【热力学与工程流体力学】流体静力学实验,雷诺实验,沿程阻力实验,丘里流量计流量系数测定,局部阻力系数的测定,稳态平板法测定材料的导热系数λ

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目录

实验一、流体静力学实验

实验二、 雷诺实验

实验三、 沿程阻力实验

实验三、丘里流量计流量系数测定

实验四,局部阻力系数的测定

实验一  稳态平板法测定材料的导热系数λ


实验一、流体静力学实验

(一)实验目的

1. 能够用测压计测量流体静压力;

2. 加深对位置水头、压力水头、测压管水头的理解;

3. 通过对诸多流体静力学现象的实验分析,进一步提高解决流体静力学复杂工程问题的能

力。

 

(三)实验原理

重力作用下的静力学方程:

(四)实验步骤

1.记录各测点的位置位置水头、压力水头和测压管的水头;

2.记录数据与水箱的液位高度作比较。

试验次数

位置水头

压力水头

测压管水头

1

21cm

28.4cm

49.4cm

2

12cm

29.6cm

41.6cm

3

11cm

28cm

39cm

水箱液位高度约为42cm,与测压管水头基本一致 

实验二、 雷诺实验

  • 一,概述

    1883 年英国科学家雷诺(Osbome Reynolds)在他著名的雷诺试验中揭示了流体流动存

在两种性质不同的型态——层流和紊流。这两种流态不仅流体质点的运动轨迹不同,其水流

内部结构也有着本质的差异。雷诺通过大量实验得出判断层流和紊流的标准——临界雷诺

数。

  • 二设备简图
  • (三)实验目的及意义

    1.了解流体流动的两种流态,并观察其临界状态及转变过程。

    2.测定上临界雷诺数 Re:

    (四)实验步骤

    水箱上水,并保持微小溢流,打亮灯箱,小开出水阀门和颜色水(可用红墨水)阀门,

    使颜色水成一条细线,此时为层流状态。逐渐开大出水阀门至颜色水线开始微微颤动,此时

    为临界状态,量测流量、水温,查表得运动粘性系数,即可求出上临界雷诺数:

    式中 d 为实验玻璃管内径,上临界雷诺数是一个不稳定的数值,>1200,甚至更大。因

    此 Re 就没有实际意义。

    3.测定下临界雷诺数 Re

    在上述实验基础上,将出水阀门继续开大,使颜色水完全混乱,达到紊流状态。在逐

    渐关小出水阀门,使颜色水恢复成细纹,说明水流又由紊流变成层流,量测流量、水温。计

    算下临界雷诺数。根据大量实验资料,下临界雷诺数是一个相当稳定的数值,约为 2300,因此在工程上都采用下临界雷诺数作为判别流动型态的标准。一般实验设备由于进水口、边界条件等不尽完善,很难达到这个标准,当 Re 超过 1000

    时,就进入紊流状态。

  • 实验数据:

    管道直径2cm   管道面积:3.14平方厘米

  • 试验次数

    流速v

    流量

    时间

    雷诺数

    1

    3.184cm/s

    500立方厘米

    50s

    636.8

    2

    11.37cm/s

    500立方厘米

    14s

    2274

    3

    8.68cm/s

    500立方厘米

    18.34s

    1736

则实验1是层流,实验2和试验3是紊流 

实验三、 沿程阻力实验

(一)实验目的

1.测定不同雷诺数 Re 时的沿程阻力系数λ

2.掌握沿程阻力系数的测定方法

(二)设备简图

(三)实验原理

在本实验中伯努利方程式可表示如下:

对Ⅰ、Ⅱ两断面列伯努利方程,可求得 L 长度上的沿程水头损失

用流量计测得流量,(仔细阅读流量计使用方法),并计算出断面平均流速,即可求得沿程阻力系数λ

(四)实验步骤

1.开泵,调节进水阀门,使测压管中出现 高差。

2.关闭进水阀门,测压管中水位应一平,如仍有高差,说明连接管中有气泡,应赶净。

3.用流量计测流量。

数据记录:

管长L=85cm,管道直径d=2cm,管道面积3.14平方厘米

次数

hf

流量

时间

流速

沿程阻力系数

1

0.4cm

500cm3

10.66s

14.9cm/s

0.8316

2

0.25cm

500cm3

29.34s

5.43cm/s

0.391

实验三、丘里流量计流量系数测定

(一)1.实验目的

(1).测定文丘里流量计的流量系数。

(2).验证伯努利方程的正确性。

(二)设备简图

(三)实验原理

在文丘里流量计入口 I~I 断面,在其喉部收缩段处取Ⅱ~Ⅱ断面,由于流量计系数水平

放置,则可列出上述两断面的伯努利方程如下,(不计水头损失):

(四)实验步骤

(1)准备工作:

