取其平均值。 4. 实验过程中，恒压水箱中要始终保持有水溢流，以保证总能量不变。 思考题 1.“毕托管垂直流体流动方向引出的测压管测的是压强水头，而迎向流体流动方向引出 的测压管测的是总水头。”此说法是否正确，为什么？ 2. 某学生做能量方程实验过程中发现：所有测压管中的液面连续下降。试帮助他解决 这个问题。 测 点 编 液 号 柱 高(mm) 序 号
II管道阻力系数的测定 实验目的 1.观察和测试流体稳定地在等直圆管中流动时,其沿程、通过阀门及断面突扩、突缩 的阻力损失情况。 2.掌握管道沿程阻力系数和局部阻力系数的测定方法。 3.了解沿程阻力系数在不同雷诺数下的变化情况。 实验原理 阻力损失一般有两种表示方法:对于液体,通常用单位重量的流体阻力损失(或称水 头损失)h来表示,它是用液柱高度来量度的;对于气体,则常用单位体积的流体能量损失 (或称压强损失)P来表示,它们之间的关系是: 根据流体运动的边壁是否沿程变化把阻力损失分为两类:沿程阻力损失h和局部阻力 损失hm 在边壁沿程不变的管段上,流体的流速基本上是沿程不变的。流动阻力只有沿程不变 的切应力,称为沿程阻力。克服沿程阻力引起的能量损失,称为沿程阻力损失。 在边壁急剧变化的区域(如:突扩、突缩、弯头、三通、阀件、出入口等处),由于出现 了旋涡区和速度分布的改组,流动阻力大大增加,形成了比较集中的能量损失,这种阻力 称为局部阻力,其相应的能量损失称为局部阻力损失。 整个管路的阻力损失等于各管段的沿程阻力损失和所有局部阻力损失的总和。即: h=Eh+∑h 工程上常用的阻力损失的计算公式为 沿程阻力损失 局部阻力损失 hm (7) 中:管长,m d—管径m 一断面平均流速,m/ g-重力加速度,m/s 沿程阻力系数
8 ·· III 管道阻力系数的测定 实验目的 1. 观察和测试流体稳定地在等直圆管中流动时，其沿程、通过阀门及断面突扩、突缩 的阻力损失情况。 2. 掌握管道沿程阻力系数和局部阻力系数的测定方法。 3. 了解沿程阻力系数在不同雷诺数下的变化情况。 实验原理 阻力损失一般有两种表示方法：对于液体，通常用单位重量的流体阻力损失（或称水 头损失）hi 来表示，它是用液柱高度来量度的；对于气体，则常用单位体积的流体能量损失 （或称压强损失）Pi 来表示，它们之间的关系是： Pi= γ·hi (4) 根据流体运动的边壁是否沿程变化,把阻力损失分为两类: 沿程阻力损失 hf 和局部阻力 损失 hm。 在边壁沿程不变的管段上，流体的流速基本上是沿程不变的。流动阻力只有沿程不变 的切应力，称为沿程阻力。克服沿程阻力引起的能量损失，称为沿程阻力损失。 在边壁急剧变化的区域(如：突扩、突缩、弯头、三通、阀件、出入口等处)，由于出现 了旋涡区和速度分布的改组，流动阻力大大增加，形成了比较集中的能量损失，这种阻力 称为局部阻力，其相应的能量损失称为局部阻力损失。 整个管路的阻力损失等于各管段的沿程阻力损失和所有局部阻力损失的总和。即： hl=Σ hf+Σ hm (5) 工程上常用的阻力损失的计算公式为： 沿程阻力损失 hf=λ d l 2g 2 u (6) 局部阻力损失 hm=ξ g u 2 2 (7) 式中：l—管长,m； d—管径,m； u—断面平均流速,m/s； g—重力加速度,m/s2 ； λ—沿程阻力系数；
5一局部阻力系数。 由于影响的因素复杂,目前还不能用纯理论的方法来解决阻力损失计算的全部问题 上述公式不是严格的理论公式,而是根据工程上长期实践的经验,把阻力损失的计算问题 转化为求阻力系数的问题。对于公式中的两个无因次系数和ξ,必须借助于分析一些典型 的实验成果,用经验的或半经验的方法求得。这样,公式中没有直接给出的其它影响阻力 损失的因素,就可以包含在这两个阻力系数中,使计算结果和实际一致 对于断面突然扩大所造成的阻力损失,通过在将扩未扩的II断面和扩大后流速分布与 紊流脉动已接近均匀流正常状态的Ⅱ-II断面(见图4)上列能量方程和流体连续性方程,可 得 F、2u F F22 F12 其阻力系数为 5A1=(1-1)2或 (1--2)2 式中:hm突扩局部阻力损失,m; F细管断面面积m2 F2一粗管断面面积 u-细管断面平均流速,m/s 2—粗管断面平均流速m/s: g-重力加速度,m/s2 k2-与流速水头相对应的局部阻力 系数。 图4突扩图 因为突然扩大前后有两个不同的平均流速,因而有两个相应的阻力系数,计算时必须 注意所选用的阻力系数与流速水头相适应 对于断面突然缩小所造成的阻力损失,由下述经验公式计算 F2 F,2 其阻力系数为 5=0.5(1 Fa F 式中:hm一突缩局部阻力损失,m F1-粗管断面面积m2 F2细管断面面积m2 细管断面平均流速m/
