流体力学实验指导书(2012春)_386105077
流体力学实验一
水洞、水槽流动显示实验
一、实验目的
1．在水洞中观察飞机模型周围流谱及流速与脉线形状的关系；
2．通过调节水槽中水流速度、观察不同绕流物体周围流形变化，进一步了解层流流动与湍流流动的区别、卡门涡街的产生、流动分离现象等流体流动规律；
3．学习设计流动显示方法。
二、实验装置及用品
1．水洞水槽联合实验台（水洞及水槽部分示意图分别如下）
2．飞机模型及绕流物体
本实验所用绕流物体主要是为利于灌装染色液的内部空心的物体，外形为单一圆柱体、组合圆柱体、三角断面柱体、矩形断面柱体、翼型等。
3．实验用品
本实验所用物品主要是固体高锰酸钾、溶解杯、注射针头等。
三、实验步骤
1．将适量高锰酸钾颗粒放入溶解杯中，加入适量清水，搅拌成为高锰酸钾水溶液，并将其中部分溶液注入水洞实验染色液瓶中。
2．开启系统水泵。
3．首先在水洞中观察飞机模型绕流现象。
4．改变水洞实验段流速，观察绕流现象的变化。
5．将其中一种实验用绕流物体放入水槽实验段。
6．将高锰酸钾水溶液注入中空绕流物体中或绕流物体上游，观察绕流现象。
7．改变水槽中流动状态，使其从层流到湍流变化，观察绕流现象的变化。
8．更换不同绕流物体重复第5-8步。
四、实验报告填写内容
1．绘制不同绕流物体及流谱简图(至少三种)。
2．简述上述实验现象，并进行分析和解释。
3．该实验可否对水槽中流动速度做定量测量、如何测量？
4．你了解的其它流动显示方式有哪些？
五、基于实验一的同学自己感兴趣的任选课余拓展实验内容建议
1．设计新型绕流物体以在水洞、水槽中观察及分析其流谱与预计形状的异同及其原因。模型可自行设计加工，也可绘图后联系加工单位。
2．作为与本实验染色剂法的比较，设计、制作氢气泡流动显示实验台。首先完成实验台及实验模型设计、给出原材料及配套设备购置清单。加工制作可全部自行完成，也可部分委托其它加工单位。
3．其它你认为可行的实验内容……
流体力学实验二
动量法测定机翼阻力
一、 实验目的
研究二元机翼尾迹中的流速分布，并根据动量定理确定翼型的阻力系数，从而掌握一种测定型阻的方法。 二、 实验原理
气流流过机翼表面时，由于粘性作用，在机翼壁面上形成边界层，在机翼后面形成尾迹旋涡。根据动量定理，可以确定气流流过二元机翼时单位展向长度机翼上受到的阻力。
如图所示，在流场中作控制面，该控制面由两部分组成：一是远离机翼的矩形面ABCD ，其中BC 与AD 平行于来流方向，其间距为h ，AB 和CD 与来流方向垂直；控制面的另一部分取在二元机翼表面上。设AB 截面上气流参数为未扰动的来流参数p ，p 0，ρ，v ，CD 截面上的气流参数为p '，p '0，ρ'，u '。此处按不可压缩流体考虑，有ρ=ρ'。由于尾迹中气流速度明显地低于来流速度，因此可知必有一部分流体质量通过BC 与AD 流出上述控制面，该部分气流的质量为：
?--=22
''h
h dy u vh m ρρ
这部分流量带出的x 方向的动量近似地为：
?--=22
'')(h h v dy u vh mv ρρ
单位时间内净流出控制面ABCD 的流体所具有的在x 方向的动量
??
----=-+22
'
''22
2'2')(h h h h dy u v u h
v mv dy u ρρρ
应等于作用在控制体内流体上的外力在x 方向的分量，如忽略流体的质量力，则
??---+-=∴--=--22
'
'''22
''''
)()()()(h h X h h X dy u v u h P P F dy u v u F h P P ρρ
这里F X 是单位长度模型作用在气流上的力，其方向与来流相反，它的反作用力就是单位长度模型受到气流的阻力。
如果控制面CD 位于机翼后很远，则P '很接近于P ，因而可认为P '=P ，于是阻力
?--=22
''')(h h X dy u v u F ρ
在尾迹以外u '=v ，所以上式只要在尾迹中积分就可以了。为了量测方便，一般不取CD ，而取较靠近机翼(如距离机翼后缘
4
3
弦长)的EF 面为控制面。因为流体在机翼后，只受到粘性
力的作用，速度梯度不大时，粘性力的作用也不大，可以近似地认为沿尾迹内同一流束上的
总压不变，即：’
‘0'0P P =
1－低速风洞 2－二元对称机翼模型 3－微型总压管 4－数控精密二维洞内坐标架
5、6－倾斜微压计 7－四自由度洞外坐标架
在CD 与EF 间取一宽度为单位长的流束，由连续方程，有：
ρρ??=??''''''dy u dy u
故'
'
'"
'
dy
dy u u = 伯努力方程为： 2'2''2'''
'''02
1
2121u P u P u P P ρρρ+=+=+
=
即有 P P u -=''02
'21ρ '
'''02''2
1P P u -=ρ
所以 )(2
''0'
P P u -=
ρ
)(2
''''0''P P u -=ρ
在AB 截面上有
202
1
v P P ρ＋＝
故 )(2
0P P v -=ρ
阻力系数C x 定义为
1
221
??=b v F C x
x ρ 而阻力 ??
-=-=E F
C
D
x dy u v u dy u v u F "'"'
'
')()(ρρ
将以上各量代入得
?-----=E F x dy P
P P
P P
P P P b C ''0''00'
'''0)1(2
其中
P
P P P P P P P P P P P ---+-+=
--0"
00"000“
”
P P P P P P P P －”“000
01-+---=
P
P P P P P P P P P P P P P －－－＝－－＋－＝－－”“”0000000001
所以 ?-----+---
=E F x dy P
P P P P P P P P P P P b C ''00
00000)11(12“”“－ 式中(P －P ”
)表示来流与尾迹内的静压差，实验表明此差值甚小，本实验中小于1毫米水柱，可以忽略，于是阻力系数简化为：
“”“－－dy P
P P P P P P P b C E
F
x )11(12000000-----=?
令 )11(1)(000000'
'P
P P P P P P P y －－－”
”----
=? 则 ?=
E F x dy y b
C '
''')(2?
