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月前 言一、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、

2、要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、能量方程实验实验

3、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，。2、建立液体表面压强，的概念，并观察真空现象。二、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(1) (2) -被测点在基准面以上的位置高度；-被测点的静水压强； -水箱中液面的表面压强；-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）（2）（3）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，

4、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，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，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、实验结果与数据处理 实验条件各测压管液面标高读数（）12345612p0>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

5、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：-形心处压强-平面面积由力矩平衡原理：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、扇形体宽度B、扇形体底部到支点的垂直距离。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，待水流上升到一定的高度，关闭k。 5、加砝码到砝码架上，使平衡杆恢复到水平状态。如有微差，则再加水或放水直至平衡为止。6、记录砝码质量M，同时记录水位刻度数。7、计算受力面积A8、利用

6、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。 9、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=_, B=_，=_,实验次数砝码质量（g）水位（mm）受力面积（m2）压力作用点位置（mm）静压力力臂（mm）静水压力（F）解析法计算出的P12

7、3456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）的验证 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

8、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？为什么？八、实验结果与数据处理量测，计入下表 测点编号序号1234体积cm3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)Q1= (cm3/s)Q2= (cm3/s)Q3= (cm3/s)A(cm2)(cm/s)(cm)A(cm2)(cm/s)(cm)A(cm2)(cm/s)(cm)总水头 测点编号1234Q(cm3/s)实验次序123

9、 单位:cm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： 式中：平板对水流的反作用力； 喷嘴出口平均流速在X轴的投影，即流速； 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。 M= 式中： 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： 式中：G砝码重量； 砝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五、实验条件1.实验水箱 2.控制阀门3

10、.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= cmG(N)W(m3)t(s)Q(m2/s) (m/s)M0/M(%)123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

11、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 得沿程阻力系数 其中： 对于水平放置的等直径圆管，由能量方程可得：四、实验组织运行要求采用集中授课形式五、实验条件1.水泵 2.循环水箱 3.前调节阀门 4.稳压罐 5. 压差板 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

12、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。七、数据记录与处理常数= 次序体积cm3时间s流量Qcm5s流速vcms水温粘度cm2s雷诺数Re压差计cm沿程损失hfcm沿程损失系数h1h212345678910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

13、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。 突然扩大管 理论公式 2）突然缩小采用四点法计算，下式中B点为突缩点，由换算得出，由换算得出。实测突然缩小管 理论公式 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