流体力学实验-精品讲课教案

流体力学(liútǐlìxué)实验黄勇赵庆贤环境(huánjìng)与安全工程学院第一页，共30页。实验(shíyàn)一流体静力学实验(shíyàn)一、实验目的1、测定静止液体内部某点的静水压强，加深对流体静力学基本方程式的理解。2、理解位置水头、压强高度及测压管水头的基本概念，并观察静水中任意两点测压管水头静水头为常数现象。3、建立液体表面压强的概念，搞清楚绝对压强、相对(xiāngduì)压强、表压强及真空度等概念。4、了解在压强相同的条件下不同容重的液体具有不同压强高度值。第二页，共30页。二、实验(shíyàn)装置

流体静力学实验(shíyàn)仪：主要由调压筒、贮液容器、U型管压差计、通气阀等组成。图1-1流体(liútǐ)静力学实验仪示意图第三页，共30页。三、实验(shíyàn)步骤1、熟悉装置，掌握测量过程和操作方法；2、检查装置的气密性，调节平衡，读取A、B点标高ZA、ZB；3、打开气阀，此时P0=Pa，平衡后，关闭气阀，提升调压筒，使P0>Pa，待稳定后，读取各压差计液面读数记入表1中。4、保持P0>Pa的条件，缓慢提升调压筒，改变容器中压力，重复测量3次。5、打开气阀，待平衡后，关闭气阀，下调调压筒，使P0＜Pa，调节三次(sāncì)记录各压差计读数于表1中。第四页，共30页。四、数据(shùjù)记录及计算表格表1-1原始数据记录表第五页，共30页。五、注意事项1、移动(yídòng)调节筒要缓慢平稳。2、读数要仔细准确。3、压力调节的差距尽量拉大，合理策化实验方案。第六页，共30页。六、思考题1、如何检验装置的气密性？2、在实验过程中，欲使容器中的压强为最大应如何进行操作(cāozuò)？3、调压筒与贮液容器两液面间压差和各U型管压差之间关系如何，为什么？第七页，共30页。一、实验(shíyàn)目的1、观察流体流动的两种状态——层流、紊流；2、观察流体在不同流动状态下质点的运动规律，并测定(cèdìng)其雷诺数(Re)，了解流态和Re的关系；3、测定(cèdìng)流体在圆管中流动时的临界雷诺数(Recr)。实验(shíyàn)二雷诺实验(shíyàn)第八页，共30页。二、实验(shíyàn)原理1、流体流动的状态a.层流：流速低、流动慢、流体质点平行、不互相混杂、层次分明，颜色水呈直线。b.紊流：流速大、流动快、流体质点作复杂紊乱的无规则运动。颜色水线破碎、完全与水混合。c.处于两种状态之间为过渡流，颜色水线曲折、脉动(màidòng)、断续。第九页，共30页。2、流态的鉴别及雷诺数的测定判别流体流动(liúdòng)状态的准数——雷诺数Re或