若作出了““y y -)(?曲线，则)(”
y ?在FE 区间上包络的面积乘以
b
2
就是阻力系数，可见我们只要测出了某风速下的总、静压差(P 0－P)以及该风速下，来流总压与尾迹内总压之差的分布("
00P P -)，就可以算出阻力系数了。 三、 实验仪器及装置
二元对称机翼模型2(型号NACA0012)安装在风洞1的实验段内，调整至零攻角，来流的总、静压差(P 0－P)按落差法由倾斜微压计5测量，微型总压管3安装在数控精密座标架4上，正对来流方向位于模型后
)200(4
3
mm b b =处，该座标架又安装在风洞外四自由度大坐标架7上。位移纵向 (指风洞轴向) 及竖向（指风洞断面高度方向）调节靠坐标架4完成；位移横向(指风洞断面宽度方向)调节靠坐标架7完成。
压力测量用倾斜式微压计，如图所示。倾斜微压计5测量（P 0－P ）之值，倾斜微压计6测量（P 0－P 0“
）之值。使用上述实验仪器及装置和竖向移动的微型总压管即可测得机翼尾迹中相应的(P 0－P 0”
)值。 四、 实验步骤
(1).检查模型及总压管的安装，微压计的水平及零点，仪器的接线、联管等是否正确； (2).将微型总压管的纵向位置调整至模型后)200(43mm b b =处，并固定好。开启风洞； (3).确定总压管的竖向中心位置，方法为：待风速稳定后，慢慢驱动总压管竖向位移，并同时观察倾斜微压计6的(P 0－P 0“
)的变化。随着总压管向中心位置移动，(P 0－P 0”
)值渐渐增大，达到某一最大值后又趋下降。记下(P 0－P 0“
)max 的位置，此位置即是尾迹的中心位置；
(4).将总压管从中心位置竖向下移15mm ，在本实验条件下，尾迹宽约在30mm 左右； (5).调风速到约25m/s ，此时微压计5的示值约为93mm （即L 1＝93mm ，KL 1＝0.4?93?9.807Pa)；
(6).风速稳定后记录下(P 0－P)值；
(7).从尾迹中心位置开始，驱动坐标架4在竖向以步长1mm ，使总压管横过尾迹，记录(P 0－P 0“
)～y 的数值；
(8).至连续两次(P 0－P 0“
)读数相同，略去最后一次测量。因翼型对称，尾迹也对称，所以仅测量半个尾迹区；
(9).减小风速至零，停机； (10).记录大气压力、室温。 五、 数据整理(实验报告填写内容) 1．实验条件：
大气压力P 0= mm 汞柱= Pa 室温t ＝
风洞落差系数μ＝1.0284 微压计5比例系数K 1＝1.0043 微压计6比例系数K 2＝1.0250 微压计5读数L 1＝
P 0－P ＝
由于“”－－y P P )(00曲线左右对称，为减小计算工作量，取其一半计算)("
y ?值，位移间隔
取△y ”
＝1mm 。尾迹内)(”
y ?包络的面积∑∑?=)(2)(2
"y y y
S ??＝”“
，
阻力系数∑==
)(4
2”y b
S b C x ? 2．填写计算表格、绘制所测断面速度分布图
3．阐述对本实验设计及其中假设的理解。
六、基于实验二的同学自己感兴趣的任选课余拓展实验内容建议
1． 设计新型或改变现有翼型模型尺寸（如厚度），利用动量法进行阻力测定，以摸索不同
物体形状与型阻的关系。模型可自行设计加工，也可绘图后联系加工单位。
2． 作为与本实验动量法测量压力计算结果的比较，设计、制作侧壁支撑测力天平系统及新
实验模型，给出测力天平阻力测量结果。首先完成实验台设计、给出原材料及配套设备购置清单。加工制作可全部自行完成，也可部分委托其它加工单位。 3． 其它你认为可行的实验内容……
流体力学实验三（首先参观一些演示实验，之后实做A 、B 两个实验中的一个，故要求全部预习） 实验三A
沿程阻力损失实验
一、实验目的和要求
1．加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制f h lg ～v lg 曲线； 2．掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气一水压差计及电测仪测量压差的方法； 3．将测得的C R ～ 关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。 二、实验装置
本实验的装置如图1所示
l ．自循环高压恒定全自动供水器 2．实验台 3．回水管 4.水压差计 5.测压计 6.实验管道 7．水银压差计 8．滑动测量尺 9．测压点 10．实验流量调节阀； 11．供水管与供水阀 12．旁通管与旁通阀 13．稳压筒
图1 自循环沿程水头损失实验装置图
压差测法有两种型式：
型式I 压差计测压差。低压差用水压差计量测；高压差用水银多管式压差计量测。装置简图如图1所示。
型式Ⅱ 电子量测仪测压差。低压差仍用水压差计量测；而高压差用电子量测仪(简称电测仪)量测。与型式I 比较，该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪(图2)所取代。
本实验装置配备有： 1．自动水泵与稳压器
自循环高压恒定全自动供水器由离心泵、自动压力开关、气—水压力罐式稳压器等组成。压力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响，离心泵的输水是先进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。
1.压力传感器； 2．排气旋钮； 3.连通管： 4.主机
图2 电测仪示意图
2．旁通管与旁通阀
由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量时有可能时开时停。从而造成供水压力的较大波动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管(图中未标出)，通过分流可使水泵持续稳定运行。旁通管中设有调节分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀，实验流量随旁通阀开度减小(分流量减小)而增大。实际上旁通阀又是本装置用以调节流量的重要阀门之一。 3．稳压筒
为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接由2只充水(不满顶)之密封立筒构成稳压筒。 4．电测仪
由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点(图2)。压差读数(以厘米水柱为单位)通过主机显示。 三、实验原理
由达西公式 g
v d L h f 22
λ=
得 L
gd
K Q h K Q d L gdh v L gdh f
f f 8)4(2123
22222ππλ====
另由能量方程对水平等直径圆管可得
γ
)(21p p h f -=
压差可用压差计或电测仪测量。对于多管式水银压差计有下列关系：
3
41234122
16.12))(1(
h h h h h h h h h h p p h m m w m
w
f -+-=??=-+--=-=
γγγ
式中m γ，w γ分别为水银和水的容重；m h ?为汞柱总差。
───────────────────────────────
* 由右图可知 据水静力学基本方程及等压面原理有
2
443322111)()()()()(p y h h h h h h h h y p w m w m w =++-+-+-++-γγγγγ
w
p p γ2
1-=f h =)1(
-w
m
γγ)(3412h h h h -+-m h ?=6.12 四、实验方法与步骤
准备I 对照装置图和说明，搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；检查蓄水箱水位是否够高及旁通阀12是否已关闭。否则予以补水并关闭阀门；记录有关实验常数：工作管内径d 和实验管长L(标志于蓄水箱)。
准备Ⅱ 启动水泵。本供水装置采用的是自动水泵，接通电源，全开阀12，打开供水阀11，水泵自动开启供水。 准备Ⅲ 调通量测系统。
1．夹紧水压计止水夹，打开出水阀10和进水阀11(逆时针)，关闭旁通阀12(顺时针)，启动水泵排除管道中的气体。
