大气污染控制工程 流体力学泵与风机 实验指导书
大 气 污 染 控 制 工 程 流 体 力 学 泵 与 风 机 实 验 指 导 书
实验一雷诺实验 、实验目的 1、观察液体在不同流动状态时的流体质点的运动规律。 2、观察液体由层流变紊流及由紊流变层流的过渡过程。 3、测定液体在园管中流动时的上临界雷诺数Rec和下临界雷诺数Rec 二、实验要求 实验前认真阅读实验教材,掌握与实验相关的基本理论知识。 2、熟练掌握实验内容、方法和步骤,按规定进行实验操作 3、仔细观察实验现象,记录实验数据。 4、分析计算实验数据,提交实验报告。 、实验仪器 1、雷诺实验装置(套),2、蓝、红墨水各一瓶,3、秒表、温度计各一只,4、 卷尺 A 雷诺实验装置
1 实验一 雷诺实验 一、 实验目的 1、观察液体在不同流动状态时的流体质点的运动规律。 2、观察液体由层流变紊流及由紊流变层流的过渡过程。 3、测定液体在园管中流动时的上临界雷诺数 Rec1 和下临界雷诺数 Rec2。 二、实验要求 1、实验前认真阅读实验教材，掌握与实验相关的基本理论知识。 2、熟练掌握实验内容、方法和步骤，按规定进行实验操作。 3、仔细观察实验现象，记录实验数据。 4、分析计算实验数据，提交实验报告。 三、实验仪器 1、雷诺实验装置（套），2、蓝、红墨水各一瓶，3、秒表、温度计各一只，4、 卷尺。 雷诺实验装置
四、实验原理 流体在管道中流动,有两种不同的流动状态,其阻力性质也不同。在实验过 程中,保持水箱中的水位恒定,即水头H不变。如果管路中出口阀门开启较小 在管路中就有稳定的平均流速u,这时候如果微启带色水阀门,带色水就会和无 色水在管路中沿轴线同步向前流动,带色水成一条带色直线,其流动质点没有垂 直于主流方向的横向运动,带色水线没有与周围的液体混杂,层次分明的在管道 中流动。此时,在速度较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动,为层流运动。 如果将出口阀门逐渐开大,管路中的带色直线出现脉动,流体质点还没有出现相 互交换的现象,流体的运动成临界状态。如果将出口阀门继续开大,出现流体质 点的横向脉动,使色线完全扩散与无色水混合,此时流体的流动状态为紊流运动。 雷诺数:Re 连续性方程:A"u=Qu=Q/A 流量Q用体积法测出,即在时间t内流入计量水箱中流体的体积ΔV。 △F 丌·d 式中:A-管路的横截面积 u-流速 d-管路直径 y-水的粘度 五、实验步骤 1、连接水管,将下水箱注满水。 2、连接电源,启动潜水泵向上水箱注水至水位恒定 3、将蓝墨水注入带色水箱,微启水阀,观察带色水的流动从直线状态至脉动临 界状态。 4、通过计量水箱,记录30秒内流体的体积,测试记录水温 调整水阀至带色水直线消失,再微调水阀至带色水直线重新出现,重复步骤 6、层流到紊流;紊流到层流各重复实验三次。 2
2 四、实验原理 流体在管道中流动，有两种不同的流动状态，其阻力性质也不同。在实验过 程中，保持水箱中的水位恒定，即水头 H 不变。如果管路中出口阀门开启较小， 在管路中就有稳定的平均流速 u，这时候如果微启带色水阀门，带色水就会和无 色水在管路中沿轴线同步向前流动，带色水成一条带色直线，其流动质点没有垂 直于主流方向的横向运动，带色水线没有与周围的液体混杂，层次分明的在管道 中流动。此时，在速度较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动，为层流运动。 如果将出口阀门逐渐开大，管路中的带色直线出现脉动，流体质点还没有出现相 互交换的现象，流体的运动成临界状态。如果将出口阀门继续开大，出现流体质 点的横向脉动，使色线完全扩散与无色水混合，此时流体的流动状态为紊流运动。 雷诺数： u d Re = 连续性方程：A•u=Q u=Q/A 流量 Q 用体积法测出，即在时间 t 内流入计量水箱中流体的体积ΔV。 t V Q = 4 2 d A = 式中：A-管路的横截面积 u-流速 d-管路直径 γ-水的粘度 五、实验步骤 1、连接水管，将下水箱注满水。 2、连接电源，启动潜水泵向上水箱注水至水位恒定。 3、将蓝墨水注入带色水箱，微启水阀，观察带色水的流动从直线状态至脉动临 界状态。 4、通过计量水箱，记录 30 秒内流体的体积，测试记录水温。 5、调整水阀至带色水直线消失，再微调水阀至带色水直线重新出现，重复步骤 4。 6、层流到紊流；紊流到层流各重复实验三次