一般情况下，对于圆管中的液体：Re＜2000为层流，Re为＞2300为紊流。第十页，共30页。三、实验(shíyàn)装置1.水泵；2.蓄水箱；3.上水阀；4.溢流管；5.高位水箱；6.色液调节阀；7.色液瓶；8.测压板；9.雷诺实验(shíyàn)管；10.流量调节阀；11.出水口；12.计量水箱；13.放水阀图2-1雷诺实验(shíyàn)装置第十一页，共30页。四、实验内容(nèiróng)及步骤1、关闭所有阀门，启动水泵。打开上水阀，使恒流水箱充满水。2、缓慢开启(kāiqǐ)雷诺试验管段的出口调节阀门并打开下游各阀门，使圆管中水在较低流速下稳定流动。3、微启色液调节阀，使颜色水以微小流束在玻璃管中呈直线流动，测定流量，计算Re，保持颜色水直线状态，再调节测定－次流量。第十二页，共30页。4、逐渐开大出水阀，观察水从层流到紊流的过度过程及质点的变化，并在这种过渡状态下测定两次流量。5、继续开大阀门到紊流状态。颜色水与水流完全混合，看不出颜色水线的迹象，测定两次流量，计算Re。6、再缓慢平稳地把阀门逐渐关小，测定从紊流到层流过渡时的临界流量。7、关闭颜色水阀，停泵，结束(jiéshù)实验。第十三页，共30页。五、数据(shùjù)记录及计算项目表雷诺实验管段内径：mm水温：℃水的运动粘度：m2/s计量(jìliàng)水箱截面积：cm2表2-1数据记录表第十四页，共30页。六、注意事项1、实验中要经常观察水箱恒流情况，保证高位水箱的液位恒定。2、阀门调节要缓慢(huǎnmàn)平稳，尤其在过渡状态时尽量避免设备融碰及振动。3、在流量从最小逐渐到最大，或从最大到最小的调节过程中，阀门只允许往一个方向旋转，中间不得逆转。第十五页，共30页。七、思考题1、从层流到紊流与从紊流到层流所测得的雷诺数是否相同？为什么？2、如果实验装置不变，改用其他(qítā)液体为流动介质，或改变管径，其临界雷诺数是否改变？为什么？第十六页，共30页。实验(shíyàn)三能量方程实验(shíyàn)一、实验目的1、加深对总水头、测压管水头、水头损失等概念的理解。2、观察流体流经能量方程试验管时能量的转化情况，对实验中出现的现象进行分析，加深对能量方程式的理解。3、测定水流各项水头和水头损失，绘制测压管水头线和总水头线。4、掌握一种测量流体流速的方法(fāngfǎ)，熟悉毕托管测流速的原理。第十七页，共30页。二、实验(shíyàn)原理1、对于(duìyú)理想流体的流动，有：流体的总机械能保持不变，总水头线是一条水平直线(zhíxiàn)。2、对于实际流体，由于流体的粘滞性和水流紊动，一定会产生水头损失。所以，粘性流体总流的伯努利方程为：第十八页，共30页。三、实验(shíyàn)步骤1、熟悉装置，看懂流程，了解实验的大体过程。2、关闭所有阀门，启动水泵，缓慢开启上水阀门，使上位水箱保持恒定液位，溢流(yìliú)管中有一定量的溢流(yìliú)。3、开启能量方程管进口阀门（即流量调节阀）及下游各阀门，使水流流过能量方程试验段。对试验管段及各断面处的测压管进行排气调整，并注意随时调整上水阀门使高位水箱液位保持恒定。4、测定流量，记录各测量断面测管的高度，填入表中。5、改变阀门开度，调节流量，测定几组流量和水头高度，填入表中。6、关闭，停泵。第十九页，共30页。四、注意事项1、实验过程中，要经常观察高位水箱的恒流情况，随时调整上水阀门，保证液位恒定。2、测压管中液位要适中，方便读数。3、流量调节要缓慢平稳，测点并尽量(jǐnliàng)拉开。4、备好记录纸，分工明确，读数仔细准确。第二十页，共30页。五、数据记录(jìlù)及计算项目表表3-1数据(shùjù)记录表第二十一页，共30页。六、思考题1、为什么实际流体的总水头线是沿流向逐渐降低的？2、在调节流量时，沿能量方程试验段，请问哪根测管内的液面变动最大，试分析原因？3、根据(gēnjù)能量转换关系，并结合实验结果，绘制某一流量下能量方程管段的测压管水头线和总水头线。第二十二页，共30页。实验(shíyàn)四沿程阻力实验(shíyàn)一、实验目的1、研究稳定状态下均匀流动时压力管中水流(shuǐliú)沿程阻力的变化规律。2、管道阻力的类型和计算方法，了解阻力系数在不同的流态，不同雷诺数下的变化情况。3、学会测定管道沿程阻力系数的方法。第二十三页，共30页。二、实验(shíyàn)原理1、沿程水头损失与流速的关系对沿程阻力两测点的断面列伯努利方程因实验管段水平，且为均匀流动，所以由此得

即管路两点的沿程水头损失等于测压管水头差。由此式求得沿程水头损失，同时根据实测流量计算(jìsuàn)平均流速，将所得和数据绘在对数坐标纸上，就可确定沿程水头损失与平均流速的关系。第二十四页，共30页。2、沿程阻力系数的测定(cèdìng)由上面的分析可以得到：由达西公式：用体积法测得流量，并计算出断面平均流速，即可求得沿程阻力系数：第二十五页，共30页。三、实验(shíyàn)装置管道阻力(zǔlì)实验装置如图所示：图4-1管道阻力实验(shíyàn)装置第二十六页，共30页。四、实验(shíyàn)步骤1、熟悉装置、原理、流程。2、调整流程，检查压差计，排气、调平衡。3、调节尾阀，待管道流量稳定后，测定流量，记下(jìxià)压差计读数。流量可通过磅秤、水桶、秒表，求出体积流量。4、改变尾阀的开度，调节流量，共测量10次，记录压差，测定流量。第二十七页，共30页。五、数据(shùjù)记录计算表格表4-1数据(shùjù)记录表第二