2．全开阀12，关闭阀10，松开水压计止水夹，并旋松水压计之旋塞1F ，排除水压计中的气体。随后，关阀1l ，开阀10，使水压计的液面降至标尺零指示附近，即旋紧1F 。再次开启阀11并立即关闭阀10．稍候片刻检查水压计是否齐平，如不平则需重调。
3．水压计齐平时，则可旋开电测仪排气旋扭，对电测仪的连接水管通水、排气，并将电测仪调至”000”显示。
4．实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在阀12、阀11全开的前提下，逐次开大出水阀10，每次凋节流量时，均需稳定2—3分钟，流量愈小，稳定时间愈长；测流量时间不小于8～10秒；测流量的同时，需测记水压计(或电测仪)、温度计 (温度表应挂在水箱中)等读数：
层流段：应在水压计h ?～20mm O H 2（夏季）[h ?～30mm O H 2 (冬季)]量程范围内，测记3—5组数据。
紊流段：夹紧水压计止水夹，开大流量，用电测仪记录f h 值．每次增量可按h ?～100 cm O H 2递加，直至测出最大的f h 值。阀的操作次序是当阀11、阀10开至最大后，逐渐关阀12，直至f h 显示最大值。
5．结束实验前，应全开阀12，关闭阀10，检查水压计与电测仪是否指示为零，若均为零，则关闭阀11，切断电源。否则，表明压力计已进气，需重做实验。 五、实验成果及要求
1．有关常数。 实验装置台号 圆管直径d ＝ cm ． 量测段长度L=85cm. 2.记录及计算(见表1)。
3．绘图分析 绘制v lg ～f h lg 曲线，并确定指数关系值m 的大小。在厘米纸上以v lg 为横坐标，以f h lg 为纵坐标，点绘所测的v lg ～f h lg 关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线，求厘米纸上直线的斜率
1
212lg lg lg lg v v h h m f f --=
将从图上求得的m 值与已知各流区的m 值(即层流m=1，光滑管流区m=1.75 ．粗糙管紊流区m= 2.0，紊流过渡区1.75 1．为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失?如实验管道安装成倾斜．是否影响实验结果? 2．据实测m 值判别本实验的流区。 ?3．实际工程中钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动，大多为紊流阻力平方区，其原因何在? 4．管道的当量粗糙度如何测得? ?5．本次实验结果与莫迪图吻合与否?试分析其原因。 附录1 实验曲线绘法建议 1．图纸 绘图纸可用普通厘米纸或对数纸。面积不小于12 * 12cm ： 2．坐标确定 若采用厘米纸，取f h lg 为纵坐标(绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标．v lg 为横坐标；采用对数纸：纵坐标写f h ,横坐标用v ，即不写成对数； 3．标注 在坐标轴上，分别标明变量名称，符号。单位以及分度值； 4．绘点 据实验数据绘出实验点； 5．绘曲线 据实验点分布绘制曲线，应使位于曲线两侧的实验点数大致相等，且各点相对曲线的垂直距离总和也大致相等。 表1 记录及计算表 常数==L gd K 8/5 2 π 25/s cm 实验三B 局部阻力损失实验 一、实验目的要求 1．掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能； 2．通过对圆管突扩局部阻力系数的表达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径； 3．加深对局部阻力损失机理的理解。 二、实验装置 本实验装置如图1所示。 1．自循环供水器； 2．实验台； 3．可控硅无级调速器： 4．恒压水箱； 5.溢流 板： 6．稳水孔板： 7．突然扩大实验管段： 8．测压计， 9．滑动测量尺； 10．测压管： 11．突然收缩实验管段； 12．实验流量调节阀。 图1 局部阻力系数实验装置图 实验管道由小－大－小三种已知管径的管道组成，共设有六个测压孔，测孔1—3和3—6分别测量突扩和突缩的局部阻力系数。其中测孔l 位于突扩界面处，用以测量小管出口端压强值。 三、实验原理 写出前后两断面的能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得： 1．突然扩大 采用三点法计算，下式中21-f h 由32-f h 按流长比例换算得出 实测 ]2)[(]2)[(2122 2 22 11 1-++ + -+ + =f jr h g p Z g p Z h αυγ αυγ g h jr r 221αυζ= 理沦 2 2 1)1('A A r - =ζ g h e je 22 1''αυζ = 2．突然缩小 采用四点法计算，下式中B 点为突缩点，B f h -4由43-f h 换算得出5-fB h 由65-f h 换算得出。 实测 ]2)[(]2)[(52 55 542 4 4 4--++ + --+ + =fB B f js h g p Z h g p Z h αυγ αυγ g h js s 22 5αυζ= 经验 )1(5.03 5 'A A s - =ζ g h s js 22 5''αυζ = 四、实验方法与步骤 1．测记实验有关常数。 2．打开电子调速器开关，使恒压水箱充水．排除实验管道中的滞留气体，待水箱溢流后．检查泄水阀全关时，各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调节。 3．打开泄水阀至最大开度，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法或用电测法测记流量。 4．改变泄水阀开度3—4次，分别测记测压管读数及流量。 5．实验完成后关闭泄水阀，检查测压管液面是否齐平?否则，需重复实验。 五、实验成果及要求 1．记录、计算有关常数： 实验装置台号No ==11D d cm 。 ====2432D d d d cm 。 ===365D d d cm 。 cm l 1221=- cm l 2432=- cm l 1243=- cm l B 64=- cm l B 65=- cm l 665=- =- =2 2 1')1(A A r ζ . =- =)1(5.03 5 'A A s ζ 2．整理记录、计算表。 3．将实测ζ值与理沦值(突扩)或公认值(突缩)比较 六、实验分析与讨论 1．结合实验结果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系。 2．结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在?产生突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪里?怎样减小局部阻力损失? 3．现备有一段长度及联接方式与凋节阀(图1)相同，内径与实验管道相同的直管段，如何用两点法测量阀门的局部阻力系数? ?4．实验测得突缩管在不同管径比时的局部阻力系数(5 10>e R )如下： 试用最小二乘法建立局部阻力系数的经验公式。 ?5．试说明用理论分析法和经验法建立相关物理量间函数关系式的途径。 七、基于实验三的同学自己感兴趣的任选课余拓展实验内容建议 1． 搭建可更换实验段的实验台，以进行不同材质管道沿程阻力损失实验，探索摩擦阻力与 表面粗糙度的关系。主要部件及配套设备取自另一实验台，所缺部件可自行设计加工，也可绘图后联系加工单位。 2． 在循环水箱中添加不同材料（真密度）、浓度及颗粒度的细微颗粒，摸索多相流减阻方 式。 3． 