9 ·· ξ—局部阻力系数。 由于影响的因素复杂，目前还不能用纯理论的方法来解决阻力损失计算的全部问题。 上述公式不是严格的理论公式，而是根据工程上长期实践的经验，把阻力损失的计算问题 转化为求阻力系数的问题。对于公式中的两个无因次系数λ和ξ，必须借助于分析一些典型 的实验成果，用经验的或半经验的方法求得。这样，公式中没有直接给出的其它影响阻力 损失的因素，就可以包含在这两个阻力系数中，使计算结果和实际一致。 对于断面突然扩大所造成的阻力损失，通过在将扩未扩的 I-I 断面和扩大后流速分布与 紊流脉动已接近均匀流正常状态的 II-II 断面（见图 4）上列能量方程和流体连续性方程，可 得： g u F F g u F F hmk 2 (1 ) 2 (1 ) 2 2 2 1 2 2 2 1 2 1 = − = − (8) 其阻力系数为 2 2 1 1 (1 ) F F ξ k = − 或 2 1 2 2 (1 ) F F ξ k = − (9) 式中：hmk—突扩局部阻力损失,m； F1—细管断面面积,m 2 ； F2—粗管断面面积,m 2 ； u1—细管断面平均流速,m/s； u2—粗管断面平均流速,m/s； g—重力加速度,m/s2 ； ξk1、ξk2—与流速水头相对应的局部阻力 系数。 图 4 突扩图 因为突然扩大前后有两个不同的平均流速，因而有两个相应的阻力系数，计算时必须 注意所选用的阻力系数与流速水头相适应。 对于断面突然缩小所造成的阻力损失，由下述经验公式计算 g u F F hms 2 0.5(1 ) 2 2 1 2 = − (10) 其阻力系数为 0.5(1 ) 1 2 F F ξ s = − (11) 式中：hms—突缩局部阻力损失，m； F1—粗管断面面积,m 2 ； F2—细管断面面积,m 2 ； u2—细管断面平均流速,m/s； Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ u1 L u2 P1 P2
g一重力加速度ms2 5一阻力系数 本实验所涉及的实验管如图5、图6、图7所示 图5沿程阻力损失实验管示意图 七----1 图6阀门局部阻力损失实验管示意图 789 图7突扩、突缩阻力损失实验管示意图 对于局部阻力损失实验管,采用三点测量法,其局部阻力损失用下式计算: hmi(h4-hs)-hA-s (12) 式中hms由h4按流长比计算 对于突扩、突缩阻力损失实验管,采用四点测量法,其突扩、突缩局部阻力损失分别 用下式计算 P6 P42 (13) y 2g y 2g h=Po+ug Pu u 2 2 (13)(14)式中b7、bg、b10、bn分别由hn12、hs9、b9、hm12按流长比计算。 实验设备与仪器 流体力学综合实验装置一套,如图1所示。本实验涉及的部分有储水箱1、上水管 3、沿程阻力损失实验管、突扩突缩阻力损失实验管、阀门阻力损失实验管、计量水箱8及 测压板(图中未画出)等。 2.秒表一块 温度计一支
10 ·· g—重力加速度,m/s2 ； ξs—阻力系数。 本实验所涉及的实验管如图 5、图 6、图 7 所示， 图5 沿程阻力损失实验管示意图 图6 阀门局部阻力损失实验管示意图 图7 突扩、突缩阻力损失实验管示意图 对于局部阻力损失实验管，采用三点测量法，其局部阻力损失用下式计算： hm=(h4－h5)－hf4-5 (12) 式中 hf4-5 由 hf3-4 按流长比计算。 对于突扩、突缩阻力损失实验管，采用四点测量法，其突扩、突缩局部阻力损失分别 用下式计算： 6 7 7 8 2 8 8 2 6 6 2 2 mk = + − − − f − − f − h h g u g u h γ γ Ρ Ρ (13) 9 10 10 11 2 11 11 2 9 9 2 2 ms = + − − − f − − f − h h g u g u h γ γ Ρ Ρ (14) (13)、(14)式中 hf6-7、hf7-8、hf9-10、hf10-11 分别由 hf11-12 、hf8-9、hf8-9、hf11-12 按流长比计算。 实验设备与仪器 1．流体力学综合实验装置一套，如图 1 所示。本实验涉及的部分有储水箱 1、上水管 3、沿程阻力损失实验管、突扩突缩阻力损失实验管、阀门阻力损失实验管、计量水箱 8 及 测压板（图中未画出）等。 2．秒表一块。 3．温度计一支