@ 天煌教仪 www.tianhuang.cn THXZH-2型流体力学综合实验装置 目录 《THXZH-2型流体力学综合实验装置》概述.… .2 实验一雷诺实验 .5 实验二不可压缩流体恒定流动总流伯努利方程实验， 11 实验三毕托管测流速实验 17 实验四沿程阻力实验 23 实验五局部阻力实验 27 实验六文丘里实验 .32 实验七孔板实验 .36 .40 天煌科技天煌教 实验八突缩、突扩演示实验 天煌料技 -1- 天烛教仪
THXZH-2 型 流体力学综合实验装置 天煌科技 - 1 - 天煌教仪 目 录 《THXZH-2 型 流体力学综合实验装置》概述.................................................................................. 2 实验一 雷诺实验...................................................................................................................................5 实验二 不可压缩流体恒定流动总流伯努利方程实验.................................................................... 11 实验三 毕托管测流速实验.................................................................................................................17 实验四 沿程阻力实验.........................................................................................................................23 实验五 局部阻力实验.........................................................................................................................27 实验六 文丘里实验.............................................................................................................................32 实验七 孔板实验.................................................................................................................................36 实验八 突缩、突扩演示实验.............................................................................................................40
天煌教仪 www.tianhuang.cn THXZH-2型流体力学综合实验装置 《THXZH-2型流体力学综合实验装置》 一、实验内容 利用《THXZH-2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： 实验二不可压缩流体恒定流动总流伯努利方程实验： 实验三毕托管测流速实验： 实验四沿程阻力系数测定实验： 实验五局部阻力系数测定实验： 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。 二、实验台参数 实验台总尺寸：长×宽×高=1660mm×540mm×1580mm。 潜水泵：型号HQB-2500:最大扬程：2.5m:最大流量：2000Lh:额定功率：55W: 电源：单相~220V。 增压泵：型号PB088-EA。最大扬程：9m:最大流量：2160Lh:额定功率：95W。 实验水箱：长×宽×高=370mm×280mm×400mm。 实验管A:管内径中15.8mm,长约1m。可以完成雷诺实验，实验水位：H=250mm(可调)。 实验管B:管内径Φ15.8mm,上管轴线高0.22m,中管轴线高0.14m,下管轴线高0.07m, 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C:管径Φ20mm×2mm,总长约1.3m,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D:管径Φ20mm×2mm,测定沿程阻力管长为0.7m,测定阀门局部阻力管长为 0.17m,总长约1.3m。可以完成沿程阻力及局部阻力的测试实验。 实验管E:总长约1.3m,管径Φ20mm×2mm,长约0.84m:中间接有突扩突缩实验管， 管径Φ25mm×2mm,长约0.46m。可完成突扩、突缩现象的演示实验。 三、实验装置组成 1.系统一由增压泵5供水经实验管C、实验管D、实验管E,流入回水箱2，再返回到循 环水箱1中循环使用。 2.系统二由潜水泵4供水到实验水箱3，水箱内液体分别由实验管A和实验管B流入回水 箱2，再返回到循环水箱1中循环使用。 天煌料技 -2 天烛教仪