其它你认为可行的实验内容…… 目录 实验一静水压强实验???????????????????????????????????????????1实验二伯努利方程式的验证?????????????????????????????????????3实验三雷诺实验??????????????????????????????????????????????6实验四管道沿程阻力实验??????????????????????????????????????9实验五管道局部阻力系数的测定????????????????????????????????12 实验一静水压强实验 （一）实验目的 1、测定静止液体中某点的静水压强，加深对静压公式p=p0+γh的理解； 2、测定有色液体的重度，并通过实验加深理解位置水头，压强水头及测压管水 头的基本概念，观察静水中任意两点测压管水头Z+p/γ=常数。 p=p0+γh 式中：P——被测点的静水压强； P0——水箱中水面的表面压强； γ——液体重度； h——被测点在表面以下的竖直深度。 可知在静止的液体内部某一点的静水压强等于表面压强加上液体重度乘以该点在液面下的竖直深度。 （四）实验步骤 1、打开密封水箱E顶上空气阀门a，此时水箱内水面上的压强p0=p a。观察各测压连通管内液面是否平齐，如果不齐则检查各管内是否阻塞并加以勾通。 2、读取A点、B点的位置高度Z A、Z B。 3、关闭空气阀门a，转动手柄，抬高长方形小水箱F至一定高度，此时表面压力P0＞P a，待水面稳定后读各测压管中水位标高▽=▽I（I=1、2、3、 4、5），并记入表中。 4、在保持P0＞P a的条件下，改变长方形小水箱F高度，重复进行2-3次。 5、打开空气阀门a，使水箱内的水面上升，然后关闭空气阀门a，下降长方形小水箱。 6、在P0＜P a的条件下，改变水箱水位重复进行2-3次。 （五）对表中数据进行分析 单位：mm 第七章 相似原理与因次分析 7－1 20℃的空气在直径为600 mm 的光滑风管中以8 m/s 的速度运动，现用直径为60 mm 的光滑水管进行模拟试验，为了保证动力相似，水管中的流速应为多大？若在水管中测得压力降为450 mmH 2O ，那么在原型风管中将产生多大的压力降？ 已已知知：：d a ＝600mm ，u a ＝8m/s ，ρa ＝1.2kg/m 3，νa ＝15.0×10－6m 2/s ，d w ＝60mm ，ρw ＝998.2kg/m 3， νw ＝1.0×10－ 6m 2/s ；Δp w ＝450mmH 2O 。 解析：(1) 根据粘性力相似，有Re w ＝Re a ，即 w w w a a a ννd u d u = 则水管中的流速应为 m/s 33.5)10 0.15100.1)(60600(8))((6 6a w w a a w =???==--ννd d u u (2) 根据压力相似，有Eu a ＝Eu w ，即 2 w w w 2a a a u p u p ρ?ρ?= 则在原型风管中将产生的压力降为 Pa 95.1181.9450)33 .58)(2.9982.1())(( 2 w 2w a w a a =??=?=?p u u p ρρ 7－2 用20℃的空气进行烟气余热回收装置的冷态模型试验，几何相似倍数为1/5，已知实际装置中烟气的运动粘度为248×10－ 6m 2/s ，流速为2.5m/s ，问模型中空气流速为多大时，才能保证流动相似？ 已已知知：：l C ＝1/5，ν＝248×10－6m 2/s ，νm ＝15×10－ 6m 2/s ，u ＝2.5m/s 。 解析：根据雷诺数相等，即 m m m νν d u d u = ，得 m/s 76.05.2)10 2481015(5))((6 6m m m =????==--u d d u νν 只有模型中空气的流速为0.76m/s 时，才能保证流动相似。 7－3 用直径为25mm 的水管模拟输油管道，已知输油管直径500mm ，管长100m ，输油量为0.1m 3/s ，油的运动粘度为150×10－ 6m 2/s ，水的运动粘度为1.0×10－ 6m 2/s ，试求： (1) 模型管道的长度和模型的流量； (2) 若在模型上测得压差为2.5cm 水柱，输油管上的压差是多少？ 已已知知：：d ＝500mm ，d m ＝25mm ，l ＝100m ，Q ＝0.1m 3/s ，ν＝150×10－6m 2/s ，νm ＝1.0×10－ 6m 2/s ； (Δp/γ)m ＝2.5cmH 2O 。 第一章 绪论 1-1．20℃的水2.5m 3 ，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度3 1/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ρρ 则增加的体积为3 120679.0m V V V =-=? 1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+== 原原原μρν035.1035.1== 035.0035.1=-=-原 原 原原原μμμμμμ 此时动力粘度μ增加了3.5% 1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02 y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。 [解] μρ/)(002.0y h g dy du -= )(002.0y h g dy du -==∴ρμ τ 当h =0.5m ，y =0时 )05.0(807.91000002.0-??=τ Pa 807.9= 1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。 [解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑 y u A T mg d d sin μθ== 001 .0145.04.062 .22sin 8.95sin ????= = δθμu A mg s Pa 1047.0?=μ 1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律y u d d μ τ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。 [解] 1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。已知导线直径0.9mm ，长度20mm ，涂料的粘度μ=0.02Pa ．s 。若导线以速率50m/s 拉过模具，试求所需牵拉力。（1.O1N ） [解] 2 53310024.51020108.014.3m dl A ---?=????==π y u u u u y u u y ττ= 0y ττy 0 τττ=0 y 《流体力学》实验指导书 杨英俊 2018. 目录 实验一平面上静水总压力测量实验 (4) 实验二恒定总流动量方程验证实验 (7) 实验三流态演示与临界雷诺数量测实验 (10) 实验四沿程水头损失测量实验 (13) 实验五文透里流量计率定实验 (16) 实验六局部水头损失测量实验 (19) 实验七恒定总流能量方程演示实验 (22) 前言 流体力学是一门重要的技术基础课，它的主要研究内容为流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，它涉及到建筑、土木、环境、水利造船、电力、冶金、机械、核工程、航天航空等许多学科。在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。例如水利工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等，因此流体力学是高等学校众多理工科专业的必修课。 流体力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。因此，掌握流体力学的基本概念、基本理论和解决流体力学问题的基本方法，具备一定的实验技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。 流体力学和其它学科一样，大致有三种研究方法。一是理论方法，分析问题的主次因素，提出适当的假定，抽象出理论模型（如连续介质、理想流体、不可压缩流体等），运用数学工具寻求流体运动的普遍解。