工 程 流 体 力 学实验指导与实验报告姓 名：学 号：班 级：西南科技大学制造科学与工程学院中心实验室二零一五年十月目录实验说明 (I)TXZH-3型流体力学综合实验装置说明.............................................................................................. I I一、装置组成 (II)二、实验内容 (II)三、实验台参数 (II)四、实验装置组成 (III)实验一雷诺实验 (1)一、实验目的 (1)二、实验装置 (1)三、实验原理 (1)四、实验方法与步骤 (1)实验报告一雷诺实验 (4)1. 实验数据表 (4)2. 计算过程 (4)3. 实验结果分析 (5)4. 思考题 (5)实验二伯努利方程实验 (6)一、实验目的 (6)二、实验装置 (6)三、实验原理 (6)四、实验方法和步骤 (7)五、实验数据记录 (8)实验报告二伯努利方程实验 (9)1. 实验数据表 (9)2. 计算过程 (9)3. 实验结果分析 (10)4. 思考题 (11)实验三文丘里实验 (12)一、实验目的 (12)二、实验装置 (12)三、实验原理 (12)四、实验操作与步骤 (13)五、实验数据记录 (13)实验报告三文丘里实验 (14)1. 实验数据表 (14)2. 计算过程 (14)3. 实验结果分析 (15)4. 思考题 (15)实验说明工程流体力学实验作为《液压与气压传动》课程的随课实验，开设该实验的目的是通过本实验的教学，使学生初步了解流体力学的研究方法，学习流体力学实验中有关参数（如温度、流量、水位、测压管水头、总水头等）的测量；培养学生观测实验现象、正确记录与处理数据和运用所学知识分析实验结果的可靠性的能力。

通过实验验证工程流体力学主要理论的正确性，巩固加深对这些理论的理解。

培养学员严肃、认真的科学态度和严格、细致的工作作风。

本实验包括三个基础实验，包括雷诺实验、努伯利方程和文丘里实验，所用学时为2学时，实验数据及实验报告要求如下：1）实验过程中，认真观察实验现象，及时记录实验结果；2）上交一份实验报告，包括实验中所作的三个实验内容；3）实验报告应撰写清晰，数据处理过程详细；4）允许双面打印，所有数据处理及记录都应手写。

TXZH-3型流体力学综合实验装置说明流体力学是力学的一个独立分支，主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。

流体力学研究的主要内容：（1）建立流体平衡和运动规律的基本方程；（2）确定流体流经各种通道时速度、压强的分布规律；（3）探求流体运动中的能量转换及各种能量损失的计算方法；（4）解决流体与限制其流动的固体壁面间的相互作用力。

一、装置组成本实验装置主要由储水箱、实验水箱、自制简易毕托管、文丘里流量计、孔板流量计、涡街流量计、局阻阀门、水泵、压力表、压差传感器、功率表、气液分离器、测压系统管件、管道阀门、实验台及电控箱等组成。

二、实验内容TXZH-3型流体力学综合实验装置可完成下述实验：实验一、雷诺实验实验二、伯努利方程实验实验三、毕托管实验实验四、沿程阻力实验(包括光滑管和粗糙管) 实验五、局部阻力实验实验六、文丘里实验实验七、孔板实验实验八、突缩突扩演示实验实验九、离心泵实验三、实验台参数实验台总尺寸：长×宽×高=2000mm×590mm×1900mm。

潜水泵：型号HQB-2500。

增压泵：型号PB088-EA。

实验水箱：长×宽×高=370mm×280mm×400mm。

实验管路1：管径Φ20×2mm，测定粗糙管沿程阻力管长为1m，测定阀门局部阻力管长为0.17m，总长约1.5m。

可以完成粗糙管沿程阻力实验。

实验管路2：总长约1.5 m，管径Φ20×0.6mm，长约0.84m；中间接有突扩突缩实验管，管径Φ40×1mm，长约0.46m。

可完成突缩、突扩现象的演示实验。

实验管路3：管径Φ20×2mm，测定光滑管沿程阻力管长为0.7m，测定阀门局部阻力管长为0.17m，总长约1.5m。

可以完成光滑管沿程阻力及局部阻力的测试实验。

实验管路4：管径Φ20×2mm，总长约1.5m，实验管上装有孔板流量计和文丘里流量计，可以完成文丘里、孔板流量计的测试实验。

实验管路5：管内径Φ14mm，上管轴线高225mm，中管轴线高0.14m，下管轴线高90mm，总长约1.2m。

可以完成毕托管测速及伯努利方程实验，实验水位：H=340mm可调。

实验管路6：管内径Φ14mm，管长1 m。

可以完成雷诺实验。

四、实验装置组成1. 系统一由水泵P102供水经管路1、2、3及4流入水箱2中，再返回到水箱1中循环使用。

2. 系统二由潜水泵P101供水到实验水箱3，水箱内液体分别由管路5和6流入水箱2，再返回到水箱1中循环使用。

3. 雷诺实验中颜色水容器中的颜色水经显色剂调节阀门，进入管路6，随管路6内的流动水一起流动，显示有色的流线；经节流阀F1-4流入到水箱2再返回到水箱1中循环使用。

