液压传动与控制实验指导书2018.9实验一液压流体力学实验实验二液压传动基础实验实验三液压系统节流调速和差动回路实验实验一液压流体力学实验液压流体力学实验实验设备：实验台参数：潜水泵：型号HQB-2500；最大扬程：2.5m；最大流量：2000L/h；额定功率：55W；电源：单相～220V。

恒压水箱：长×宽×高=280×420×400；实验管A：管径Φ14，长约1.2 (m)，沿程损失计算长度L=0.85 (m)；雷诺数实验水位：H＝250～280（可调）；实验管B：小管内径Φ13.6，大管内径Φ20.2，轴线高度差140，总长约1.2 (m)；伯努利方程实验水位：H＝370（可调）；实验台总尺寸：长×宽×高=1730×540×1470。

实验管道中液流循环如下(见图1) ：⑴．实验台由泵7供水到恒压水箱22，水箱内液体分别由实验管A（雷诺实验）和实验管B（伯努利方程实验)流入辅助水箱14，再返回到供水水箱8中循环使用。

⑵．雷诺实验：颜色水容器1的颜色水径调节阀2调节，进入实验管A，随A管内的流动水一起运动，显示有色的流线；经节流阀9流出的微染色水，在辅助水箱14中与消色剂储器注入的消色剂混合，使有色水变清。

⑶．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。

⑷．本实验指导书中各项实验所涉及的运算，均采用国际单位制。

1 雷诺实验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为2300 ～c2320。

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。

（一）、实验目的要求：①．观察层流、紊流的流态及其转换特性；②．测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；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：本实验装置 (见图1)所示：实验时选用实验管A ，将测压针头⒃、⒅向管外侧拉出，使针头与管内壁平齐，使其不 致影响管内流体的流动状态。

逐渐打开进水节流阀37，排除管路及整个装置中的空气（实验管B 必须停止测试，关闭节流阀31），调节旁路节流阀11，使实验时恒压水箱始终保持微溢流状态，以提高A 管进口前水体稳定度。

颜色水(红色)经导入管4，注入实验管A ，调节微调器3，逐渐开启A 管节流阀9，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)。

视辅助水箱内颜色是否变红，加入适量消色剂。

（三）、实验原理：(本实验中，管内流体为循环水)dRe υ=νυ平均流速 (m/s) 2Q d 4υ=π (m/s) , Q 用容积法测量。

ｄ：管道内径 ｄ＝0.014 (m)； ν：运动粘度 4220.0177510 (m /s)10.0337t 0.000221 t-ν⨯++＝ (或查表)ｔ：水温： 0C 。

（四）、实验方法与步骤：⑴．观察两种流态：开泵，使恒压水箱充水至溢流水位，溢流水位调节至约0.25(m)，颜色水容器水位高约0.54 (m) 。

待稳定后，微微开启节流阀9，并注入颜色水于实验管A 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；然后逐渐开大节流阀9，观察颜色水直线的变化，记录层流转变为紊流的水力特征。

待管中出现完全紊流后，再逐步关小节流阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。

(微调器3也应根据节流阀9的开度大小相应调大或调小) 。

⑵．测定下临界雷诺数：①将节流阀9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；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，代入公式c c dRe υ=ν，求出下临界雷诺数c Re ，并与公认值（2320）比较。

若偏离过大，需重测，重测次数不少于3次；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c Re 值，直到c Re 的值在2000～2300之间。

注意事项：ａ 每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟； ｂ 关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；ｃ 随出水流量减小，应适当调小进水节流阀37的开度（右旋），以减小溢流量引发的扰动。

（3）．测定上临界雷诺数 (上临界雷诺数无实际意义，仅掌握测定方法)。

逐渐开启节流阀9，使管中水流由层流过渡到紊流，当颜色水线刚开始散开时，即为上临界状态。

测量此时管中的流量，计算管中的平均流速。

并根据恒压水箱水温表的读数计算水的运动粘度，由公式c c d Re 'υ'=ν求出上临界雷诺数。

测定上临界雷诺数1～2次。

（五）、实验成果及要求⑴．记录有关实验装置参数，测记有关实验数据：管径d=0.014 (m),水温t= (C 0)； 运动粘度 420.017751010.0337t 0.000221t-ν=⨯++ (s m /2)。