二是实验方法，将实际流动问题概括为相似的实验模型，在实验中观察现象、测定数据，并进而按照一定方法推测实际结果。第三种方法是数值计算，根据理论分析与实验观测拟订计算方案，通过编制程序输入数据，用计算机算出数值解。三种方法各有千秋，既是互相补充和验证，但又不能互相取代。实验方法仍是检验与深化研究成果的重要手段，现代实验技术的突飞猛进也促进了流体力学的蓬勃发展。因此，流体力学实验在流体力学学科及教学中占有重要位置，也是在学习流体力学课程中一个不可缺少的重要教学环节。目前，针对我院各专业本科生，流体力学实验包括以下7个实验： 1)平面上静水总压力测量实验 2)恒定总流动量方程验证实验 3)流态演示与临界雷诺数量测实验 4)沿程水头损失测量实验 5)文透里流量计率定实验 第一章习题答案 选择题(单选题) 1.1 按连续介质的概念,流体质点就是指:(d) (a)流体的分子;(b)流体内的固体颗粒;(c)几何的点;(d)几何尺寸同流动空间相比就是极小量,又含有大量分子的微元体。 1.2 作用于流体的质量力包括:(c) (a)压力;(b)摩擦阻力;(c)重力;(d)表面张力。 1.3 单位质量力的国际单位就是:(d) (a)N;(b)Pa;(c)kg N /;(d)2/s m 。 1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素就是:(b) (a)剪应力与压强;(b)剪应力与剪应变率;(c)剪应力与剪应变;(d)剪应力与流速。 1.5 水的动力黏度μ随温度的升高:(b) (a)增大;(b)减小;(c)不变;(d)不定。 1.6 流体运动黏度ν的国际单位就是:(a) (a)2/s m ;(b)2/m N ;(c)m kg /;(d)2/m s N ?。 1.7 无黏性流体的特征就是:(c) (a)黏度就是常数;(b)不可压缩;(c)无黏性;(d)符合 RT p =ρ 。 1.8 当水的压强增加1个大气压时,水的密度增大约为:(a) (a)1/20000;(b)1/10000;(c)1/4000;(d)1/2000。 1.9 水的密度为10003 kg/m ,2L 水的质量与重量就是多少？ 解: 10000.0022m V ρ==?=(kg) 29.80719.614G mg ==?=(N) 答:2L 水的质量就是2 kg,重量就是19、614N 。 1、10 体积为0、53 m 的油料,重量为4410N,试求该油料的密度就是多少？ 解: 44109.807899.3580.5 m G g V V ρ= ===(kg/m 3) 答:该油料的密度就是899、358 kg/m 3。 1.11 某液体的动力黏度为0、005Pa s ?,其密度为8503 /kg m ,试求其运动黏度。 解:60.005 5.88210850 μνρ-= ==?(m 2/s) 答:其运动黏度为6 5.88210-? m 2/s 。 流体力学实验思考题 参考答案 流体力学实验室二○○六年静水压强实验1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？测压管水头指z p ，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当p B 0 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 p B 0 ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2 液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而 言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管 4 中，该平面以上的水体亦为真 空区域。 （3）在测压管5 中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4 液面高于小水杯液面高度相等。3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0 。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5 油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0 ，由式w h w 0h0 ，从而求得0 。4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，为表面张力系数；为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水， 0.073N m ，0.0098N m3。水与玻璃的浸润角很小，可以认为cos 1.0。 于是有 h 29.7 d （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10 mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质 不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角较大，其h 较普通玻璃管小。如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5 及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2 及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5 个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5 与水箱之间不符合条件（4），相对管5 和水箱中的液体而言，该水平面不是水平面。 流体力学 实验指导书与报告 （第二集） 动量定律实验 毕托管测速实验 文丘里流量计实验 局部阻力实验 孔口与管嘴实验 静压传递自动扬水演示实验 中国矿业大学能源与动力实验中心 学生实验守则 一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。 二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。 三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。 四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。 五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。 六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。 七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。 八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。 九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。 十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。 1984年5月制定 2014年4月再修订 中国矿业大学能源与动力实验中心 流体力学课程实验思考题解答 （一）流体静力学实验 1、 同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 答：测压管水头指γ p Z + ，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测 压管水头线指测压管液面的连线。