THXZH-2 型 流体力学综合实验装置 天煌科技 - 2 - 天煌教仪 《THXZH-2 型 流体力学综合实验装置》 一、实验内容 利用《THXZH-2 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 不可压缩流体恒定流动总流伯努利方程实验； 实验三 毕托管测流速实验； 实验四 沿程阻力系数测定实验； 实验五 局部阻力系数测定实验； 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。 二、实验台参数 实验台总尺寸：长×宽×高=1660mm×540mm×1580mm。 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。 增压泵：型号 PB088-EA。最大扬程：9m；最大流量：2160L/h；额定功率：95W。 实验水箱：长×宽×高=370mm×280mm×400mm。 实验管 A：管内径Φ15.8mm，长约 1 m。可以完成雷诺实验，实验水位：H=250mm（可调）。 实验管 B：管内径Φ15.8mm，上管轴线高 0.22m，中管轴线高 0.14m，下管轴线高 0.07m， 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 C：管径Φ20mm×2mm，总长约 1.3m，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 D：管径Φ20mm×2mm，测定沿程阻力管长为 0.7m，测定阀门局部阻力管长为 0.17m，总长约 1.3m。可以完成沿程阻力及局部阻力的测试实验。 实验管 E：总长约 1.3 m，管径Φ20mm×2mm，长约 0.84m；中间接有突扩突缩实验管， 管径Φ25mm×2mm，长约 0.46m。可完成突扩、突缩现象的演示实验。 三、实验装置组成 1. 系统一由增压泵 5 供水经实验管 C、实验管 D、实验管 E，流入回水箱 2，再返回到循 环水箱 1 中循环使用。 2. 系统二由潜水泵 4 供水到实验水箱 3，水箱内液体分别由实验管 A 和实验管 B 流入回水 箱 2，再返回到循环水箱 1 中循环使用
天煌教仪 www.tianhuang.cn THXZH-2型流体力学综合实验装置 3.雷诺实验中指示剂容器8的颜色水经输液管阀门9调节，进入实验管A,随A管内的流 动水一起流动，显示有色的流线：经节流阀F2-4、回水箱2到循环水箱1中。当回水箱2中水 微红时，将消色剂储器11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.实验装置如图1、2： Q2 Q3 F1.7 实验管E Q5 ●4 F1-6 F1-5 实验管D F1-4 实验管C F2-4 实验管A 实验管B F2-5 2 12 1-2 F2-3 F1-3 F1-1 F2-6 1、循环水箱 2、回水箱 3、实验水箱4、潜水泵5、增压泵 6、文丘里流量计 7、孔板流量计8、显色剂容器9、输液管阀门10、溢流杯11、消色剂容器12、 气管调节阀 B一毕托管F一阀门 Q一取压环 图1流体力学综合实验装置示意图 天煌料技 -3- 天烛教仪
THXZH-2 型 流体力学综合实验装置 天煌科技 - 3 - 天煌教仪 3. 雷诺实验中指示剂容器 8 的颜色水经输液管阀门 9 调节，进入实验管 A，随 A 管内的流 动水一起流动，显示有色的流线；经节流阀 F2-4、回水箱 2 到循环水箱 1 中。当回水箱 2 中水 微红时，将消色剂储器 11 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. 实验装置如图 1、2： 1、循环水箱 2、回水箱 3、实验水箱 4、潜水泵 5、增压泵 6、文丘里流量计 7、孔板流量计 8、显色剂容器 9、输液管阀门 10、溢流杯 11、消色剂容器 12、 气管调节阀 B—毕托管 F—阀门 Q—取压环 图 1 流体力学综合实验装置示意图 F2-6 12 F2-3 B4 B5 B3 9 F2-1 F2-2 F1-1 F1-3 F1-2 10 3 2 4 8 5 1 11 6 7 B1 B2 F1-6 F2-5 F2-4 F1-4 F1-5 F1-7 Q6 Q5 Q4 Q1 Q2 Q3 实验管C 实验管D 实验管E 实验管B 实验管A
天煌教仪 www.tianhuang.cn THXZH-2型流体力学综合实验装置 ①②图④⑤西①⑧©四① 3 用用用用用用用用用丹四 2 ①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩ 四m用四四m四四四m 1、测压管支架2、测压管3、穿管架 图2流体力学综合实验装置测压管示意图 天烛料技 -4- 天煌教仪
THXZH-2 型 流体力学综合实验装置 天煌科技 - 4 - 天煌教仪 1、测压管支架 2、测压管 3、穿管架 图 2 流体力学综合实验装置测压管示意图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 1 2 3
天煌教仪 www.tianhuang.cn THXZH-2型流体力学综合实验装置 实验一雷诺实验 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R。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R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 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 装置如图1所示，选用实验管A。 三、实验原理 Re= u平均流速(m/s) 15 (m/s),Q用容积法测量。 nd2 4 d:管道内径d=0.0158(m): 0.01775 V:运动粘度V 1+0.03371+0.0021×10(m21s)(咸查表： t:水温（℃）。 四、实验方法与步骤 1.观察两种流态： 1)准备工作：关闭阀F2-6,将循环水箱1加水至约2/3处。关闭阀12，将白醋加到消 色剂容器中至液位约23处。关闭阀9，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8中至液位约23处。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：打开阀门F2-1、F2-3、F2-4、F2-5,其余阀门闭合，启动潜水泵4”， 使实验水箱充水至溢流水位，排出管路中的空气。排气结束后，关闭阀F2-4、F2-5,调节阀F2-2, 使实验水箱始终保持微溢流状态，以提高A管进口前水体稳定度。待稳定后，微微开启阀F24 和输液管调节阀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：显色剂经导入管注入实验管A,调节输液管调节阀9和2-4，使颜 天煌科技 -5. 天煌教仪
