主頁（yè） > 技術文章 > 流體力學綜合實驗裝置使用說明書（shū）2025-07-22

流體力學綜合實驗裝置使用說明書

一、流體力學（xué）綜合（hé）實驗裝置-產品概述
本（běn）實驗裝置是由雷諾實驗（yàn）、柏努利實驗、沿程阻力實驗和（hé）局部阻力實驗於一體的綜合實（shí）驗台（tái），外形美觀，且節約實驗投資與占地麵積。在實際（jì）生產（chǎn）中，許多過程都涉及到（dào）流體流動的內部細節，尤其是流體的流動現象，故而了（le）解流體的流動形（xíng）態極其重要。流體在流動過程中為（wéi）克服流動阻力（lì）必定要消耗能量。流體流動（dòng）阻力產生根本的原因（yīn）是流體具有粘性，流動時存在著內磨擦，而固定的管壁或其它形狀固體壁麵（miàn），促使流（liú）動流體（tǐ）的內（nèi）部發生相對運動，為（wéi）流體流（liú）動阻力的（de）產生（shēng）提供了條件，因此液體阻力的大小與流體的物性、流動狀況及（jí）壁麵等因素（sù）有關。流體（tǐ）在流動係統中作定態流動時，流體在各截麵上的流速、密度（dù）、壓強（qiáng）等物理參（cān）數僅隨位（wèi）置而改變而（ér）不隨時間而（ér）變。根據能量守恒定律，對任一段管路內流體流動做能量衡（héng）算，即可得到表示流體的能量關係和流動規律的柏努利方程。
二、設備性能與主要技術參數（shù）
1. 該實驗裝（zhuāng）置（zhì）主要由：雷諾實驗管（guǎn）、柏努利實驗管、沿程阻力管、局部阻力管、孔板流量計、文丘裏流量計、測壓計、實驗水箱、計量水箱（xiāng）、蓄水箱和水泵等組成。
2. 雷諾實驗管（guǎn）為長1100mm，內徑φ14mm的有機玻璃管，位於實驗桌上的第二（èr）根實驗管道（dào），方便觀察實驗現象（xiàng）。
3. 柏努（nǔ）利實驗管由（yóu）內徑φ20mm和內徑φ14mm的有機玻璃管組成，總長為1100mm，以及（jí）按兩（liǎng）點法求出各變化點的動靜（jìng）壓頭。
4. 沿程阻力管（guǎn）為（wéi）長1100mm，內徑φ14mm的有機玻璃管，兩測壓點間的距（jù）離為800mm。
5. 局部阻力管為內徑分別（bié）為14mm變23m，14mm變23mm以及閥門阻力，管（guǎn）長1100mm
6. 流（liú）量校核（hé）管為長1100mm內徑φ14mm的有機玻璃管，其上裝有孔板流量計、文丘（qiū）裏流量計（jì）。可用來對（duì）文丘（qiū）裏流量計和孔板流量計進（jìn）行流量校（xiào）核。
7. 測壓計由20根長600mm，內徑φ8mm的有機玻璃管固定在測壓架上。
8.實驗水箱由有機（jī）玻璃製成（chéng），其上有指示液盒，指示液入口支撐架。
9.計量水箱為10L有機玻璃水箱，在水箱外壁麵（miàn）有一不幹膠標尺。
10.蓄（xù）水箱由PVC板焊製而（ér）成的容積80L水箱。
11.水（shuǐ）泵：輸入功率120W，最高（gāo）揚程：12m，最大流量：15L/min，轉速2800r/min，。
12.孔板（bǎn）流量計的（de）孔徑為φ8mm，文丘裏流量計的喉徑為φ6.2mm。
三、可開實驗
1. 雷諾實驗
2. 沿程阻力實驗
3. 局部阻力實驗
4. 柏努利方程（chéng）實驗
5. 文丘裏、孔（kǒng）板測流（liú）量的（de）校核實驗。
四、實（shí）驗原理
1、雷諾實驗：
流體流動過程中有兩種不同的流動型態：滯流和（hé）湍流。流體（tǐ）在管內作滯（zhì）流時，其質點（diǎn）作直線運動，且互相平行其質點之間互不混雜，互不碰撞。湍流時質點紊亂地向（xiàng）各個方向作不規（guī）則運動，但流體的主體仍向（xiàng）某一方向流動。
影響流體流動型態的因素，除代表慣性力的流速（sù）和密度及（jí）代表粘性力的粘度外，還（hái）與管型、管徑等有關。經實驗歸納得知可由雷諾準數Re來判別：

