97759t:流体力学综合实验台的开发与应用_图文

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第 2 卷第 1 6 期 
2008年 1月     

西安航 空技术高等专科学校学报 
J u a fXia   r tc nclC l g   o r l   ’ nAeoe h i   ol e n o a e

V_ . o 26No.  1 1

J n .2 0 0 8 a      

流 体 力 学综 合 实验 台的开发 与应 用 
杨 晓新 
( 安航 空技 术高等专科学校 实验实训 中心 , 西 陕西 西安 7 0 7 ) 1 0 7 



要: 以创新 型、 综合型 实验 设计 为 目标 , 通过对流体力学综合实验 台功 能的设计与开发 , 出其综合应用性和对  突

实践教 学效果的促进作用 ; 实验数据进行 分析 , 明 实验 台设计 的合理性。 对 说   关键词 : 流体力学 ; 综合 实验 台; 热工测 量 ; 仪表测量  中图分类号 : 3 3 5 文献标 识码 : 文 章编 号:0 89 3 ( 08 0 —0 30   0 5. A 10 .2 3 2 0 ) 10 7—2

流体力学是- F 重要 的专 业基 础课 , - J 该课程实验常 规以  验证性和演示型为 主。我们开 发研制 的流 体力学 综合实 验  台, 将课程实验设计 在一个 综合 实验 台上 , 体现 了实验设 备  资源共享的优势 , 同时使 过去知 识点离 散 、 理论 知识与 专业  实践脱节的现象得 到改善 , 使抽 象的概 念变 得具体 生动 , 课  程章节通过实验加强关联 , 教学效果 明显 提高。  

程设计和毕业设 计课题提供实验平台。  

1 设 计思 想 
流 体力学综 合实验 台在设 计上 注重开 放和创新 型实验  建设 , 力求 改变传统 实验 , 以演示 、 验证 为主 ,照 方取药 ” “ 的  被动方式 ; 而是通过综合性实验 , 学生 自行设 计实验方 案、 步  骤, 并分析结果 , 充分发挥其主动性和创造性 。   首 先, 立足于为理论 教学提供实验支 持。实验 台设计从  静力学和恒 定流 的理 论研 究 出发 , 过分 层 间 隔的水 箱设  通 计, 以更理想的方式模拟恒定 流流态 , 供雷诺数 、 提 伯努力方  程及尼古拉兹 曲线测定 等实验 功能 , 同时在原有 的演 示型 、   验证性 实验基础上 , 一步实 现不 同管道 部件 、 同参 数的  进 不
测定 , 以满足教学需要。   图 1 流体力学综合实验台结构示意图 

2 系统构成 
如图 1 所示 , 流体力学综合实验 台由蓄水水箱 、 潜水泵、   定压水箱 、 计量水 箱、 测压排及 6 根不 同的测量管段组成。   定压水箱通过 中间隔板和孔板使水 压恒定 , 同时减 弱泵 

其次 , 实现对学生动手能力培养 。实验 台增加 学生动手  操作项 目, 在实验过程中 , 学生可 自 行设 计实验过 程和方法 ,   经过阀门和丝扣 调整 不同管道 连接 , 建合适 的测量 线路 ; 搭  
便于实验项 目及 内容设计 , 学生可通过计算 机等辅助工具对 

的冲击和扰动 ; 在伯努力管 的测压断面上设置静压管 和总压 
1/   - 2

管( 相当于比托管 )该实验不但 可以测得该点 速度水头  , ,   而且可获得管道轴 心速度 V, 与通过 流量计量测定的管道平 
=  

实验数 据进行处 理 , 生成 相关 曲线 , 并 促进 课程与 基本技 能 
训练的纵向联系。   第三 , 提供学生创新开拓的实验平 台。实验 台在 专业基  础上 , 引入节流测压和 比托管测流速 的概 念 ; 流量测量 , 对 设  计孔板流量计和文丘 里流量 计, 加 了实验 台的实用 性 , 增 结 

均流速 相比 , 可获得 比托管流速修正系数 K = ,   从而该 
U 

^  

1/   ' 2

实验既能验证伯努 力能量方程 H =  

+z+ ,   又能校验 

合热工测量等专业课 , 实现流 体流量 的仪 表测 量, 为课  可 并
收稿 日期 :0 70 .4 2 0 .92  

常用 比托 管 测 流 速 的 原 理 , 进 行 误 差 分析 % = k 并 , A 

作者简 介: 晓新 (90 , , 杨 17 -)女 陕西省西安市人 , 于西北工业大学电力 电子专业 , 毕业 工学硕士 , 现任西安航专实训 中心实验  师, 研究方 向: 实验教学与管理 、 电力电子及其 自动化 。  

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西安航空技术 高等专科学校学报 

第 2 卷  6

4- 。验 还 有 程 力 数 局 阻 系 测 管 有效克服了产生测量误 差 的因素 , Vf 实 台 设 沿 阻 系 和 部 力 数 定    -  ̄ 例如采用孔板 阻隔 , 克服 
u  

统工作 的稳定性和实验结果都能达 到令人满意 的效果 ; 系统 

段, 以及节流降压 型流量计 , 可实现静力学方面相关实验 , 并  可拓展实验台的教学功能。  

扰动影响 ; 利用渐扩变径 , 克服管道 中气泡聚集  并防止产生 

3 功能概况 
3 1 演 示 实验  .

涡流等 , 因此实验数据的测量精 度高。以孔板 流量 计和计量  水箱对管道流量进行测量为例 , 实验结果列于表 1  。
表 1 流量测量结果 

实验 台通过雷诺管和阻力实验管可演示液 流流态变化 。   雷诺管中心的色线 , 可观 察外 界因素对 监界 流态 的影 响 ; 更  换不 同管段可观察不同流速下沿程损失的变化 。  
3 2 验 证 实 验  .