THXZH-2 型 流体力学综合实验装置 天煌科技 - 5 - 天煌教仪 实验一 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 Rec 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。 一、实验目的 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 装置如图 1 所示，选用实验管 A。 三、实验原理 d Re 平均流速 (m/s) 2 Q d 4 (m/s) , Q 用容积法测量。 ｄ：管道内径 ｄ＝0.0158(m)； ：运动粘度 4 2 2 0.01775 10 (m /s) 1 0.0337t 0.000221 t ＝ (或查表)； ｔ：水温（℃）。 四、实验方法与步骤 1．观察两种流态： 1）准备工作：关闭阀 F2-6，将循环水箱 1 加水至约 2/3 处。关闭阀 12，将白醋加到消 色剂容器中至液位约 2/3 处。关闭阀 9，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 8 中至液位约 2/3 处。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：打开阀门 F2-1、F2-3、F2-4、F2-5，其余阀门闭合，启动“潜水泵 4”， 使实验水箱充水至溢流水位，排出管路中的空气。排气结束后，关闭阀 F2-4、F2-5，调节阀 F2-2， 使实验水箱始终保持微溢流状态，以提高 A 管进口前水体稳定度。待稳定后，微微开启阀 F2-4 和输液管调节阀 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；显色剂经导入管注入实验管 A，调节输液管调节阀 9 和 F2-4，使颜
天煌教仪 www.tianhuang.cn THXZH-2型流体力学综合实验装置 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)。然后逐渐开大节流阀F2-4,观察颜色水直线的变化，记录层流转变为紊流的 水力特征。待管中出现完全紊流后，再逐步关小节流阀F2-4,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℉2-4的开度大小相应调大或调小)。视回水箱2内颜色是否变红， 通过阀门12加入适量消色剂。 2.测定下临界雷诺数： 1)将阀F2-4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： 3)测记恒压水箱内水温计读数（以备计算水的运动粘度V): 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Re.=Dd,求出下临界雷诺数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Re.值，直到Re。的值 在2000~2300之间。 > 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F2-4,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Re!= 一求出上临界雷诺数。测定上临界雷诺数1~2次。 4.实验结束后断开电源，整理实验台，长时间不使用时，请将各容器内的物料放干净。 五、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F24的开度，以减小溢流量引发的扰动。 六、实验数据记录 1.记录有关实验装置参数，测记有关实验数据： 水温=（℃），圆管液体流动公认下的临界雷诺数Re=2320: 1+0.03371+0.00221F×10(m21s).(注：也可查表) 0.01775 运动粘度V= 2.整理、记录实验数据，填写到附表一内，如表1所示，以备后续调用。 天煌科技 -6- 天煌教仪
THXZH-2 型 流体力学综合实验装置 天煌科技 - 6 - 天煌教仪 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)。然后逐渐开大节流阀 F2-4，观察颜色水直线的变化，记录层流转变为紊流的 水力特征。待管中出现完全紊流后，再逐步关小节流阀 F2-4，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 F2-4 的开度大小相应调大或调小) 。视回水箱 2 内颜色是否变红， 通过阀门 12 加入适量消色剂。 2．测定下临界雷诺数： 1）将阀 F2-4 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； 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 d Re ，求出下临界雷诺数 Rec，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 R c e 值，直到 R c e 的值 在 2000～2300 之间。 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 F2-4，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 / / / Re dc c 求出上临界雷诺数。测定上临界雷诺数 1～2 次。 4．实验结束后断开电源，整理实验台，长时间不使用时，请将各容器内的物料放干净。 五、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 F2-4 的开度，以减小溢流量引发的扰动。 六、实验数据记录 1．记录有关实验装置参数，测记有关实验数据： 水温 t= (℃)，圆管液体流动公认下的临界雷诺数 Rec=2320； 运动粘度 4 2 0.01775 10 1 0.0337t 0.000221t ( m / s 2 )。(注：也可查表) 2．整理、记录实验数据，填写到附表一内，如表 1 所示，以备后续调用