式（shì）中：d —管子內徑（m）
u — 流速（m / s）
ρ—流體密度（㎏/m3）
μ—流動粘度（PaS）
Re≤2000為滯流；Re≥4000為湍流；2000＜Re＜4000為（wéi）不穩定的過渡區。
2、沿程阻力與局部（bù）阻力實驗：
流體阻力產生的根源是流體具有粘性，流動時存在內摩擦（cā）。而壁的形狀則促使流動的流體內部發生相對運動，為流動阻力的產生提供了條件，流動阻力的大小與流體本身的物理性質、流（liú）動狀況及壁麵的形狀等因素有關。流（liú）動阻力可分為直管（guǎn）阻力（lì）和局部阻力。
流體在流（liú）動過程（chéng）中要消耗能量以克服流動阻力。因此，流動阻（zǔ）力的測定頗為重要。從流程圖可知水從貯（zhù）槽由泵輸入恒位水槽，再流經管道，經計量槽計量後回到水槽，循環利用。改（gǎi）變流量並測定直管與管件的相應壓差，即可測得流體流動阻力。
直管阻力磨擦係數λ的測定
直管阻力是（shì）流體流經直管時，由於流體的內摩擦而產生（shēng）的阻力損失hf 。
對於等（děng）直徑水平直管段根據兩測壓點間的柏努利方程（chéng）有：
式中：l — 直管長（zhǎng）度（m）
d — 管內徑（m）
（P1 - P2）— 流體流經直管的壓強降（Pa）
u — 流體截（jié）麵平均流速（m/s）
ρ— 流體密度（kg/m3）
μ— 流體粘度（PaS）
由式（1 - 1）可知，欲測定λ，需知道I、d、（P1 - P2）、u、ρ、μ等。
1）若測得流體溫度，則可查得流體的ρ、μ值。
2）若測得（dé）流量，則由管徑可計算流速u。
3）兩測壓點間（jiān）的壓降（P1 - P2），可用U型（xíng）壓差（chà）計（jì）測定。此時：

式中：   R — U型壓差計中水銀柱的高度差（m）
則：

局（jú）部阻（zǔ）力係數ζ的測定
局部阻（zǔ）力主要是由於（yú）流體流經管路中管件、閥門及（jí）管截（jié）麵的突然擴大或縮小等局部位置時所引起的阻力損失，在局部（bù）阻力件左（zuǒ）右兩側的測壓點間列柏努利方程有：
                                       （1-4）
即：
式中：ζ — 局部阻力係數
     P1′- P2′— 局部阻力壓強降（Pa）
式（1 — 4）中ρ、u、P1′- P2′等的測（cè）定（dìng）同直管阻力測定方（fāng）法。
3、柏努利實驗：
1、不可壓縮流體在管（guǎn）內作穩定（dìng）流（liú）動時，由於管路條件（如位置高低、管徑（jìng）大（dà）小）的變化，會引起流動過程中三種機械能——位能、動能、靜壓能的相（xiàng）應改變及相互轉（zhuǎn）換。對理想流（liú）體，在係統內（nèi）任一截麵處，雖然三（sān）種能（néng）量不一定相等，但能量（liàng）之和是守恒的。
2、對於實際流體，由於存在內（nèi）磨擦，流體在（zài）流動中總有一部分（fèn）機械能隨磨擦和碰撞轉（zhuǎn）化（huà）為熱能而（ér）損失掉了。故而對於實際流（liú）體，任意兩截麵上機械能總和並不相等，兩者的差（chà）值即（jí）為機械損失。
3、以上幾種機械能均可用U型壓差計中的液位差來表（biǎo）示，分別稱為位壓（yā）頭（tóu）、動壓頭、靜壓頭。當測壓直管中的小孔（kǒng）（即測壓孔）與水流方向垂直時，測壓管內液柱高度則為靜壓頭與動壓頭之和。測壓孔處流體的位壓頭由測壓孔的幾何高度確定。任意（yì）兩截麵間位壓頭、靜壓頭、動壓（yā）頭總和的差值（zhí），則為損失壓（yā）頭。
4、柏努利方程式
式中：
     、 ——兩截麵間各（gè）自距基準麵的距離   （m）
    、 ——可通（tōng）過流量與其截麵積求得       (m/s)
    、 ——由U型壓差（chà）計的液位差可知      （）
對於沒（méi）有能量損失且無外加功的理想流（liú）體，上（shàng）式可簡化（huà）為
5、文丘裏流量計（jì）與孔板流量計校核
文（wén）丘裏流量計和孔板流量（liàng）計是應用（yòng）最廣泛的（de）節流式流量計。當流（liú）體通過孔板或文丘裏時由（yóu）於流道（dào）的縮小，使流速增加，即（jí）增加了液體的動能，從而降低（dī）了流體的（de）勢（shì）能，利用壓降的變（biàn）化，可以測量流體的流速（sù），根（gēn）據柏努利原理，可以得到如下（xià）計（jì）算公式：
式中： ――孔口處流速，m/s；
　　　 ――孔板流（liú）量係數（shù），無因次；
　　　R - - 壓（yā）差計讀數，m；
　　　 ――壓差計內指示液密（mì）度，kg/m3；
　　　ρ ――流體密度，kg/m3；
其（qí）中不僅與（孔口與管道截麵積比）有關，而且還與孔板的結構形狀、加工進（jìn）度、流體（tǐ）在管內（nèi）雷（léi）諾數、取壓方式以及管壁麵的粗糙度等諸因素有關（guān），所（suǒ）以隻能通過實驗測定求得，才能利用公式得出流速、流（liú）量。
流量計的校（xiào）正實際上就是對給出的（de）的校正，即要（yào）得到某一待定條件下流量計（jì）的流量（liàng）係數c與校正曲線。校正的總思路是在不同的流量下，測得壓差計讀數R，通過其它方法得到對（duì）應的標準流量，再根據公式（shì）計算出對（duì）應的流量係數，這樣根據連續性（xìng）可得到流量係數與雷諾（nuò）數Re間的關係曲線，以及流量與指示（shì）液讀數R之間的關係曲線以修正原有的（de）和關係曲線，達到流量計的校正目的。
標（biāo）準流（liú）量計（jì）的測量方法對液體一般采（cǎi）用體積測量（liàng）法、質量測量法和基準測量（liàng）法。本實驗采用體積（jī）測量法（fǎ）。

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