① 记录仪器常数 d1,d2 并计算出 k 值。② 检查测压计液面是否水平(此时 Q=0),如果不在同一个水平面上,必须将橡胶管内空气排尽,使两测压管的液面处于水平状态,方能进行实验。③ 阀门 1、2 为实验阀门。可先调至较小开度。④ 文丘里流量计收缩断面(测点 2),经常处于负压状态,实验前应将连接胶管灌满水,才能进行实验,否则往里进气。

2.进行实验:

① 开泵,此时 1、2 测压管内应出现较小高差。② 缓慢开启阀门 1,使压差调到最大(如 2 号测压管中液位降得太低可关小阀门 2,使液位抬高。如测压计中液位太高,可用压气球加压,压低液位)。

注意事项:如出现测压管冒水现象,不必惊慌,可把阀门 2 全开、或停泵重做。

实验四局部阻力系数的测定

(一)实验目的

(1)测定阀门不同开启度时(全开、半开)的阻力系数。

(2)掌握局部水头损失的测定方法。

(二)设备简图

\

(三)实验原理

在本实验中伯努利方程式可表示如下:

(四)实验步骤

(1)开泵。调节进水阀门,使测压管 1、2、3、4 种出现压差,如管中液位太高,可用压

气球打压,使液位降低,以增加量测范围。

(2)先闭进水阀门,测压管中水位应一平,如不平,说明连接胶管中有气泡,应赶净后

再进行实验。

(3)用流量计量侧流量。

注意事项:如出现测压管冒水现象,不必惊慌,可把出水阀门全关或停泵重做。

数据记录:

管长L=85cm,管道直径d=2cm,管道面积3.14平方厘米

次数

hf

流量

时间

流速

沿程阻力系数

1

0.4cm

500cm3

10.66s

14.9cm/s

0.8316

2

0.25cm

500cm3

29.34s

5.43cm/s

0.391

实验一  稳态平板法测定材料的导热系数λ

一、实验目的和任务:

1、巩固和深化稳定导热过程的基本理论,学习用平板法测定材料导热系数的实验方法和技能。

2、设计测定材料导热系数的方法。

3、确定导热系数与温度的关系。

4、学会用电位差计及热电偶测量温度,用电位差计及标准电阻精确测定电功率。

二、实验原理:

导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料导热系数是各不相同的,对于同

一材料,导热系数还随着温度、压力、物质的结构和重度等因素而异。各种保温材料的导热系

数都用实验的方法来测定。稳态平板法就是一种应用一维稳态导热过程的基本原理,测定保温

材料导热系数的方法。

在稳态情况下,一维导热过程可直接由下面傅立叶定律求解:

  

大多数的工程材料的导热系数均与温度有关,见图 1-1。一般地说,导热系数与温度的关系

是曲线关系,而且对于非金属固体材料,导热系数大都随温度的增加而增大。但是在工程应用

中,当温度变化范围不大时,这种关系可近似认为是直线。如图 1- 1 所示,当在 t 1 与 t 2 区间

λ=f ( t )作为直线关系处理时,有

因此,只要创建一定的条件,使平板试件内维持一维稳态温度场,并测出δ、F、Q、t1 和

t2 等值,则可由式(1-5)求得 tm 下的导热系数λm。

根据不同温度条件下所确定的导热系数 λt 与对应的平均温度 t 就可以根据式(1-2)求得

λ0 和 b 之值,从而可确定λ-t 关系曲线。

三、实验装置及测量仪表

平板法测定绝热材料导热系数的实验装置如图 1-3 所示。试材 3 做成二块方形平板。尺寸为

   为使主电炉 1 所发生的热量全部能通过试材 3 ,并由冷却水套 4 中的冷却循环水所带走。

在主电炉的周围设有环形电炉 2 并使之与主电炉的温度相等。为了减少热损失,全部设备都放

在带有绝缘层的外壳中。

加热表面的温度 tw1(或 tW2)和冷却表面 tw3(或 tw4)都用热电偶来测定,为了控制环形电炉

的工作,在环形电炉上设置一环形铜板并使其温度与 Tw1(或 TW2)相等,可以通过自动控制装置,

调节环形电炉的电流,使环形电炉的铜板温度一直跟踪主加热表面的温度 tw1(tW2),直到最后达到

稳定平衡。

各热电偶点与转换按钮联接,可直接在直流数字电压表上读数。读出电压表上电压及电流

表上的电流;然后计算求得电功率

1.数据记录

平板面积A:30cm*30cm   平板厚度:3mm

次数

tw1

tw2

tw3

tw4

U(V)

I(A)

导热系数

1

23.7

22.9

22.4

22.2

10

0.99

0.165

2

27.4

25.6

25.9

25.5

20

2.05

0.854

3

42.3

35.7

41.7

34.2

30

3.04

1.448

Tm1=22.8  ,tm2=26.1 ,tm3=38.47

2关系图

3关系式

A=-0.045  入=-4.58

误差分析

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