当水箱2中水微红时，将消色剂储器中的消色剂（白醋）加入少量进其中，使有色水变清。

4. 实验中基准水平面的选取：用本实验装置做以上各项实验时，其基准水平面一律选择为工作台面板的上平面。

5. 实验装置流程如图1-1所示。

图0-1 流体力学综合实验装置示意图实验一 雷诺实验一、实验目的1．观察液体流动时的层流和紊流现象，区分两种不同流态的特征。

2．测定临界雷诺数，加深对雷诺数的理解。

3．学习雷诺数用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。

二、实验装置图1-1 雷诺实验流程三、实验原理雷诺数是区别流体流动状态的无量纲数。

对圆管流动，其下临界雷诺数Re c 为 2300～2320。

小于该临界雷诺数的流体为层流流动状态，大于该临界雷诺数则为紊流流动状态。

工程上，在计算流体流动损失时，不同的Re 范围，采用不同的计算公式。

因此观察流体流动的流态，测定临界雷诺数，是流体力学课程实验的重要内容。

流体流速 24Q d υπ= (1-1) 式中Q —流体流量，用容积法测量，m 3/s ；d —管径，本实验装置中d ＝0.0158(m)。

雷诺数 Re d υν= (1-2) 式中ν—流体运动粘度，4220.0177510(/)10.03370.000221m s t tν-⨯++＝； t —水温，℃。

四、实验方法与步骤1．观察两种流态：1)准备工作：（量杯、秒表、管径d ＝0.0158(m)）①关闭水箱1的排水阀F2-2，将循环水箱1加水至约2/3处；②消色：将白醋加到消色剂容器中对水消色；③关闭颜色水流量调节阀，将配置好的颜色水（酚酞、氢氧化钠、水的混合物，配比可视水质情况而定，其中水最好为去离子水）加入到颜色水容器中至液位约2/3处。

④调节溢流杯的位置，使上杯沿口位于250mm处。

2)排气及实验操作：①打开阀门F1-1、F1-2、F1-4，其余阀门闭合，启动潜水泵P101，使实验水箱充水至溢流水位，排出管路中的空气；②排气结束后，调节阀F1-1，使实验水箱始终保持微溢流状态，以保证管路6进水的稳定度；③待稳定后，微微开启阀F1-4和颜色水流量调节阀，注入颜色水于管路6内，使颜色水线呈一条直线。

通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态；④显色剂经导入管注入管路6，调节阀F1-4和颜色水流量调节阀，使颜色水流线形态清晰可见，观察颜色水线的状态变化(稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等)。

⑤然后逐渐开大节流阀F1-4，观察颜色水直线的变化，记录层流转变为紊流的水力特征。

⑥待管中出现完全紊流后，再逐步关小节流阀F1-4，观察由紊流转变为层流的水力特征(显色剂的流量也应根据节流阀F1-4的开度大小相应调大或调小) 。

⑦视水箱2内颜色是否变红，通过消色剂流量调节阀加入适量消色剂。

2．测定下临界雷诺数：①将阀F1-4打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小节流阀使流量减小。

当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一条稳定直线时，即为下临界状态；②待管中出现临界状态时，用容积法测出流量（使用量杯和秒表测量）；③测记恒压水箱内水温计读数(以备计算水的运动粘度ν)；④根据所测流量，计算出管中的平均流速，并根据所测的实验水温求出水的运动粘度，求出下临界雷诺数Re c，并与公认值比较。

若偏离过大，需重测。

⑤重测步骤与上述1)～4)的操作相同，根据重测数据再次计算Re c值，直到Re c的值在2000～2300之间。

3．实验结束后断开电源，整理实验台。

注意事项：①每调节阀门一次，均需等待稳定5分钟；②关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；③颜色水由氢氧化钠水溶液和酚酞配比而成，因氢氧化钠具有很强的腐蚀性，使用时请注意安全，如皮肤接触到，请用大量清水冲洗；4．随出水流量减小，应适当调小进水节流阀F1-1的开度，以减小溢流量引发的扰动。

五、实验数据记录仪器编号：有关常数：管径d ＝ cm ， 水温T ＝ C ︒，运动粘滞系数ν＝ s cm /2实验报告一 雷诺实验1. 实验数据表仪器编号：有关常数：管径d ＝ cm ， 水温T ＝ C ︒，运动粘滞系数ν＝ s cm /22. 计算过程选取一组数据进行计算，写出完整的计算过程，其余计算结果列表格展示：3. 实验结果分析（对得到的实验结果进行分析讨论；主要分析雷诺数与流动形态之间的关系。

）4. 思考题⑴为什么颜色水的形态不稳定影响，实验效果的原因有哪些？⑵实验水箱内中间隔板的有何作用？实验二 伯努利方程实验一、实验目的1．验证流体恒定流动时的总流伯努利方程； 2．进一步掌握有压管流中，流动液体能量转换特性；3．掌握流速、流量、压强等动水力学水流要素的实际量测技能。

二、实验装置图2-1 伯努利方程实验流程图实验管路5：管内径Φ14mm ，上管轴线高225mm ，中管轴线高140mm ，下管轴线高90mm ，总长约1.2m 。

可以完成毕托管测速及伯努利方程实验，实验水位：H=340mm 可调。

三、实验原理液体流动时的机械能，以位能、压力能和动能三种形式出现，这三种形式的能量可以互相转换，在无流动能量损失的理想情况下，它们三者总和是一定的。

伯努利方程表明了流动液体的能量守恒定律。

对不可压缩流体恒定流动的理想情况，总流伯努利方程可表示为：2211222222p p z C g g g gαυαυρρ++=++=11z (C 为常数) (2-1)对实际液体要考虑流动时水头损失，此时方程变为：22112222122211z f p p z h g g g g αυαυρρ-++=+++ (2-2)式中z 1、z 2 —流体位压头，m ；pgρ—流体静压头，m ； 22gαυ—流体动压力，m ； ρ—流体密度，kg/m 3；g —重力加速度，m/s 2； υ1、υ2—流体平均流速，m/s ；h F2-2—两个过流断面之间的单位重量流体的水头损失，m ；以热能的形式消失掉的，在管路中是不能再恢复的。