流体力学课程实验指导书

1、流 体 力 学实验赵 超 编 写适用专业： 环境工程专业厦门理工学院环境工程系2011年 06 月、实验的意义和目的实验是流体力学课程的组成部分之一。 流体力学问题是错综复杂的，其复杂性在于其影响因素很多。由于人们对流体运动规律认识的 局限性，因此还有许多问题并非由理论分析就能解决，往往有赖于实 验；在某些场合，实验已成为解决问题的主要途径。通过流体力学实验教学其目的在于加强学生对流动现象的感性认 识，验证所学理论，提高理论分析能力；培养基本实验进呢过，了解 现代量测技术；培养严谨踏实的科学作风。二、实验须知1、实验前必须预习。预习时，应仔细阅读实验指导书及有关的教 材资料，明确实验的目的、要

2、求和有关的实验原理，了解操作步骤和 有关的仪器设备，做到心中有数。2. 严肃认真的进行实验。到实验室后，必须保持安静，不得谈笑 喧哗，不准碰动与本实验无关的设备。实验时，应按实验书的要求， 全神贯注地按步骤进行操作，并注意多观察流体运动现象，多思考分 析问题，及时记录实验原始数据。3. 保持良好的科学作风 ，实验时，应尊重原始数据， 不得任意更 改；实验后，应进行必要的检查和补充，经指导教师同意后，方可离 开实验室；应及时整理实验数据，认真编写实验报告。由于时间仓促，水平有限，书中的缺点和错误在所难免，恳切希 望读者批评指正目录实验一、流体静压强实验 实验二、平面静水总压力实验 实验三、能量方

3、程实验 实验四、动量方程实验 实验五、沿程水头损失实验 实验六、局部水头损失实验实验一：静水压强实验实验学时： 1 课时 实验类型：验证 实验要求：必修 一、实验目的1、验证静止液体中， ZC 。g2、建立液体表面压强 p0 pa ， p0 pa 的概念，并观察真空现象。、实验仪器三、实验原理、方法和手段 静水压强测定及静水压强基本方程 p p0 gh (1)Z p C (2) gZ - 被测点在基准面以上的位置高度； p- 被测点的静水压强； p0 -水箱中液面的表面压强； h -被测点的淹没深度利用等压面与连通器原理。四、实验组织运行要求采用分组集中授课形式4 五、实验条件（ 1） p0

4、pa（ 2） p0 pa（ 3） p0 pa六、实验步骤1、将调压桶放置适当高度，打开排气阀，使水箱中的液面与大气相通，待测 压管水位稳定后，观察各压差计的液面位置，验证等压面原理。2、关闭排气阀，调整调压桶位置，使水箱上部 p0 pa ，观察各测压管液面 高度变化，并测液面标高，继续提高调压桶，再做两次。3、打开排气阀与大气相通，待液面稳定后，再关闭排气阀，将调压桶降至一定高度，此时 p0 pa ，观察各测压管的液面变化，并测液面标高，重复两次。4、讲调压桶调至适当位置，打开排气阀，结束实验。七、思考题1、同一静止水内的测压管水头线是根什么线？2、绝对压强与相对压强、真空值的关系是什么？八、

5、实验结果与数据处理实验条件各测压管液面标高读数（）1234561p pa23p0>pa456p0<pa7实验二：平面静水总压力实验实验学时： 1 课时 实验类型：验证 实验要求：必修、实验目的掌握解析法与图解法，测定矩形平面上的静水总压力 、实验仪器三、实验原理、方法和手段作用在平面上的静水总压力解析法的计算公式：P pc Apc -形心处压强A -平面面积由力矩平衡原理： G* L0 F L1G L0L1四、实验组织运行要求采用分组集中授课形式五、实验步骤1、熟悉仪器，记录砝码到支点的距离 L0 、扇形体宽度 B、扇形体底部到支点 的垂直距离 L 。2、调整底座螺丝，使仪器水平。