@ 天煌教仪 www.tianhuang.cn THXZH-2型流体力学综合实验装置 序 颜色水 水体积 阀门开度 号 水温（℃） 时间t(s) 形态 V(mL) 增（↑）或减(！) 1 25 层流 2000 70 2 3 4 表1 天煌科技天煌教仪 天煌科技 -7- 天煌教仪
THXZH-2 型 流体力学综合实验装置 天煌科技 - 7 - 天煌教仪 表 1 序 号 水温 t(℃) 颜色水 形态 水体积 V(mL) 时间t(s) 阀门开度 增(↑)或减(↓) 1 25 层流 2000 70 ↓ 2 3 4
天煌教仪 www.tianhuang.cn THXZH-2型流体力学综合实验装置 专业 姓名 学 号 日期 地点 装置号 同组同学 序 颜色水 水体积 阀门开度 水温（℃） 时间t(s) 号 形态 V(mL) 增（↑）或减（↓） 2 3 4 5 附表一 诺实验记录表 天煌科技天 天煌科技 -8- 天煌教仪
THXZH-2 型 流体力学综合实验装置 天煌科技 - 8 - 天煌教仪 专业 姓名 学 号 日期 地点 装置号 同组同学 附表一 雷诺实验记录表 序 号 水温 t(℃) 颜色水 形态 水体积 V(mL) 时间t(s) 阀门开度 增(↑)或减(↓) 1 2 3 4 5
天煌教仪 www.tianhuang.cn THXZH-2型流体力学综合实验装置 七、实验数据处理 为计算方便，故专门配备了实验数据处理模板，下面介绍该数据处理模板的使用方法。 1.打开THXZH-2型实验数据处理模版，选中雷诺实验如图3。 图licrosoft Exce1-T以Z理2枣数据处理模版 文件)辑位)视图插入)格式0)工具)数菇m)亩口) 帮助 D心日3自秒的·J小9…2工·！地0￥：0月宋体 日①应翻画曹 Q39 A B D 1 序号 水温 水体积计量时 管内流体 水的运动黏 圆管中流动 圆管中液体流 2 流速 流体的雷诺动的公认下临 实验误差 t(℃) V/mL 间Ws ums》 度m2) 数RE 界雷诺数Rec (%) 4 1 25 2000 73 0.1397 8.9618E-07 2464 2320 6.19 2 6 3 7 4 8 9 6 10 7 11 8 12 9 13 10 14 15 16 17 图3 2.将表1内的实验数据对应填入到数据处理模版中，如图4所示： 国1cr0 oft Exce1-T取Z-2处数据处理模感 图]文件卫)编超)规图)插入)格式0)工具红)数据)商口)帮助) 03日召0梦包6白了9·品工·！利010%：@月宋体 6门应。的面当 038 A B D 1 序号 水温 水体积计量时 管内流体 水的运动黏圆管中流动圆管中液体流 2 流速 流体的雷诺动的公认下临 实验误差 C) V/mL 间ts 3 wm/s) 度vm) 数Re安 界雷诺数Rcc (%) 1 25 200073 0.1397 8.9618E-07 2464 2320 619 5 2 25 200070 6 3 4 8 5 9 6 10 7 11 8 12 9 13 10 14 15 16 图4 3.按住鼠标左键，同时选中E4~I4这5个单元格，放开左键，将鼠标的指针移到I4单元 格的右下角，这时鼠标指针变成一个黑的“十”字型，按住鼠标左键，同时将鼠标指针往下 拖到与左边的原始数据平齐，再放开鼠标的左键，如图5。至此，计算结果既可显示出来。 天煌科技 -9- 天煌教仪
THXZH-2 型 流体力学综合实验装置 天煌科技 - 9 - 天煌教仪 七、实验数据处理 为计算方便，故专门配备了实验数据处理模板，下面介绍该数据处理模板的使用方法。 1．打开 THXZH-2 型 实验数据处理模版，选中雷诺实验如图 3。 图 3 2．将表 1 内的实验数据对应填入到数据处理模版中，如图 4 所示： 图 4 3．按住鼠标左键，同时选中 E4～I4 这 5 个单元格，放开左键，将鼠标的指针移到 I4 单元 格的右下角，这时鼠标指针变成一个黑的“ 十” 字型，按住鼠标左键，同时将鼠标指针往下 拖到与左边的原始数据平齐，再放开鼠标的左键，如图 5。至此，计算结果既可显示出来
天煌教仪 www.tianhuang.cn THXZH-2型流体力学综合实验装置 国5 crosof件xee1-TgZ2型数据处理校版 区文件)编强)视图心)薤入)格式位)工具)数据m)商口)秋助0 03日331@1秒包白8，J小0，品工，2↓利地10x■-eis 日自⊙可的国进 E4 =4*(C4/10^6)/(3.1416*D4*0.01582) B D E 1 序号 水温水体积计量时 管内流体 水的运动黏 圆管中流动圆管中液体流 流速 流体的雷诺 实验误差 2 (C) 动的公认下陆 V/mL le tis 3 u(m/s) 度wm2) 数RE 界雷诺数Rec (%) 4 1 25 200073 0.139789618E.07 2464 2320 6.19 5 2 25200070 0.1457 8.9618E-07 2569 2321 10.69 3 7 4 5 9 6 10 11 8 12 9 1 10 14 15 16 图5 八、实验报告 1.根据实验数据记录表，计算本次实验中下临界雷诺数： 2.列出一组完整的计算示例： 3.对得到的实验结果进行分析讨论： 4.试分析各水流状况 九、思考题 1.下临界雷诺数有何意义？ 2.实验水箱内中间隔板的作用。 天煌科技 -10- 天煌教仪
THXZH-2 型 流体力学综合实验装置 天煌科技 - 10 - 天煌教仪 图 5 八、实验报告 1．根据实验数据记录表，计算本次实验中下临界雷诺数； 2．列出一组完整的计算示例； 3．对得到的实验结果进行分析讨论； 4．试分析各水流状况。 九、思考题 1．下临界雷诺数有何意义？ 2．实验水箱内中间隔板的作用