六、数据记录与计算 表1、上临界雷诺数Recl 次数△v(m3)ts)Qm36) u(m/s) Reci 平均Rec1 表2、下临界雷诺数Rec2 次数△v(m3)t(s)Q(m3s) u(m/s) 平均Rec 123 T 七、实验分析与总结(可添加页) 1、描述层流向紊流转化以及紊流向层流转化的实验现象。 2、计算下临界雷诺数以及上临界雷诺数的平均值
3 六、数据记录与计算 表 1、上临界雷诺数 Rec1 次数 ΔV（m3） t(s) Q(m3 /s) u(m/s) Rec1 平均 Rec1 1 2 3 表 2、下临界雷诺数 Rec2 次数 ΔV（m3） t(s) Q(m3 /s) u(m/s) Rec2 平均 Rec2 1 2 3 d= mm T（水温）= 0C 七、实验分析与总结（可添加页） 1、描述层流向紊流转化以及紊流向层流转化的实验现象。 2、计算下临界雷诺数以及上临界雷诺数的平均值
实验二流体流动沿程阻力系数、局部阻力系数测定 、实验目的 1、观察流体稳定流动时在长为L等直管以及通过阀门时的能量损失情况。 2、熟悉液体在管道中流动时的能量损失计算方法,并对能量损失有一个数 量上的概念 3、掌握管道沿程阻力系数和局部阻力系数的测定方法 实验要求 实验前认真阅读实验教材,掌握与实验相关的基本理论知识 2、熟练掌握实验内容、方法和步骤,按规定进行实验操作。 3、仔细观察实验现象,记录实验数据 4、分析计算实验数据,提交实验报告。 三、实验仪器 流体综合实验台(沿程阻力系数、局部阻力系数实验管)一套;2、被 测阀门一只;3、U形压差计两套;4、温度计、秒表、卷尺各一只。 流体综合实验台
4 实验二 流体流动沿程阻力系数、局部阻力系数测定 一、实验目的 1、观察流体稳定流动时在长为 L 等直管以及通过阀门时的能量损失情况。 2、熟悉液体在管道中流动时的能量损失计算方法，并对能量损失有一个数 量上的概念。 3、掌握管道沿程阻力系数和局部阻力系数的测定方法。 二、实验要求 1、实验前认真阅读实验教材，掌握与实验相关的基本理论知识。 2、熟练掌握实验内容、方法和步骤，按规定进行实验操作。 3、仔细观察实验现象，记录实验数据。 4、分析计算实验数据，提交实验报告。 三、实验仪器 1、流体综合实验台（沿程阻力系数、局部阻力系数实验管）一套；2、被 测阀门一只；3、U 形压差计两套；4、温度计、秒表、卷尺各一只。 流体综合实验台
四、实验原理 沿程阻力系数:流体在等直管道中流动,由于摩擦阻力引起能量损失。对 距离为L的两断面列能量方程可求得L长度上的沿程阻力损失。 P-P △h gdh 由达西公式:h=A 得 ,并计算对应雷诺数R 其中,Δh由U型侧压管测得,u用体积法测得流量并由u=QA,A=,d3 算得之 局部阻力系数ξ:在紊流情况下,因局部阻碍的强烈扰动大大加强了流体 的紊流强度,局部阻力进入阻力平方区,ξ仅与局部阻碍的形状有关而与Re无 关。由b=5·,根据被测阀门两侧在压差板上的液柱高,得到压差△h,即表 示流体流经阀门时的能量损失h。由ξ=2gΔh可确定该阀门的局部阻力系数 五、实验步骤 1、在流体综合实验台上确定出所测等直管道和阀门以及所接的U型管。 2、接通电源、开启水泵。待流体流动稳定后开始测试数据 3、从小到大调节阀门,在不同的速度点记录测压管数据和流量(体积法) 4、推荐做6-10个点。最后记录管径、管长、和水温。 六、数据记录与计算 表1、等直径管道沿程阻力实验记录表 流量m为 测压指示mmH2O 沿程阻力雷诺数 序号 水量m3时间s流量m3/s流速m左|右|压差△h系数入