6、3、调整平衡锤，使平衡杆处于水平状态 （ 杆下缘与红色箭头平齐 ）4、打开进水阀门 k，放水进入水箱，待水流上升到一定的高度，关闭 k5、加砝码到砝码架上，使平衡杆恢复到水平状态。如有微差，则再加水或放水直6、记录砝码质量 M7、计算受力面积 A8、利用图解法计算静水总压力作用点位置、作用点至支点 o 的垂直距离 L19 、根据力距平衡公式，求出铅垂平面上所受的静水总压力 F；同时用静水压 力理论公式求出相应铅垂平面上的静水总压力 P10、重复上述步骤 6 次，水位读数在 100 mm以上做三次，以下做三次，共 做六次。11、将砝码放入盒中，打开放水阀门，将水排净，实验结束。六、思考题1、仔细

7、观察刀口位置，与扇形体有何关系，并说明为何要放在该位置2、如将扇形体换成正方体能否进行试验 ?为什么 ?七、实验结果与数据处理L0 =, B=， L =实验次数砝码质 量（g）水位（mm）受力面 积（m2）压力作 用点位 置e（mm）静压力力 臂（mm）静水压力（F）解析法 计算出 的P123456实验三：能量方程实验实验学时： 1 课时 实验类型：验证 实验要求：必修、实验目的1、观察恒定流动情况下，有压管流的能量转换特性，加深能量方程物理和 几何意义的理解。2、测定并绘制管道的测压管水头线及总水头线，验证能量方程；二、实验内容验证能量方程实验三、实验原理、方法和手段能量方程（伯努利方程）的

8、验证22p1 1v1 p2 2v2z1z2hW1 g 2g2 g 2gW四、实验组织运行要求采用分组集中授课形式五、实验条件1.潜水泵 2.蓄水箱 3.溢流管 4.给水调节阀 5.上水箱 6.溢流板 7.水堰板 8.实验管9. 测压管 10.调节阀 11.活动计量管 12.回水箱 13.计量杯 14.回水管 15.实验桌六、实验步骤1、开动水泵，使水箱充水并保持溢流，使水位恒定 2、关闭尾阀 K ，检查测压管与毕托管的液面是否持平，3、打开尾阀 K，量测测压管与毕托管水头。继续打开尾阀 K ，重复两次七、思考题1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？2、流量增加，测压管水头线有何变化？为

9、什么？八、实验结果与数据处理 量测 (Z pg)，计入下表测点编号 序号1234体积3 cm时间 s测压管毕托管测压管毕托管测压管毕托管测压管毕托管123流速水头管径 d(cm)3Q1=(cm /s)3Q2=(cm /s)3Q3=(cm /s)A (cm2)v (cm/s)2v /2g (cm)A (cm2)v (cm/s)v2 / 2g (cm)A (cm2)v (cm/s)2v /2g (cm)d1d2d3d4102总水头 (Z pg 2vg )测点编号12343Q(cm3/s)实验次序123单位 :cm11实验四：动量方程实验实验学时： 1 课时 实验类型：验证 实验要求：必修 一、实验

10、目的通过射流对平板的作用力方法验证恒定动量方程二、实验内容验证动量方程实验三、实验原理、方法和手段 取喷嘴出口断面， 与平板接触的为控制面， 对 X 轴列动量方程：FXRXQ(a02v2X a01v1X )式中： RX 平板对水流的反作用力；v1X 喷嘴出口平均流速在 X 轴的投影，即流速；v2X 断面平均流速在 X 轴的投影，取 0； 由对转轴计算力矩 M 求得 RX 。M= RX * L1 QvL1式中： L1 水流冲击点至转轴的距离； d 喷嘴的内径； v 喷嘴出口的平均速度。添加砝码得到实测力矩 MO： MO G* L2 式中： G砝码重量；L2 砝码作用点到转轴的距离。四、实验组织运

