船舶流体力学课件

1、青岛黄海学院实 验 指 导 书课程名称： 船舶流体力学 适用专业： 船舶与海洋工程 主 撰 人： 船舶教研室编写组 目录实验一 流体静力学实验1实验二 流量计实验 4实验三 流动状态实验 6实验四 沿程阻力实验 8实验五 物体绕流的流动显示实验 11实验六 船模压差测量实验 12实验一 流体静力学实验一、实验目的1.掌握用液式测压计测量流体静压强的技能。2.验证不可压缩流体静力学基本方程，加深对位置水头、压力水头和测压管水头的理解。3.观察真空度的产生过程，进一步加深对真空度的理解。4.测定油的相对密度。5.通过对诸多流体静力学现象的实验分析，进一步提高解决静力学实际问题的能力。二、实验类型本

2、实验是验证性实验。验证不可压缩流体静力学基本方程。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。形式一： （1-1-1a）形式二： （1-1-1b）式中，测点在基准面以上的位置高度； 测点的静水压强（用相对压强表示，以下同）；水箱中液面的表面压强；液体的重度；测点的液体高度。2.油密度测量原理。当U形管中水面与油水界面齐平，取油水界面为等压面时，有： (1-1-2)当U形管中水面与油面齐平，取油水界面为等压面时，有：即 (1-1-3)由式（1-1-2）、式（1-1-3）两式联立可解得：代入式（1-1-2）可得油的相对密度为： (1-1-4) 根据（1-1-4），可以用仪器（不用额外尺

3、子）直接测得。四、实验要求实验前需要预习实验原理及实验仪器使用方法等内容。实验中要严格遵守实验室规定，按流程操作，注意保护实验设备。实验后关闭仪器电源，整理好所用仪器设备，清理实验台，将所用仪器设备复原，实验数据交指导老师检查签字后方可离去。五、实验仪器设备测压管、液面计、通气阀、加压打气球、真空测压管、截止阀、U形测压管、减压放水阀等。六、实验步骤1. 了解仪器的组成及其用法，包括：（1）各阀门的开关旋柄顺管轴线为开，垂直管轴线为关。（2）加压方法：打开加压阀，关闭通气阀和截止阀，然后用打气球充气。（3）减压方法：关闭通气阀、加压阀和截止阀，开启箱底减压放水阀放水。（4）检查仪器是否密封：加

4、压后检查测压管的液面高度是否恒定。若下降，则表明漏气，应查明原因并进行处理。2. 记录仪器编号及各常数。3. 进行实验操作，记录并处理实验数据（见表1-1-1和表1-1-2）。4. 量测点静压强。（1）打开通气阀，记录水箱液面标高和测压管的液面标高（此时=）。读数精确至0.05cm，下同。（2）关闭通气阀及截止阀，用打气球加压，使，测记及。要测记2次，测量完成后，打开通气阀，使。（3）打开减压放水阀，使（要求其中一次,即）,测记及。要测量3次，实验完成后，打开通气阀，使。5. 测出测压管6插入小水杯中水的深度。打开加压阀，截止阀，关闭通气阀，加压直至真空管末端有气泡出现，测记及，测量完成后，打

5、开通气阀，使。6. 测定油的相对密度。（1）关闭通气阀，用打气球加压，微调放气螺母使U形管中水面与油水界面齐平，测记及（此过程反复进行3次）。测量完成后，打开通气阀，使。（2）关闭通气阀，加压阀，截止阀，然后开启减压放水阀降压，使U形管中水面与油面齐平，测记及（此过程亦反复进行3次）。测量完成后，打开通气阀，使。七、实验小结1. 用打气球加压、减压需缓慢，以防液体溢出及油珠吸附在管壁上。2. 打气后务必关闭加压打气球下端阀门，以防漏气。3. 在实验过程中，装置的气密性要求保持良好。表1-1-1 流体静压强测量记录及计算表实验条件实验次数水箱液面/(10-2m)测压管液面/(10-2m)压力水头

6、测压管水头/(10-2m)/(10-2m)/(10-2m)/(10-2m)/(10-2m)/(10-2m)112123表1-1-2 油相对密度测量记录及计算表实验条件实验次数水箱液面/(10-2m)测压管液面/(10-2m)/(10-2m)/(10-2m)/(10-2m)/(10-2m)且U形管中水面与油水界面齐平123且U形管中水面与油面齐平123实验二 流量计实验一、实验目的1.掌握孔板、文丘利节流式流量计的工作原理及用途。2.测定孔板流量计的流量系数，绘制流量计的校正曲线。3.了解两用式压差计的结构及工作原理，掌握两用式压差计的使用方法。二、实验类型本实验属于综合性实验。利用静力学方程、