5 四、实验原理 沿程阻力系数：流体在等直管道中流动，由于摩擦阻力引起能量损失。对 距离为 L 的两断面列能量方程可求得 L 长度上的沿程阻力损失。 h P P hf = − = 1 2 由达西公式： g u d L hf 2 2 = 得 2 2 2 2 Lu gd h Lu gdhf = = ，并计算对应雷诺数 Re。 其中，Δh 由 U 型侧压管测得，u 用体积法测得流量并由 u=Q/A, 4 2 d A = 计 算得之。 局部阻力系数ξ：在紊流情况下，因局部阻碍的强烈扰动大大加强了流体 的紊流强度，局部阻力进入阻力平方区，ξ仅与局部阻碍的形状有关而与 Re 无 关。由 g u hf 2 2 = ,根据被测阀门两侧在压差板上的液柱高，得到压差Δh，即表 示流体流经阀门时的能量损失 hf。由ξ=2gΔh/u2 可确定该阀门的局部阻力系数。 五、实验步骤 1、在流体综合实验台上确定出所测等直管道和阀门以及所接的 U 型管。 2、接通电源、开启水泵。待流体流动稳定后开始测试数据。 3、从小到大调节阀门，在不同的速度点记录测压管数据和流量（体积法）。 4、推荐做 6-10 个点。最后记录管径、管长、和水温。 六、数据记录与计算 表 1、等直径管道沿程阻力实验记录表 序号 流量 m 3 /s 测压指示 mmH2O 沿程阻力 系数λ 雷诺数 水量 m Re 3 时间 s 流量 m 3 /s 流速 m/s 左 右 压差Δh 1 2
34567890 表2、阀门阻力实验记录表 序号水量m3时间s流量m3压差△h流速m局阻系数 均值 2 3456 七、实验分析与总结(可添加页) 1、计算不同流速下的沿程阻力系数 2、画出沿程阻力系数与雷诺数的关系曲线。 3、求出阀门阻力系数的平均值
6 3 4 5 6 7 8 9 10 表 2、阀门阻力实验记录表 序号 水量 m 3 时间 s 流量 m 3 /s 压差Δh 流速 m/s 局阻系数ξ 平均值 1 2 3 4 5 6 七、实验分析与总结（可添加页） 1、计算不同流速下的沿程阻力系数。 2、画出沿程阻力系数与雷诺数的关系曲线。 3、求出阀门阻力系数的平均值
实验三 伯努利方程仪实验 、实验目的 1、验证静压原理。 2、掌握一种测量流体流速的方法。 3、观察流体流经能量方程实验管的能量转化情况,对实验中岀现的现象进 行分析,验证伯努利方程的正确性,加深对能量方程的理解。 二、实验要求 1、实验前认真阅读实验教材,掌握与实验相关的基本理论知识。 2、熟练掌握实验内容、方法和步骤,按规定进行实验操作 3、仔细观察实验现象,记录实验数据。 4、分析计算实验数据,提交实验报告 三、实验仪器 1、能量方程实验管一只;2、定位水箱一个;3、皮托管四只;4、U形测 压管四个;5、计量水箱一个;6、秒表、温度计各一个;7、卷尺一个 接U形压差计 2 4 能量方程实验管
7 实验三 伯努利方程仪实验 一、实验目的 1、验证静压原理。 2、掌握一种测量流体流速的方法。 3、观察流体流经能量方程实验管的能量转化情况，对实验中出现的现象进 行分析，验证伯努利方程的正确性，加深对能量方程的理解。 二、实验要求 1、实验前认真阅读实验教材，掌握与实验相关的基本理论知识。 2、熟练掌握实验内容、方法和步骤，按规定进行实验操作。 3、仔细观察实验现象，记录实验数据。 4、分析计算实验数据，提交实验报告。 三、实验仪器 1、能量方程实验管一只；2、定位水箱一个；3、皮托管四只；4、U 形测 压管四个；5、计量水箱一个；6、秒表、温度计各一个；7、卷尺一个。 能量方程实验管 接U形压差计
四、实验原理 静压原理:在静止不可压缩均布重力流体中,任意点单位重量的位势能 和压力势能之和保持不变,与测点的高度和测点的前后位置无关。 2、测量流体流速的方法:利用皮托管测量管道中某点流体的流速,测速原 理见右图。皮托管前端的开口测 驻点全压,旁测的开孔测量测点 的静压,用连通管把它们分别接 在压差计的两端,即可测的流速 水头Δh。由下式计算流速 le Ah= 3、伯努利能量方程: 皮托管测速原理图 恒定总流的伯努利方程为=+2+m+,其方程的物 理意义表明,恒定总流沿程各过流断面上各种单位机械能可以相互转 化,但它们的总和(总水头)只能是沿程递减的。