从表1.1的实测数据或实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2、 当0 《流体力学》实验指导书 郭广思王连琪 沈阳理工大学 2006年10月 一伯努利方程综合性实验 （一）实验目的 伯努利方程是水力学三大基本方程之一，反映了水流在流动时，位能、压能、动能之间的关系。 1．了解总水头线和测压管水头线在局部阻力和沿程阻力处的变化规律； 2．了解总水头线在不同管径段的下降坡度，即水力坡度J的变化规律； 3．了解总水头线沿程下降和测压管水头线升降都有可能的原理； 4．用实例流量计算流速水头去核对测压板上两线的正确性； 不同管径流速水头的变化规律 （二）设备简图 本实验台由高位水箱、供水箱、水泵、测压板、有机玻璃管道、铁架、量筒等部件组成，可直观地演示水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，上述三种能量之间的复杂变化关系。 （三）实验原理 过水断面的能量由位能、压能、动能三部分组成。水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，三种能量不断地相互转化，在实验管道各断面设置测压管及测速管，即可演示出三种能量沿程变化的实际情况。 测压管中水位显示的是位能和压能之和，即伯努利方程中之前两项：g p Z ρ+，测速管 中水位显示的是位能、压能和动能之和。即伯努利方程中三项之和：g v g p Z 22 ++ρ。 将测压管中的水位连成一线，称为测压管水头线，反映势能沿程的变化；将测速管中的水位连成一线，称为总水头线，反映总能量沿程的变化，两线的距离即为流速水头g v 2/2。 本实验台在有机玻璃实验管道的关键部位处，设置测压管及测速管，适当的调节流量就可把总水头线和测压管水头线绘制于测压板上。 注：计算所的流速水头值是采用断面平均流速求得，而实测流速水头值是根据断面最大速度得出，显然实测值大于计算值，两者相差约为1.3倍。 （四）实验步骤 1．开动水泵，将供水箱内之水箱至高位水箱； 2．高位水箱开始溢流后，调节实验管道阀门，使测压管，测速管中水位和测压板上红、黄两线一致； 3．实验过程中，始终保持微小溢流； 4．如水位和红黄两线不符，有两种可能：一是连接橡皮管中有气泡，可不断用手挤捏橡皮管，使气泡排出；二是测速管测头上挂有杂物，可转动测头使水流将杂物冲掉。 （五）报告要求 实验报告是实验后要完成的一份书面材料。实验报告的内容一般包括实验名称、班级、实验人姓名、实验时间、实验目的、实验步骤、实验数据记录及处理、结论与讨论等多项内容。实验报告一律用流体力学实验报告用纸书写。 （六）讨论题 1. 什么是速度水头，位置水头，压力水头？速度水头、测压管水头和总水头什么关系？ 2. 总水头线和测压管水头线在局部阻力和沿程阻力处有怎样的变化？为什么？ 最新大学工程流体力学实验-参考答案 参考答案 流体力学实验室 二○○六年 静水压强实验 1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指γp z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。 《流体力学》实验报告 开课实验室：年月日 学院年级、专业、班姓名成绩 课程名称流体力学实验 实验项目 名称 流体静力学实验 指导教 师 教师 评语教师签名： 年月日 一、实验目的 1、验证静力学的基本方程； 2、学会使用测压管与U形测压计的量测技能； 3、理解绝对压强与相对压强及毛细管现象； 4、灵活应用静力学的基本知识进行实际工程测量。 二、实验原理 流体的最大特点是具有易动性，在任何微小的剪切力作用下都会发生变形，变形必将引起质点的相对运动，破坏流体的平衡。因此，流体处于静止或处于相对静止时，流体内部质点之间只体现出压应力作用，切应力为零。此应力称静压强。静压强的方向垂直并指向受压面，静压强大小与其作用面的方位无关，只与该点位置有关。 1、静力学的基本方程静止流体中任意点的测压管水头相等，即：z + p /ρg=c 在重力作用下， 静止流体中任一点的静压强p也可以写成：p=p + ρg h 2、等压面连续的同种介质中，静压强值相等的各点组成的面称为等压面。质量力只为重力时， 静止液体中，位于同一淹没密度的各点的静压强相等，因此再重力作用下的静止液体中等压面是水平面。若质量有惯性时，流体做等加速直线运动，等压面为一斜面；若流体做等角速度旋转运动，等压面为旋转抛物面。 3、绝对压强与相对压强流体压强的测量和标定有俩种不同的基准，一种以完全真空时绝对压强 为基准来计量的压强，一种以当地大气压强为基准来计量的压强。 三、使用仪器、材料 使用仪器：盛水密闭容器、连通管、U 形测压管、真空测压管、通气管、通气阀、截止阀、加 压打气球、减压阀 材 料：水、油 四、实验步骤 1、熟悉一起的构成及其使用方法； 2、记录仪器编号及各点标高，确立测试基准面； 测点标高a ?=1.60CM b ?=-3.40CM c ? =-6.40CM 测点位能a Z =8.00CM b Z = 3.00CM c Z =0.00CM 水的容重为a=0.0098N/cm 3 3、测量各点静压强：关闭阀11，开启通气阀6，0p =0，记录水箱液面标高0?和测管2液面标高2?（此时0?=2?）；关闭通气阀6和截止阀8，开启减压放水阀11，使0p > 0，测记0?及2?（加压3次）；关闭通气阀6和截止阀8，开启减压放水阀11，使0p < 0（减压3次，要求其中一次，2?< 3?），测记0?及2?。 4、测定油容量 （1）开启通气阀6，使0p =0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，加压打气球7，使0p > 0，并使U 形测压管中的油水界面略高于水面，然后微调加压打气球首部的微调螺母，使U 形测压管中的油水界面齐平水面，测记0?及2?，取平均值，计算 0?-2?=H 1。设油的容重为r ，为油的高度h 。由等压面原理得：01p =a H=r h （1.4） a 为水的容重 （2）开启通气阀6，使0p =0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，开启放水阀11减压，使U 形管中的水面与油面齐平，测记0?及2?，取平均值，计算0?-2?=H 2。得：02p =-a H 2=(r-a)h （1.5） a 为水的容重 式（1.4）除以式（1.5），整理得：H 1/ H 2=r/(a-r) r= H 1a/( H 1+ H 2) 第1章 绪论 选择题 【1.1】 按连续介质的概念，流体质点是指：（a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒； （c ）几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。 解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点，但它又含有大量的分子，且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。 （d ） 【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（a ）切应力和压强；（b ）切应力和剪切变 形速度；（c ）切应力和剪切变形；（d ）切应力和流速。 解：牛顿内摩擦定律是 d d v y τμ =，而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度 d d t γ，故d d t γ τμ=。 （b ） 【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m 2 /s ；（b ）N/m 2 ；（c ）kg/m ；（d ）N·s/m 2 。 解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2 。 （a ） 【1.4】 理想流体的特征是：（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p =ρ 。 解：不考虑黏性的流体称为理想流体。 （c ） 【1.5】当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：（a ）1/20 000；（b ） 1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。 解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约 95d 1 d 0.51011020 000k p ρ ρ -==???= 。 （a ） 【1.6】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（a ）能承受拉力，平衡时 不能承受切应力；（b ）不能承受拉力，平衡时能承受切应力；（c ）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（d ）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。 解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切应力。 （c ） 【1.7】下列流体哪个属牛顿流体：（a ）汽油；（b ）纸浆；（c ）血液；（d ）沥青。 解：满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 （a ） 【1.8】 15C o 时空气和水的运动黏度6215.210m /s υ-=?空气，621.14610m /s υ-=?水，这说明：在运动中（a ）空气比水的黏性力大；（b ）空气比水的黏性力小；（c ）空气 与水的黏性力接近；（d ）不能直接比较。 解：空气的运动黏度比水大近10倍，但由于水的密度是空气的近800倍，因此水的黏度反而比空气大近50倍，而黏性力除了同流体的黏度有关，还和速度梯度有 关，因此它们不能直接比较。 （d ） 【1.9】 液体的黏性主要来自于液体：（a ）分子热运动；（b ）分子间内聚力；（c ）易变形 性；（d ）抗拒变形的能力。解：液体的黏性主要由分子内聚力决定。 （b ） 工程流体力学 实 验 指 导 书 河北理工大学给排水实验室 编者：杨永 2014 . 5 . 12 适用专业：给排水工程专业、建筑环境与设备工程专业 实验目录： 实验一：雷诺实验 实验二：伯努利方程实验 实验三：阻力及阻力系数测定实验 实验四：孔口管嘴实验 实验操作及实验报告书写要求： 一、实验课前认真预习实验要求有预习报告。 二、做实验以前把与本次实验相关的课本理论内容复习一下。 三、实验要求原始数据必须记录在原始数据实验纸上。 四、实验报告一律用标准实验报告纸。 五、实验报告内容包括： 1. 实验目的； 2. 实验仪器； 3. 实验原理； 4. 实验过程； 5. 实验数据的整理与处理。 六、实验指导书只是学生的指导性教材，学生在写实验报告时指导书制作 为参考，具体写作内容由学生根据实际操作去写。 七、根据专业不同以及实验学时，由任课教师以及实验老师选定实验内容。 建筑工程学院给排水实验室 编者：杨永 2014.5 实验一 雷诺实验指导书 一、实验目的： （一）观察实验中实验线的现象。 （二）掌握体积法测流量的方法。 （三）观察层流、临界流、紊流的现象。 （四）掌握临界雷诺数测量的方法。 二、实验仪器： 实验中用到的主要仪器有：雷诺实验仪、1000mL 量筒、秒表、10L 水桶等 三、实验原理： 有压管路流体在流动过程中，由于条件的改变（例如，管径改变、温度的改变、管壁的粗糙度改变、流速的改变）会造成流体流态的变化，会出现层流、临界流、紊流等现象。英国科学家雷诺（Reynolds ）在1883年通过系统的实验研究，首先证实了流体的流动结构有层流和紊流两种形态。层流的特点是流体的质点在流动过程中互不掺混呈线状运动，运动要素不呈现脉动现象。在紊流中流体的质点互相掺混，其运动轨迹是曲折混乱的，运动要素发生脉动现象。 雷诺等人经过大量的实验发现临界流速与过流断面的特征几何尺寸管径d 、流体的动力粘度μ和密度ρ有关，即()ρμ、、d f u k =。由以上四个量组成一个无量纲数，称为雷诺数e R ,即ν μρ ud ud R e == 实验（一）流体静力学综合性实验 一、实验目的和要求 掌握用测压管测量流体静压强的技能；通过测量静止液体点的静水压强，加深理解位臵水头、压强水头、及测管水头的基本概念；观察真空现象，加深对真空度的理解；验证不可压缩流体静力学基本方程；测量油的重度。 二、实验装臵 本实验装臵如图1.1所示 图1.1流体静力学综合性实验装臵图 1.测压管 2.带标尺测压管 3.连通管 4.真空测压管 5.U 型测压管 6.通气阀 7.加压打气球 8.截止阀 9.油柱 10.水柱 11.减压放水阀 说明： 1.所有测压管液面标高均以标尺(测压管2)零度数为基准； 2.仪器铭牌所注▽B 、▽C 、▽D 系测点B 、C 、D 标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则▽B 、▽C 、▽D 亦为ＺB 、ＺC 、ＺD 3.本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。 4.测压管读数据时，视线与液面保持水平，读凹液面最低点对应的数据。 三、实验原理 1在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 const γ p z =+ 或h p p γ+=0 式中：z —被测点在基准面以上的位臵高度； p —被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； 0p —水箱中液面的表面压强 γ—液体容重； h —被测点的液体深度。 上式表明，在连通的同种静止液体中各点对于同一基准面的测压管水头相等。 利用液体的平衡规律，可测量和计算出连通的静止液体中任意一点的压强，这就是测压管测量静水压强的原理。 压强水头 γ p 和位臵水头z 之间的互相转换，决定了夜柱高和压差的对应关系：h γp ?=? 对装有水油（图1.2及图1.3）U 型侧管,在压差相同的情况下，利用互相连通的同种液体的等压面原理可得油的比重So 有下列关系： 2 1100h h h γγS w += = 图1.2 图1.3 据此可用仪器（不用另外尺）直接测得So 。 四、实验方法与步骤 1.搞清仪器组成及其用法。包括： 1）各阀门的开关； 2）加压方法 关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气； 3）减压方法 开启筒底阀11放水 4）检查仪器是否密封 加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏气，应查明原因并加以处理。 流体力学实验思考题解答 （一）流体静力学实验 1、 同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 答：测压管水头指γ p Z + ，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测 压管水头线指测压管液面的连线。从表1.1的实测数据或实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2、 当0 教学实验2012-10 流体力学 实验指导书 目录 实验一能量方程实验 实验二雷诺数实验 实验三沿程阻力实验 实验四局部阻力实验 实验五文丘里流量计实验实验六孔板流量计实验实验七皮托管测速实验实验八离心泵综合实验 实验一能量方程实验 1、实验目的 观察流体流经能量方程实验管时的能量转化情况，并对实验中出现的现象进行分析，从而加深对能量方程的理解。 2、实验装置 图1 能量方程实验装置示意图 1.储水箱 2.上水调节阀 3.溢流回水管 4.实验管段 5.背后恒压水箱 6.测压管组 7. 测压管固定板 8.静压及全压测点接头 9.流量调节、切断阀10.计量水箱11.接水杯12.