7、伯努利方程、连续方程、体积法测量流量等知识点。三、实验原理1. 文丘利流量计。文丘利管是一种常用的测量有压管道流量的装置，属压差式流量计。它包括收缩段、喉道和扩散段三部分，安装在需要测定流量的管道上。在收缩段进口断面和喉道断面上设测压孔，并接上压差计，通过量测两个断面的测压管水头差，可以计算管道的理论流量，再经修正即可得到实际流量。2. 孔板流量计。在管道上设置孔板，在流动未经孔板收缩的上游断面和经孔板收缩的下游断面上设测压孔，并接上压差计，通过量测两个断面的测压管水头差，可以计算管道的理论流量，再经修正即可得到实际流量。3. 流量系数流量计流过实际液体时，由于两断面测压管水头差中还包括因粘性

8、而造成的水头损失，所以流量应修正。四、实验要求实验前需要预习实验原理及实验仪器使用方法等内容。实验中要严格遵守实验室规定，按流程操作，注意保护实验设备。实验后关闭仪器电源，整理好所用仪器设备，清理实验台，将所用仪器设备复原，实验数据交指导老师检查签字后方可离去。五、实验仪器设备文丘利流量计、孔板流量计、阀门等。六、实验步骤1. 熟悉管流实验装置。2. 先将进水阀完全打开，使实验管路充满水，然后打开排气阀，排除管内的空气，待排气阀有水连续流出时关闭排气阀。3. 打开孔板流量计左右两个测点的球形阀门，关闭两用式压差计上部的球形阀，检查压差计左右两液面是否在同一水平面上。若不在同一平面上，则需排气阀

9、调平。4. 将实验管路阀门完全打开，待水流稳定后，接通电磁流量计的电源，记录电磁流量计、压差计的读数。5. 按实验点分布规律有计划地逐次关小阀门，至少量测12组不同的流量及压差。6. 实验完毕，依次关闭阀门、孔板的两个球形阀，打开两用式压差计上部的球形阀。 实验数据记录及处理表实验次数汞水压差计流量Q汞柱差水头差/(10-2m) /(10-2m)m3 /h10-6 m3 /s/(10-2m)/(10-2m)12345678910111213141516七、实验小结1.本实验要求35人协同合作，共同完成。为了使读数准确无误，读压差计、调节阀门及测量流量的同学要相互配合。2.读数时读取压差计的凸液

10、面。实验三 流动状态实验一、实验目的1. 测定液体运动时的沿程水头损失及断面的平均流速。2. 绘制液态曲线图，找出下临界点并计算临界雷若数的值。二、实验类型本实验属于验证性实验。验证实际流体流动状态存在层流与紊流两种截然不同的形式。三、实验原理1.液体在同一管道中流动，当速度不同时，有层流、紊流两种流动状态。层流的特点是流体各质点互不掺混，呈线状流动。紊流的特点是流体的各质点相互掺混，有脉动现象。不同的流态，其沿程水头损失与断面平均流速的关系也不相同。层流与紊流之间存在一个过渡段，其沿程水头损失和断面平均流速的关系与层流、紊流的不同。2.当稳压水箱一直保持溢流时，实验管路水平放置且管径不变，流

11、体在管内的流动为稳定流，此种情况下A点、B点的断面平均流速相等，这时从A点到B点的沿程水头损失可由能量方程导出：式中，分别为A点、B点的测压管水头，由压差计中的两个测压管读出。3.根据雷诺数判断流体流动状态。雷诺数的计算公式为：式中圆管内径；断面平均速度；运动粘度。当（下临界雷诺数）时，为层流，其中=20002320；当（上临界雷诺数）时，为紊流，其中=400012000。四、实验要求实验前需要预习实验原理及实验仪器使用方法等内容。实验中要严格遵守实验室规定，按流程操作，注意保护实验设备。实验后关闭仪器电源，整理好所用仪器设备，清理实验台，将所用仪器设备复原，实验数据交指导老师检查签字后方可离

12、去。五、实验仪器设备进水管、溢流管、压差计、流量调节阀等。六、实验步骤1. 熟悉仪器，启动抽水泵，向稳压水箱充水，使液面恒定，并保持少量溢流。2. 在打开流量调节阀前，检查压差计液面是否齐平。若不平，则须排气。3. 将流量调节阀打开，直至流量最大。4. 待管内液体流动稳定后，用量筒量测水的体积，并用秒表测出时间。记录水的体积及所用的时间，同时读取压差计的液柱标高和。5. 调小流量，在调节流量的过程中要一直观察压差计液面的变化，直到调至合适的压差，然后重复以上步骤，至少测16组数据。6. 测量水温，利用水的密度和黏度表查出动力黏度和密度。7. 关闭水泵电源和流量调节阀，并将实验装置收拾干净整齐。