(注：也可查表) ⑵．整理、记录实验数据，填写下述实验用表：注：测定上、下临界雷诺数时，应在表中备注栏内注明‘上临界’或‘下临界’字样。

2 不可压缩流体恒定流动总流伯努利方程实验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：2211122212p P z z C g 2g g 2gαυαυ++=++=ρρ (C 为常数)对实际液体要考虑流动时水头损失，此时方程变为：2211122212f12p p z z h g 2g g 2g-αυαυ++=+++ρρ2f1h -为1、2两个过流断面间单位重量流体的水头损失。

在国际单位制中，上述各量的单位为：z 1、z 2 (m) ；1p 、2p (Ｐａ) ； 3 (kg /m )ρ ； g 2(m/s ) ； 1υ、2υ (m / s ) ； f12h - (m) ；12 αα、（动能修正系数，无量纲）（一）、实验目的要求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(见图1)本实验选用实验管B 完成此项实验。

B 管管壁上共开有16个测压针头插孔： ⑴～⒁、⒂、⒄。

其中⑴～⒁与测压架上的相应测压管相连；⒂用于毕托管测速实验；⒄用于演示弯头处急变流的压强分布。

此外测压架上的○16、○18两根测压管用于A 管测沿程阻力系数λ。

（三）、实验原理实际流体在做稳定管流时的总流伯努利方程为：2211122212f12p p z z h g 2g g 2g-αυαυ++=+++ρρf12h -表示所选定的两个过流断面之间的单位重量流体的水头损失。

选测压点⑴～⒁，从相应各测压管的水面读数测得pz g+ρ值，并分别计算各测点速度水头22g αυ，并将各过流断面处的p z g +ρ与22gαυ相加，据此，可在管流轴线图上方绘制出测压管水头线P-P 和总水头线E-E (见图2-1)。

（四）、实验方法和步骤：⑴．选择实验管B 上的⑴～⒁十四个过流断面，每个过流断面对应有一根测压管。

⑵．开启水泵。

使恒压水箱溢流杯溢流，关闭节流阀31后，检查所有测压管水面是否平齐(以工作台面为基准)。

如不平，则应仔细检查，找出故障原因(连通管受阻、漏气、有气泡) ，并加以排除，直至所有测压管水面平齐。

⑶．打开节流阀31，观察测压管○1～○14的水位变化趋势，观察流量增大或减小时测压管水位如何变化。

⑷．当节流阀31的开度固定后，记测各测压管液位高度(即pz g+ρ的值)，同时测量出实验管B 中的流量。

⑸．测记恒压水箱实验水温(以备计算ν用)。

⑹．改变流量再做一次。

（五）、实验结果，数据整理（1）．装置常数：细圆管内径d 细=0.0136(m),粗圆管内径d 粗=0.0202（m ）;圆管材质为有机玻璃管；管内壁绝对粗糙度0.001mm)∆=（，细管相对粗糙度0.0010.000074d 13.6∆==细，粗管相对粗糙度0.0010.0000495d 20.2∆==粗。

（2）．记录有关常数实验管B 各测点水平方向间的距离 (mm)小管内径 Φ0.0136 (m)，大管内径 Φ0.0202 (m)，测点⑶喉管内径Φ0.01(m)。

(3)．量测各测点的(pz g+ρ)值，并记录于表2-1： (4)．计算各测压点速度水头22gαυ和总水头2p z g 2g αυ++ρ，将计算值记入表2-1： 上式中各测点的α值(动能修正系数)可参考附表根据雷诺数Re 的范围确定。

（5）．绘制两次不同流量时的测压管水头线P-P 和总水头线E-E (见图2-1)。

附表： 水力光滑管紊流速度分布规律及动能修正系数雷诺数Re4×103 2.3×104 1.1×105 1.1×106最大速度与平均速度之比maxυυ1.26 1.24 1.22 1.17 动能修正系数α1.11 1.07 1.06 1.03。