【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

​