流体力学课程实验指导书

1、流体力学实验超 编写适用专业： 环境工程专业理工学院环境工程系2011年06月、A、刖 百 一、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、要求和有关

2、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 .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，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。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、能量程实验实验四、动量程实验

3、实验五、沿程水头损失实验实验六、局部水头损失实验.页脚实验一：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、实验目的1、验证静止液体中，Z C 0g2、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、实验原理、法和手段静水压强测定及静水压强基本程p Po ghZ -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；Po -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五、实验条件(1)P0 Pa(2) Po Pa Po Pa六、实验步骤1、将调压桶放置适当高度，打开

4、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 Po 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Po 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、实验结果与数据处理实验条件各测压管液向标图读数(cm)1234561P Pa2P0>

5、;Pa345P0<pa67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：必修一、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。二、实验仪器、实验原理、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 PcAPc-形心处压强A-平面面积由力矩平衡原理：G*Lo F LiF G LoLi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，记录整码到支点的距离 L。、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。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

6、到一定的高度，关闭 k。5、加整码到整码架上，使平衡杆恢复到水平状态。如有微差，则再加水或放水直 至平衡为止。6、记录整码质量M ,同时记录水位刻度数。7、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Li9、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 P。10、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、将整码放入盒中，打开放水阀门，将水排净，实验结束六、思考题1、仔细观察刀口位置，与扇形体有关系，并说明为要放在该位置 2、如将扇形体换成正体能否进行试验？为什

7、么？七、实验结果与数据处理Lo=, B=? L =实验不去码质水位受力面压力作静压力力静水压力解析法次数量(mm )积用点位臂(F)计算出(g)(m2)置e(mm )的P(mm )123456实验三：能量程实验实验学时：1课时实验类型：验证.页脚实验要求：必修 一、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，加深能量程物理和几 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，验证能量程；二、实验容验证能量程实验三、实验原理、法和手段能量程（伯努利程）的验证22PliVlP22v2 uzi - Z2 hwg 2gg 2g四、实验组织运行要求采用分组集中授课形式1 .潜水泵2.

8、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不同？2、流量增加，测压管水头线有变化？为什么？八、实验结果与数据处理量测（Z ）,计入下表g点编号1234体积cm 3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Q 1 =(cm 3/s)Q 2

9、=(cm 3/s)Q 3=(cm 3/s)管径 dA (cm 2)v(cm/s)2.一v /2g (cm)A (cm 2)v(cm/s)2.一v /2g (cm)A (cm 2)v(cm/s)2.一v / 2g (cm)(cm) did2d3d42总水头(Z -p -v-)g 2g测点编号1234Q(cm 3/s)实验次序123单位：cm.页脚.页脚实验四：动量程实验实验学时：1课时实验类型：验证实验要求：必修、实验目的通过射流对平板的作用力法验证恒定动量程、实验容验证动量程实验、实验原理、法和手段取喷嘴出口断面I I,与平板接触的H II为控制面，对X轴列动量程:.页脚FxRxQ(a02v2

10、Xa01v1X式中：Rx 一平板对水流的反作用力；v1X一喷嘴出口平均流速在X轴的投影，即流速；v2X H II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RxM= Rx * L1QvL1式中：L1 水流冲击点至转轴的距离；d 一喷嘴的径；v 一喷嘴出口的平均速度。添加整码得到实测力矩M O :M O G * L2式中：G一整码重量；L2 整码作用点到转轴的距离四、实验组织运行要求采用集中授课形式1.实验水箱2.控制阀门3.高位水4.低位水5.整码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5

11、0克整码，然后开启并调节阀门，使平板保持垂直位置,记下整码位置，用体积法测流量;(2)改变整码重量，重复步骤(1)七、思考题反射水流的回射角度若不等于90°,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 , Li=cm , L?=cmG(N)MoG L2 (N M)W(m3)t(s)Q(m 2/s)v(m/s)Rx Qv (N)M RxLi (N M)M0/M(%)123.页脚实验五：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、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法

12、；、实验容验证沿程水头损失公式、实验原理、法和手段由达西公式hfd 2g.页脚得沿程阻力系数其中:对于水平放置的等直径圆管,2dg hfT2Khfv2dgl由能量程可得:hfPi P2g四、实验组织运行要求采用集中授课形式五、实验条件64.稳压罐5.压差板6.后调节阀门9.计量杯10.回水管11.实验桌7 :; ; d1= mmd2= mm,d3= mm1.水泵2.循环水箱3.前调节阀门7.计量移动管 8.回水箱本装置有下水箱、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

13、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。七、数据记录与处理常数K型= l次序体积cm3时问s8M:Qcm 5 /s流速v cm /s水温C粘度Vcm 2/s雷诺数Re压占计cm沿程损失hfcm沿程损失系数人hih212345678910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法。(2)通过

14、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、实验容验证局部水头损失公式三、实验原理、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阻力前后两断面的能量程根据推导条件，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hfi-2由hf2-3按流长比例换算得出。22P1V1P2 V2 hj Z1 Z2 hf1 2g 2gg 2ghj2V2g突然扩大管 理论公式'（1 A）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，hfB4由hf4 5 换算得出。实测_2_ _2_hjZ3P3/V3/2ghf3 bZ4P4/V4/2g hfB42-hj/U4 /2g突然缩小管理论公式0.5（1 &）A2四、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.水有I 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