通过测压排和计量水 箱可测定 不 同管段的沿程 、 局部 阻 

力系数 , 临界雷诺数 R 、 和文丘 里流量计 的孔流系  校验 e孔板 数 c还可计算相关流量 、 , 流速 , 以便对流体力学 的公式 、 理论 
进行验证 。  
3 3 创 新实 验  .

实验管道设计测量的最小雷诺数为 j =90 ,   o0法兰连  接孔板 , 以差压计测量流量 , 配 其流量 g = 船  /2 ^ 其    △ , 中a 为节流装 置的孔流系数 , 与雷诺数 j 有关 ,为流束膨    e 胀系数 。 R 较大时 , 变化 较小 , 在   a 在流量大于常用流量 时,   实际 a 偏离设 计值 所引起的误差较小 ; j 较小 ( 在   低流量 )   时 , 变化较大 。 a 故节流装置在 RD较大时 , e 流量测量准确。  

创新性实验培养学生 的实验组 织能力 、 自主实验能力和  创新意识 。实验台各管段采用丝扣连接 , 于对不 同材质管  便 道进行替换 , 管线 可 自由选择并连接 , 在研究新型管材 ( 如铝  塑管 、 P P R管 ) 及其连接 件( 如管接 头、0弯头 ) 9  性能 时, 可直  接组合安装在管道 上进行测 量 , 如能量 方程实验 , 利用其测  速管与测压管组成 比托管 , 测定该点 流速 , 可 还可 利用两点  间的测压管测定其 间的流动阻力 。学生根据课题要 求 , 阅  查 资料 , 拟定 实验方案 、 操作 步骤 , 选择测量 管道和设备 , 自己 

5 结论 
实践 证明流体力 学综合实验 台有 良好 的通用性和可操 
作性 , 便于学生创新 实验 , 并有效支 持学生 课程设 计和教师 

的进一步教学研究 , 在流体力学及相关专业课程 中发挥有效 
作用 。   参 考 文 献 

连接并操作运行 , 获得实验数据 , 同时形成实验报告 。  
3 4 综 合性 实验   .

将基础实验 与应 用性 实验 相结 合 , 基本 实验 的 基础  在 上, 改制组成综合性实验 , 既节约可用资源 , 又培养 了同学 的 
动手能力 。例如孔板节流是一项综 合性理论 , 它涉及到能量 

[] 蔡增基 , 1 龙天渝 . 力学 泵与风机 [ . 流体 M]北京 : 中国建 
筑 出版社 ,02 65 .8 8 .4 1714  2 0 . :77 ,79 ,3 .4 .

方程 、 局部 阻力、 流量测 量、 流降压等知识 , 节 通过 实验 台可   设计 为综合性实验 。学生运用多方面知识 , 采用不 同实验方 
法, 设计方案进行 实验 , 培养学生综合运用所学知识 , 分析解 
决 问题 的能力 。  
3 5 设 计 型 实 验  .

[] 吴永生 , 2 方可人 . 热工测量 及仪表 [ . M]北京 : 中国 电力 
出版社 ,9 5 6 192 12 22 0  19 . :4 .1 ,1.2 .

[] 水 力 学 实 验 [ B . 华 大 学 教 学 软 件 库 .05 5 3 E ]清 20 . .  
ht : / tp / www.x u t d .c / x tig u / t r/ 8   a a .e u n e /s h a mf n wae 0 /
0 / 0 / 1 0 0 / d x h n  1 o 8 O / 0 01 ' e . u . n i

节流型流量计与 其他管 路 的连接 , 可作 为实 验平 台 , 在 

工程 测量 中与仪表 连接 使用 。实 验中可充 分发挥 学生 的创  新设计能力 , 测试 方法灵活 , 满足理论和实践教学 的需要 。  

[] 向文英 . 4   流体力学教 学与实验 创新 []重庆 大学学报  J. ( 社会科学版)2 0 ( )2 02 1 ,0 36 :1 .1 .   [] 程广振 . 5 热工 测量与 自 控制 [ . 京 : 国建 筑出 动 M]北 中  
版社 ,0 6 77 .0  2 0 . :48 .

4 实践效果 
本实验 台在设计中通过大量的理论计算和实 际测量 , 系 

[ 责任编辑、 : 行 】 校对 徐  

De eo v lpm e ta d Ap lc to   n Hy r d n mi  n r lz d Te t—S a   n   n   p ia in o   d o y a cGe e aie   s 。 t nd —

NG  a — i   Xi ox n
( e t  f x ei na C ne, ia  eoa ta C lg , 10 7 X ’ , h ax, hn ) C ne o  pr t  etr X ’nA rnui l ol e 70 7 , i r E me l c  e n a S an i C ia 
Ab ta tTh  sa  sa l h d tr e sin v t ea d g n r l  x e i n a d s n n   i  einn a d d — sr c : ees y etbi e  ag ta n o ai   n   e eal e p rme tl ei ig va d g i s v y   g s g n   e  v lpn  fh do y a i t  e n tae g n rl y a d p o t n p a t a ta hn  eutfra ay i Olt e eo igo  y rd n m c o d mo srt  e e ai   n   rmo i   r ci l e c ig r l o  n lss i h     t o c  s    
e p rme tl aat x rs ain l y  x ei n a  t o e p esr t ai . d o t

Ke   o d : d o y a i yW r s Hy r n m c d s;Ge ea  p r e t   st S a d nrl Ex ei n a Te — tn   m l


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