量筒 3、实验前准备工作 开启水泵，全开上水阀门使水箱注满水；打开调节阀门，排除管内气体；关闭调节阀门，再调节上水阀门，使水箱水位始终保持不变，并有少量溢出。检查各个测压管液面高度是否相同，如不同，首先排除测压管及连接的胶皮管中空气，确保测压管中无空气泡时，检查各个测压管液面高度是否相同，如还不同，则应调整标尺，使各个测压管液面高度相同。检查实验过程调节流速的调节阀门9，其应该调节灵活。 4、实验方法 （1）、能量方程实验 调节出水阀门至一定开度，使测压管组各液柱在测压板适当位置，测定能量方程实验管的六个断面六组测压管的液柱高度，并用体积法测定流量。 改变阀门的开度，重复上面方法进行测试。 根据测试数据的计算结果，绘出某一流量下各种水头线（如图2-2），并运用能量方程进行分析，解释各测点各种能头的变化规律。 图2-2水头线 可以看出，能量损失沿着流体流动方向增大的；C1与C6比 较，两点管径相同，所以动能头基本相同，但C6点的压力能头比C1增大了，这是由于位置能转化而得来的；C1与C4比较，其位置能头相同，但C4点比C1点的压力能头大，这是由于管径变粗；速度减慢，动能头转化为压力能头；C5与C4比较，位置能头相同，但压力能头小了，可明显看出，是压力能头转化为速度能头了。 实验结果还清楚的说明了连续方程，对于不可压缩的流体稳定流动，当流量一定时，管径粗的地方流速小，细的地方流速大。 2）测速 能量方程实验管上的六组测压管的任一组都相当于一个皮托管，可测得管内的流体速度。由于本实验台将总测压管置与能量方程实验管的轴线，所以测得的动压水头代表了轴心处的最大速度。 皮托管求点速度的公式为：h k h g c u ?=?=2 g c k 2= 式中 u---毕托管测点处的点速度； c---毕托管的教正系数； ?h---毕托管全压水头与静水压水头差。 管内的平均流速 F Q V = 在进行能量方程实验的同时，就可以测定出各点的轴心速度和平均速度（F Q V = - ）。测试结果记入表二中，如果用皮托管求出所在截面的理论平均速度，可根据该截面中心处的最大流速计算， 并可求出其流量系数。 也可以测定时，用量杯接实验时间段容积水，用秒表记录下实验时间段容积水的接水时间，从而计算实验过程中的流量并把其作为标准流量，计算管道某个工况流速，并与其用比托管所测流速进行比较求出流量系数。 （3）结束实验 关闭电源，把管道内的水放掉，然后关闭各阀门。 管路沿程阻力系数测定实验 1． 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影 响实验成果？ 现以倾斜等径管道上装设的水银多管压差计为例说明（图中A —A 为水平线）： 如图示O —O 为基准面，以1—1和2—2为计算断面，计算点在轴心处，设21v v =， ∑=0j h ，由能量方程可得 ??? ? ??+-???? ?? +=-γγ221121p Z p Z h f 1112222 1 6.136.13H H h h H h h H p p +?-?-?+?+?-?+-= γ γ 11222 6.126.12H h h H p +?+?+-= γ ∴ ()()122211216.126.12h h H Z H Z h f ?+?++-+=- )(6.1221h h ?+?= 这表明水银压差计的压差值即为沿程水头损失，且和倾角无关。 2．据实测m 值判别本实验的流动型态和流区。 f h l g ～v lg 曲线的斜率m=1.0～1.8，即f h 与8.10.1-v 成正比，表明流动为层流 （m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。 3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。 通常试验点所绘得的曲线处于光滑管区，本报告所列的试验值，也是如此。但是，有的实验结果相应点落到了莫迪图中光滑管区的右下方。对此必须认真分析。 如果由于误差所致，那么据下式分析 d和Q的影响最大，Q有2%误差时，就有4%的误差，而d有2%误差时，可产生10%的误差。Q的误差可经多次测量消除，而d值是以实验常数提供的，由仪器制作时测量给定，一般< 1%。如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只能从细管的水力特性及其光洁度等方面作深入的分析研究。还可以从减阻剂对水流减阻作用上作探讨，因为自动水泵供水时，会渗入少量油脂类高分子物质。总之，这是尚待进一步探讨的问题。 流体力学实验指导书 上海海洋大学工程学院 二零零七年一月 实验须知 进行一个流体力学实验，必须经过实验预习、实验操作、实验总结等几个主要环节。 一、实验前的准备 （1）在实验课开始之前，应分好实验小组。 （2）每次实验课前，要求学生阅读实验指导书，明确本次实验的目的、实验原理、实验步骤以及注意事项；复习教材中有关内容，搞清楚实验原理和有关理论知识；对某些实验，还应该进行必要的设计、计算，同时回答书中提出的思考题。 二、实验操作 （1）实验课开始应认真听取指导教师对实验的介绍。 （2）分组后先检查仪器设备是否齐全和是否完好，如发现问题应及时报告指导教师。 （3）实验过程中，必须爱护仪器设备，遵守操作规程，严禁乱动、乱拆。如有损坏丢失，必须立即报告指导教师，由实验室酌情处理。因违反规章制度、不遵守操作规程而造成仪器损坏者，需按规定进行赔偿。 （4）实验室内严禁吸烟、吐痰、吃东西和乱扔纸屑。除实验必须的讲义、记录纸及文具以外，个人的书包及衣物等一概不要放在实验台上。实验室不得大声喧哗，注意保持肃静。 （5）实验做完后，需先经指导教师审查数据并签字，然后在将仪器设备按原样整理完毕，搞好实验室卫生，经教师允许后方可离去。 三、实验总结 学生必须在实验的基础上，对实验现象及数据进行整理计算和总结分析，然后认真写好实验报告。编写报告的过程是一个从感性认识到理论认识的提高过程，也是一个加深理解和巩固理论知识的过程。因此必须重视并写好实验总结报告，在规定的时间内交给教师批阅。批阅后的实验报告由学生妥善保管，以备考核。 实验一雷诺实验指导书 一、实验目的 （1）观察流体在管道中的两种流动状态； （2）测定几种流速状态下的雷诺数，并学会用质量测流量Q方法； （3）了解流态与雷诺数的关系，并验证下临界雷诺数Re c=2000。 二、实验设备 如图所示，在流体力学综合实验台中，雷诺实验涉及的部分有高位水箱、雷诺实验管、阀门、颜料水（红墨水）盒及其控制阀门、上水阀、出水阀、水泵和计量水箱等，此外，还有秒表、水杯、电子称及温度计。 图1-1 三、实验原理 层流和紊流的根本区别在于层流各流层间互不掺混，只存在粘性引起的各流层间的滑动摩擦力；紊流时则有大小不等的涡体动荡于各流层间。当流速较小时，会出现分层有规则的流动状态即层流。当流速增大到一定程度时，液体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分流体互相剧烈掺混，就是紊流。 反之，实验时的流速由大变小，则上述观察到的流动现象以相反程序重演，但由紊流转变为层流的临界流速νc小于由层流转变为紊流的临界流速νc′。称νc′为上临界流速，νc为下临界流速。雷诺用实验说明流动状态不仅和流速ν有关，还和管径d、流体的动力粘滞系数μ、和密度ρ有关。以上四个参数可组合成一个无因次数，叫做雷诺数，用Re表示。 Re ＝ρνd/μ＝νd／υ (1-1) 对应于临界流速的雷诺数称临界雷诺数，用Re c表示。 Re c＝ρνc d/μ＝2000 (1-2) 工程上，假设流速时，流动处于紊流状态，这样，流态的判别条件是流体力学实验指导书( 建环专业)
流体力学第七章习题
工程流体力学课后习题(第二版)答案
2018流体力学实验指导书
流体力学 课后习题答案
大学工程流体力学实验-参考答案
流体力学实验指导书
流体力学实验思考题解答(全)
流体力学实验指导书
最新大学工程流体力学实验-参考答案
重大流体力学实验1(流体静力学实验)
(完整版)工程流体力学习题集及答案
流体力学实验指导书(雷诺、伯努利)
《流体力学》实验指导书
流体力学实验思考题解答
《流体力学》实验指导书
土木工程流体力学实验报告实验分析-与讨论答案
流体力学实验指导书