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土木工程专业 流 体 力 学 实 验

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土木工程专业 流 体 力 学 实 验 - PowerPoint PPT Presentation


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土木工程专业 流 体 力 学 实 验. 目 录. 雷诺实验 孔口、管嘴出流实验. 雷诺实验. 若 Re<Re k ,水流为层流,. 若 Re>Re k ,水流为紊流,. 实验原理. 雷诺实验. —— 揭示了水流运动具有层流与紊流两种流态。. 当流速较小时,各流层的液体质点是有条不紊地运动,互不混杂,这种型态的流动叫做层流。. 当流速较大,各流层的液体质点形成涡体,在流动过程中,互相混掺,这种型态的流动叫做紊流。. 层流与紊流的判别. 雷诺数. 或. (下)临界雷诺数. 颜色水. h f. lgh f. 颜色水. 流速由小至大. θ 2.

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目 录
  • 雷诺实验
  • 孔口、管嘴出流实验
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若Re<Rek,水流为层流,

若Re>Rek,水流为紊流,

实验原理

雷诺实验

——揭示了水流运动具有层流与紊流两种流态。

当流速较小时,各流层的液体质点是有条不紊地运动,互不混杂,这种型态的流动叫做层流。

当流速较大,各流层的液体质点形成涡体,在流动过程中,互相混掺,这种型态的流动叫做紊流。

层流与紊流的判别

雷诺数

(下)临界雷诺数

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颜色水

hf

lghf

颜色水

流速由小至大

θ2

流速由大至小

颜色水

颜色水

θ1

O

lgV

雷诺实验

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实验目的及内容
  • 1.观察水流的层流和紊流的运动现象。
  • 2.学习测量圆管中雷诺数的方法。
  • 3.测定临界雷诺数,分析雷诺数的影响因素。
  • 4.通过实验分析层流和紊流两种流动型态下雷诺数的变化规律。
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实验原理

  • 层流条件下,流体质点不发生各向混杂,流动呈现规则的有秩序的成层流动;紊流条件下,由于粘性力对质点的束缚作用降低,质点容易偏离其原来的运动方向,形成无规则的脉动混杂甚至产生可见尺度的涡旋。在本实验中,颜色水随玻璃管内主流一起流动,颜色水流线代表了管内主流的流动状态。
  • 由流体力学可知:层流紊流流态的判别标准就是下临界雷诺数 Rec,可表示为 ,
  • 式中 d为玻璃管内径;ν 为流体的运动粘性系数,μ为流体的动力粘性系数,为流体的密度,V c 为流体的临界速度。 水的运动粘性系数 ν 与温度的关系为:
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实验步骤

  • 1、开启进水开关,向水箱内注水。到达一定水位高度,并保持适当的溢流,使水箱内水位稳定。在实验期间如出现水位变化时,应缓慢调节进水开关确保水箱内水位稳定。
  • 2、打开玻璃管放水开关,待管内空气排出后,松开颜色水开关使颜色水随玻璃管内主流 一起流动。
  • 3、缓慢关小放水开关,同时观察玻璃管内颜色水变动情况,直到颜色水变为一条稳定的直线,此时即 为紊流转变为层流的下临界状态。用量杯和秒表测量流量。
  • 4、开大放水开关,使玻璃管内水流变为紊流状态;重新缓慢关小放水开关,待玻璃管内颜色水变为一条直线时,用量杯和秒表测量此时的流量。
  • 5、重复前述步骤,分别测量出对应的临界流量。
  • 6、实验完成后,整理实验数据,按规定格式撰写实验报告。
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讨论

1、为什么要用 Rec来判断流态而不用Vc来判断?

2、当流量保持不变,玻璃导管直径改变时,沿导管之 Re数是否改变?怎样改变?

3、如用不同直径的导管,或用不同的液体, Vc和Rec是否改变?

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实验原理

在稳定水位下用量筒及秒表测量各孔口、管嘴的流量。根据孔口、管嘴流速、流量公式,可推倒出相应流速系数、流量系数;在稳定水位下,用卡尺测量孔口流束最小收缩直径 d c , 从而得到 A c。

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实验目的和内容

  • 1.了解孔口、管嘴恒定自由出流特征,根据流量公式,计算相关参数,分析流量影响因素。2.在恒定水头下,测定孔口管嘴的流量系数,收缩系数,流速系数并比较它们的流量大小。
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实验设备

1 进水管 2. 水位指示器 3. 进水开关 4.管嘴1 5.管嘴2 6.薄壁圆孔口 8. 水箱

测具1 游标卡尺一把;2. 量桶一只 3. 秒表一只

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实验步骤

  • 1、用游标卡尺记录各孔口、管嘴的出口直径;然后关闭各孔口、管嘴出口。
  • 2、开启进水开关注水;当水位接近水箱最高水位时,首先打开薄壁圆孔口(其余管嘴关闭),调节进水开关,使水位缓慢上升至最高水位,并保持有少量溢流,待水箱水位稳定后,读记该水位高度 H 。
  • 3、在稳定水位下用量水桶、秒表及磅秤测量薄壁圆孔口的流量。
  • 4、用游标卡尺测量流束最小收缩断面处流束直径。
  • 5、关闭薄壁圆孔口,依次打开各管嘴,按照步骤2、3各重复测量两次;
  • 6、 实验完毕,将实验水箱内水全部排尽,整理好仪器设备并放回原处。
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讨论

1. 孔口出流时为什么会形成收缩断面?管嘴出流时是否会形成收缩断面?为什么?

2. 试比较薄壁圆孔口和圆柱管嘴的流速系数、流量系数, 说明当二者的作用水头、出口直径 d 相同的情况下,哪一个流量较大?为什么?