本实验在能量方程实 验管上布置了4组测点,可分别记录各测点的位置高度、全压、静压以 及不同测点间的能量损失,并可计算出各测点的动压。通过计算分析, 由此验证能量方程的正确性。 五、实验步骤 1、检査校核实验仪器,确定各测点连接的橡皮管与U形压差计的对应关系 2、开启电源,启动水泵,待定位水箱和管道灌满水后,关闭两端阀门,观 察能量方程实验管上各测压管的液柱高度,因管内的水不流动没有能量 损失,因此、水头的连线为一平行基准线的水平线。 3、测速:能量方程实验管上布置有4组测点,每一组测点都相当于一个皮 托管,可测得管内流体点的速度。将阀门开启至中开度,待流体稳定后 读取测压管的数据Δh,同时用体积法测定流体流速。 4、验证伯努利能量方程:全开阀门,观察总压沿水流方向的下降情况(总
8 四、实验原理 1、静压原理：在静止不可压缩均布重力流体中，任意点单位重量的位势能 和压力势能之和保持不变，与测点的高度和测点的前后位置无关。 2、测量流体流速的方法：利用皮托管测量管道中某点流体的流速，测速原 理见右图。皮托管前端的开口测 驻点全压，旁测的开孔测量测点 的静压，用连通管把它们分别接 在压差计的两端，即可测的流速 水头Δh。由下式计算流速。 g u h A 2 2 = uA = 2gh 3、伯努利能量方程： 皮托管测速原理图 恒定总流的伯努利方程为 hw g p u z g p u z + + = + + + 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 ，其方程的物 理意义表明，恒定总流沿程各过流断面上各种单位机械能可以相互转 化，但它们的总和（总水头）只能是沿程递减的。本实验在能量方程实 验管上布置了 4 组测点，可分别记录各测点的位置高度、全压、静压以 及不同测点间的能量损失，并可计算出各测点的动压。通过计算分析， 由此验证能量方程的正确性。 五、实验步骤 1、检查校核实验仪器，确定各测点连接的橡皮管与 U 形压差计的对应关系。 2、开启电源，启动水泵，待定位水箱和管道灌满水后，关闭两端阀门，观 察能量方程实验管上各测压管的液柱高度，因管内的水不流动没有能量 损失，因此、水头的连线为一平行基准线的水平线。 3、测速：能量方程实验管上布置有 4 组测点，每一组测点都相当于一个皮 托管，可测得管内流体点的速度。将阀门开启至中开度，待流体稳定后， 读取测压管的数据Δh，同时用体积法测定流体流速。 4、验证伯努利能量方程：全开阀门，观察总压沿水流方向的下降情况（总
压沿流动方向是减少的),记录4个测点的全压、静压读数,同时用体 积法测定管道平均流速。将阀门调至中开度,重复上述过程,记录数据。 六、数据记录与计算 表1、皮托管测点的流速 序号 项目 管内径mm 点速(ms) 平速(m/s) 比值(u/v) 表2、伯努利方程数据记录 序号 3 流量 项目 全压静压全压静压全压静压全压静压m3/s 阀全开 阀半开 管位置 管内径 七、实验分析与总结(可添加页 、计算4个测点位置的点速度v、v2、v、w和平均速度u、u、u、u4 并求出平均速度与点速度的比值。 2、计算4个测点位置的位置水头、静压水头和动压水头,验证1-2断面、 1-4断面的伯努力方程。 3、绘出1-4断面的总水头线和测压管水头线(阀门全开度)
9 压沿流动方向是减少的），记录 4 个测点的全压、静压读数，同时用体 积法测定管道平均流速。将阀门调至中开度，重复上述过程，记录数据。 六、数据记录与计算 表 1、皮托管测点的流速 序号 项目 1 2 3 4 管内径(mm) 点速(m/s) 平速(m/s) 比值(u/v) 表 2、伯努利方程数据记录 序号 项目 1 2 3 4 流量 m3 全压 静压 全压 静压 全压 静压 全压 静压 /s 阀全开 阀半开 管位置 管内径 七、实验分析与总结（可添加页） 1、计算 4 个测点位置的点速度 v1、v2、v3、v4 和平均速度 u1、u2、u3、u4， 并求出平均速度与点速度的比值。 2、计算 4 个测点位置的位置水头、静压水头和动压水头，验证 1—2 断面、 1—4 断面的伯努力方程。 3、绘出 1—4 断面的总水头线和测压管水头线（阀门全开度）