11、行要求采用集中授课形式五、实验条件121.实验水箱 2.控制阀门 3.高位水孔 4.低位水孔 5.砝码 6.转动轴承 7.挡板 8.固定 插销 9.水平仪 10.喷嘴 11.水泵 12.水箱 13.挡水板 14.实验台支架六、实验步骤(1)在拉链端部加重量 50克砝码，然后开启并调节阀门， 使平板保持垂直位置， 记下砝码位置，用体积法测流量；(2) 改变砝码重量，重复步骤 (1)。七、思考题反射水流的回射角度若不等于90o，会对实验结果产生什么影响？八、实验结果与数据处理仪器常数： d=cm， L1=cm， L2=cm13G(N)MO G L2 (N M)W(m3)t(s)Q (m2/s)v

12、(m/s)RXQv (N)M RX L1 (N M )M0/M (%)12314对于水平放置的等直径圆管，由能量方程可得：hfp1 p2hf g其中：K 2dg l实验五：沿程水头损失实验实验学时： 1 课时 实验类型：验证 实验要求：必修一、实验目的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2掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用压差计的方法；二、实验内容验证沿程水头损失公式三、实验原理、方法和手段由达西公式hfd 2g得沿程阻力系数2dg hfl v2K hv2fv四、实验组织运行要求采用集中授课形式 五、实验条件151.水泵 2.循环水箱 3.前调节阀门 4.稳压罐 5. 压差

13、板 6. 后调节阀门7.计量移动管 8. 回水箱 9. 计量杯 10.回水管 11.实验桌本装置有下水箱、自循环水泵、供水阀、稳压罐、实验管道、流量调节阀， 计量水杯、回水管、压差计等组成。实验时应将管道、胶管及压差计内的空气排 出，接通电源水泵启动，全开供水阀，逐次开大流量调节阀，每次调节流量时， 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，需测记压差计、 温度计 应挂在水箱中读数。 。六、实验步骤1开启调节阀门，测读测压计水面差； 2用体积法测量流量，并计算出平均流速； 3调节阀门逐次由大关小，共测 10 次。16七、数据记录与处理常数

14、K 2dlg =次序体积3 cm时 间 s流量 Q5 cm s流速 v cm s水温粘度2 cm s雷 诺 数 Re压差计 cm沿程 损失 hf cm沿程 损失 系数 h1h21234567891017实验六：局部水头损失实验实验学时： 1 课时 实验类型：验证 实验要求：必修 一、实验目的（1）掌握管道局部阻力系数的测定方法。（2）通过对圆管突扩局部阻力系数的包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、实验内容验证局部水头损失公式三、实验原理、方法和手段图 1 突扩突缩的局部水头损失测压管段写出局部

15、阻力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， A 为突扩点。下式中 hf1-2 由 hf2-3 按流长比例换算得出。hj z12 p1 v12 g 2g z2p2g22v2g2 hhj2v2g 突然扩大管 理论公式 ' （1 A1 ）2A22）突然缩小采用四点法计算， 下式中 B点为突缩点， hf3 B由hf2 3换算得出， hfB 4由hf4 5换算得出18实测22hj Z3 p3 / v32 /2ghf 3 B Z4 p4 / v42 /2g h fB 42hj /u42 /2g突然缩小管 理论公式' 0.5(1 AA12)四、实验组织运行要求采用集中授课形式 五、实验条件图 2 实验仪器简图1. 水箱 2.蓄水箱 3. 溢流管 4.进水阀门 5.有机玻璃上水箱 6.水堰板 7. 溢流板 8.突扩突缩局部阻力测试管9.测压板 10.阀门阻力测试管 11.测压板 12.活动管 13.回水箱 14.计量杯 15.回水管 16.实验桌六、实验步骤（1）测记实验有关常数。 （2）打开水泵，排出实验管道中滞留气体及测压管气体。（ 3） 打开出