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2020-11-18

流体力学综合实验

  
DB-LLZ  流体力学综合实验装置

 流体力学综合实验装置
设备特点:
1、本试验台为新型流体力学综合试验台, 结构小巧,布置合理,一台多用。
2、试验水箱和管道采用厚壁优质透明有机玻璃管,实验现象清晰,方便学生观察。
3、设备整体为自行式框架结构,并安装有禁锢脚,便于系统的拆卸检修和搬运。
4、装置设计可360度观察,实现全方位教学与实验。
实验目的:
1、适合于工程流体力学(水力学)教学实验。
2、可做雷诺实验、伯努利实验、沿程阻力实验、局部阻力实验及文丘里流量计校核实验。

主要配置:
雷诺实验管、伯努利实验管、沿程阻力管、局部阻力管、水泵、秒表、玻璃温度计、测压计、刻度标尺、文丘里流量计、实验水箱、计量水箱、蓄水箱、指示液盒、不锈钢框架。
技术参数:
1、运行环境:温度0-40℃,相对湿度:≤90%RH,电源:220V/50Hz。可连续操作。
2、雷诺管:长度1100mm、内径Φ15mm,有机玻璃。
3、伯努利管:总长1100mm、内径Φ20mm和Φ14mm,有机玻璃管制作,按两点法求出各有变化点的动静压头。
4、沿程阻力管:长1100mm、内径Φ14mm,有机玻璃制作,两测压点间的距离:800mm。
5、局部阻力管:总长1100mm、内径Φ14mm和Φ23mm,有机玻璃制作,上装文丘里流量计、闸阀,可用来测定流体流经铜闸阀的前后压差,以及对文丘里流量计进行校核。
6、实验流量Q=0~18 L/min,毕托管实验流速:100~200cm/s,最大静压水头400mmH2O。
7、测压计由22根直径φ8mm的有机玻璃管固定在测压架上,测压架上粘有标尺方便读数,压差计内的指示液为水,无毒、操作安全。
8、静音环保型水泵:扬程:12m,流量:15L/min,功率:120W。
9、计量槽:容积10L透明有机玻璃制作,带计量刻度。
10、实验水箱:有机玻璃制成,容积40L,上装指示液盒,指示液为红墨水。
11、蓄水箱:容积约100L,PVC板焊制而成。
12、实验所用的流体-水为全循环使用设计,充分节约水资源。
13、框架及台面均为304不锈钢材质,结构紧凑,外形美观,操作方便。
14、外形尺寸:1600×550×2000mm(长×宽×高),框架为可移动式设计,带脚轮及禁锢脚。



实验的主要设计思想

流体力学的主要任务是研究流体静止平衡和运动规律。在流体力学实验中以流体运动的基本规律为主线,以能量守恒定律为核心内容,从影响流体流动各个主要方面着手,通过实验让学生在了解流体运动的基本规律的基础上,学会对流体运动流动过程的基本描述,充分认识影响流体流动的主要因素及其在流动过程中的作用。同时结合工科类学生的培养目标,工程研究方法和能力的培养应有机地融合在实验的训练中,通过重点实验展示工程基本研究方法在对流体流动研究中的重要作用,是培养工程研究能力的有效方法。
 以此,利用实验使学生能对流体的流动过程有更为直观的感性认识,将在理论课教学的各个知识点有机地串联,通过实验数据的综合分析加强对流体的流动过程整体的、全面的认识。实验不但注意学生实际操作能力的培养,也侧重学生知识的综合运用能力的培养,同时通过实验,能够从另一个侧面考察学生对理论知识的掌握。为提高学生解决有关流体运动的工程实际问题的能力提供一个较好的训练平台。
 实验的设计不是停留在对公式、定律的简单验证和再现,而是在实验中充分发挥学生主观能动性、体现学习的主动性。实验的设计依据先观察后操作、从简单到复杂的基本原则,在充分激发学生学习兴趣的前提下,由浅入深,逐步深入,带着问题进入实验,使学生在实验中能够主动进行探索和研究。实验设计主要思路:观察——→提出问题——→进行实验、数据测量及整理——→解决和回答问题——→实际应用(工程测量、工程研究方法)

4实验设计说明

这一单元的综合实验由七个实验组成,各个实验的主要内容和相互间的关联表示如下:

实验一  流动演示实验
展示单元中所涉及到各种的流动图谱,将问题充分暴露

实验二  流管流态实验
问题分解

实验三  流动沿程阻力损失实验

实验四  管道局部阻力损失实验

实验五  能量方程实验;
问题集中、进行综合分析

实验六  流量测量实验
知识应用和深化

实验七  有压渗流电拟法实验
方法学习



 在实验一中,通过演示流体流过不同边界条件下的多种水流现象,增强和加深对流体运动特性的认识。结合流体在流动过程中的实际情况各个演示单元分别显示了串联管路纵剖面的流谱、流体流过各种不同局部阻碍时的流谱及局部损失叠加影响的流动图谱、流体流过文丘里流量计和孔板流量计的流动形态。通过各种流动情况流动图谱的展示,引导学生思考为什么会出现这些现象?这些现象会对流动过程产生怎样的影响?可以采取什么方法减少对流动过程的影响?。同时,更加深入、细化地直观展示流体流动过程中边界层形成以及分离现象边界层、流体绕过不同形状物体时驻点、尾流、涡街的形成,使学生对前述问题有初步的了解。在此基础上,学生带着问题进入下一阶段的实验

Re是描述流体运动特性的一个重要参数。实验二,流管流态实验,通过对流动状态的描述分析影响流动状态的主要因素。实验中调节Re=174~7600,流动过程中不同流动状态对流动损失变化规律的影响。
流体的流动损失由沿程阻力损失和局部阻力损失两部分组成。在实验三中,可得出不同流动状态下,沿程阻力损失与平均流速的关系,从而分析流态对沿程阻力大小的影响、沿程阻力变化主要影响因素。在实验四中设计了多种局部阻碍,在各种边界条件突变时局部阻力的大小的变化,有利进一步理解局部阻力产生的主要原因,定量地分析驻点、尾流、涡街的形成对局部阻力大小的影响,为寻找减少局部阻力的有效方法提供理论依据。
 能量守恒定律作为三大守恒定律之一,是流体动力学的核心内容。在实验二、三、四的基础上,采用大型实验板,并使管段间的有机连接,在恒定流动情况下,展示水流的位能、压能及动能之间的守恒及相互变化关系。因此在实验五——能量方程实验中,综合反映了流态、沿程阻力、局部阻力等因素对流动过程的影响。这种从简单到复杂,从单一到综合的实验设计安排,使学生即有助于对问题的深刻理解,也加强了对过程的系统、全面认识和规律的熟悉、掌握。
 为加强学生对理论知识综合运用能力的训练,工程能力的培养是一个不可缺少的环节。在工程测量技术中以实验六中的文丘里流量计、孔板流量计为例,即是能量方程工程应用的一个实例,也是工程测量的一种方法。实验中不仅要求学生了解流量测定的基本原理和方法,同时,要求学生进一步明白如何灵活地利用能量方程,并能结合实验一中所观察的现象进行思考。这个实验是前面五个实验中所理论内容的具体运用。
物理现象间的比拟方法是工程研究的一种重要而有效的方法。如何在实际中应用比拟模拟方法是培养学生工程能力的一个重要方面。流场和电场的比拟是流体流动研究中常用的方法。在比拟过程中需要满足哪些基本条件?如何做到两个不同性质的场之间几何条件和边界条件相似?对于这些比拟方法的基本知识和要求在实验中均得到较好的体现。

4实验的评价和基本要求

这一单元综合实验主要针对流体的流动现象,除了对实验中所出现的各种现象进行合理的分析、学会实验数据处理的基本方法,学生还应结合理论教学中的知识对问题进行深入地思考,达到能力训练和探索研究的目的。
 因此,在各个实验后面布置有关的思考题,不仅仅是对该实验现象的简单解释,大部分问题是在实验所描述现象基础上的扩展和深化。要求学生以小组为单位,进行资料查询和讨论,得出有自己见解的结论。这样才能充分调动学生积极思考,有探究的动力,使学生的能力得到充分的锻炼。从能力上对学生进行考察。
 对实验报告的评价不是仅着眼与在于实验数据本身的考察,而是通过对学生实验中出现问题的处理、实验数据的处理过程及方法、对问题的综合分析及解答等各个方面进行综合考察和评价,并且鼓励学生在实验中有所创新,同时在评价上给予鼓励。
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