13、七、实验小结1. 本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时在实验过程中流量调节阀不得逆转。2. 当实验进行到过度段和层流段时，要特别注意流量调节阀的调节幅度一定要小，以使流量及压差的变化间隔小。流动状态实验数据记录处理表实验次数/(10-2m)/(10-2m)V/(10-6m3)t/sQ/(10-6m3s-1)v/(10-2ms-1)/(10-2m)Re12345678910111213141516实验四 沿程阻力实验一、实验目的1.掌握测定镀锌铁管管道沿程阻力系数的方法。2.在双对数坐标纸上绘制关系曲线。3.进一步理解沿程阻力系数随雷诺数的变化规律。二、实验类型本实验属于综合性实验。实验中涉及不

14、同流动状态情况下，雷诺数对沿程阻力系数的影响，压力水头，速度水头，位置水头及流动阻力等知识点。三、实验原理本实验所用的管路水平放置且等直径，因此利用能量方程式可以推导出管路两点间的沿程水头损失计算公式为：式中，沿程阻力系数；实验管段两端面之间的距离，m；实验管内径，m；重力加速度；管内平均流速，m/s；沿程水头损失（由压差计测定），m。 由上式可以得到沿程阻力系数的表达式为：沿程阻力系数在层流时只与雷诺数有关，在紊流时与雷诺数、管壁粗糙度都有关。当实验管路粗糙度保持不变时，可以得到该管的关系曲线。四、实验要求 实验前需要预习实验原理及实验仪器使用方法等内容。实验中要严格遵守实验室规定，按流程操

15、作，注意保护实验设备。实验后关闭仪器电源，整理好所用仪器设备，清理实验台，将所用仪器设备复原，实验数据交指导老师检查签字后方可离去。五、实验仪器设备实验管路、压差计、量水筒、量筒、秒表、温度计等。六、实验步骤1. 完全打开稳压阀门。2. 管路排气方法：打开阀门，有水连续平稳流出即可。排气完毕将阀门关闭。3. 检查压差计是否满足使用要求。4. 完全打开实验管路阀门。待水流稳定后，记录压差计读数，同时用体积法测流量。5. 逐次关小阀门，记录15组不同的压差及流量。6. 用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计5分钟后读出水的温度，查水的密度和粘度表得到动力粘度与密度。7. 实验完毕，关闭阀门，整理

16、实验仪器。七、实验小结1.要求实验点分配尽量合理，在记录压差和流量时数据要一一对应。2.使用量筒、温度计等仪器设备时，一定要注意安全。做完实验后，将量筒、温度计放回原处，将秒表交回。3.整理实验数据，在双对数坐标纸上绘制关系曲线。沿程阻力实验数据记录表实验次数流量汞水压差计水气压差计/(10-2m)/(10-2m)V/(10-6m3)t/s/(10-2m)/(10-2m)/(10-2m)/(10-2m)123456789101112131415注：，分别为两水箱初始水位和终了水位。沿程阻力实验数据处理表实验次数Q/(10-6m3s-1)v/(10-2ms-1)/(10-2m)/(10-2m)/

17、(10-2m)Re123456789101112131415实验五 物体绕流的流动显示实验一、实验目的1.学习设计流动显示方法。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。二、实验类型本实验属于综合性实验。实验中涉及流动状态的区别、雷诺数对流动的影响，边界层现象及分离等知识点。三、实验原理流体经过不同边界情况下，流动状态会有所不同。水流绕过不同形状物体时会形成驻点、尾流、涡街现象。大雷诺数情况下，需考虑边界层的影响，且边界层在逆压梯度及阻力的双重作用下会发生分离现象。四、实验要求实验前需要预习实验原理

18、及实验仪器使用方法等内容。实验中要严格遵守实验室规定，按流程操作，注意保护实验设备。实验后关闭仪器电源，整理好所用仪器设备，清理实验台，将所用仪器设备复原，实验数据交指导老师检查签字后方可离去。五、实验仪器设备水槽、绕流物体、固体高锰酸钾、溶解杯、注射针头等。六、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实验染色液瓶中。2. 开启系统，将实验用绕流物体放入水槽实验段。3. 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。4. 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。5. 更换不同绕流物体，重复第3-4步。七、实验小结1.绘制不同绕流物体及流谱简图。2.