流體力學課程實驗指導書

1、1流流 體體 力力 學學實實驗驗趙超編 寫適用專業(yè)：環(huán)境工程專業(yè)廈門理工學院環(huán)境工程系2011 年 06 月2前前言言一、一、實驗的意義和目的實驗的意義和目的實驗是流體力學課程的組成部分之一。流體力學問題是錯綜復雜的，其復雜性在于其影響因素很多。由于人們對流體運動規(guī)律認識的局限性，因此還有許多問題并非由理論分析就能解決，往往有賴于實驗；在某些場合，實驗已成為解決問題的主要途徑。通過流體力學實驗教學其目的在于加強學生對流動現(xiàn)象的感性認識，驗證所學理論，提高理論分析能力；培養(yǎng)基本實驗進呢過，了解現(xiàn)代量測技術；培養(yǎng)嚴謹踏實的科學作風。二、實驗須知二、實驗須知1、實驗前必須預習。預習時，應仔細閱讀實驗

2、指導書及有關的教材資料，明確實驗的目的、要求和有關的實驗原理，了解操作步驟和有關的儀器設備，做到心中有數(shù)。2. 嚴肅認真的進行實驗。到實驗室后，必須保持安靜，不得談笑喧嘩，不準碰動與本實驗無關的設備。實驗時，應按實驗書的要求，全神貫注地按步驟進行操作，并注意多觀察流體運動現(xiàn)象，多思考分析問題，及時記錄實驗原始數(shù)據(jù)。3. 保持良好的科學作風 ，實驗時，應尊重原始數(shù)據(jù)，不得任意更改；實驗后，應進行必要的檢查和補充，經(jīng)指導教師同意后，方可離開實驗室；應及時整理實驗數(shù)據(jù)，認真編寫實驗報告。由于時間倉促，水平有限，書中的缺點和錯誤在所難免，懇切希望讀者批評指正。3目目錄錄實驗一、流體靜壓強實驗實驗一、流

3、體靜壓強實驗實驗二、平面靜水總壓力實驗實驗二、平面靜水總壓力實驗實驗三、能量方程實驗實驗三、能量方程實驗實驗四、動量方程實驗實驗四、動量方程實驗實驗五、沿程水頭損失實驗實驗五、沿程水頭損失實驗實驗六、局部水頭損失實驗實驗六、局部水頭損失實驗4實驗一：靜水壓強實驗實驗一：靜水壓強實驗實驗學時：1 課時實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的一、實驗目的1、驗證靜止液體中，CgpZ。2、建立液體表面壓強app 0，app 0的概念，并觀察真空現(xiàn)象。二、實驗儀器二、實驗儀器三、實驗原理、方法和手段三、實驗原理、方法和手段靜水壓強測定及靜水壓強基本方程ghpp0(1)CgpZ(2)Z-被測點在基準面以

4、上的位置高度；p-被測點的靜水壓強；0p-水箱中液面的表面壓強；h-被測點的淹沒深度利用等壓面與連通器原理。四、實驗組織運行要求四、實驗組織運行要求采用分組集中授課形式5五、實驗條件五、實驗條件（1）app 0（2）app 0（3）app 0六、實驗步驟六、實驗步驟1、將調(diào)壓桶放置適當高度，打開排氣閥，使水箱中的液面與大氣相通，待測壓管水位穩(wěn)定后，觀察各壓差計的液面位置，驗證等壓面原理。2、關閉排氣閥，調(diào)整調(diào)壓桶位置，使水箱上部app 0，觀察各測壓管液面高度變化，并測液面標高，繼續(xù)提高調(diào)壓桶，再做兩次。3、打開排氣閥與大氣相通，待液面穩(wěn)定后，再關閉排氣閥，將調(diào)壓桶降至一定高度，此時app 0

5、，觀察各測壓管的液面變化，并測液面標高，重復兩次。4、講調(diào)壓桶調(diào)至適當位置，打開排氣閥，結(jié)束實驗。七、思考題七、思考題1、同一靜止水內(nèi)的測壓管水頭線是根什么線？2、絕對壓強與相對壓強、真空值的關系是什么？八、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理八、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理實驗條件各測壓管液面標高讀數(shù)（）1234561app 2p0pa345p0pa676實驗二：平面靜水總壓力實驗實驗二：平面靜水總壓力實驗實驗學時：1 課時實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的一、實驗目的掌握解析法與圖解法，測定矩形平面上的靜水總壓力。二、實驗儀器二、實驗儀器三、實驗原理、方法和手段三、實驗原理、方法和手段作用在平面上的靜水總壓力解

6、析法的計算公式：ApPccp-形心處壓強A-平面面積由力矩平衡原理：10*LFLG10LLGF7四、實驗組織運行要求四、實驗組織運行要求采用分組集中授課形式五、實驗步驟五、實驗步驟1、熟悉儀器，記錄砝碼到支點的距離0L、扇形體寬度 B、扇形體底部到支點的垂直距離L。2、調(diào)整底座螺絲，使儀器水平。3、調(diào)整平衡錘，使平衡桿處于水平狀態(tài)(桿下緣與紅色箭頭平齊)。4、打開進水閥門 k，放水進入水箱，待水流上升到一定的高度，關閉 k。5、加砝碼到砝碼架上，使平衡桿恢復到水平狀態(tài)。如有微差，則再加水或放水直至平衡為止。6、記錄砝碼質(zhì)量 M，同時記錄水位刻度數(shù)。7、計算受力面積 A8、利用圖解法計算靜水總壓

7、力作用點位置、作用點至支點 o 的垂直距離1L。9、根據(jù)力距平衡公式，求出鉛垂平面上所受的靜水總壓力 F；同時用靜水壓力理論公式求出相應鉛垂平面上的靜水總壓力 P。10、重復上述步驟 6 次，水位讀數(shù)在 100 mm 以上做三次，以下做三次，共做六次。11、將砝碼放入盒中，打開放水閥門，將水排凈，實驗結(jié)束。六、思考題六、思考題1、仔細觀察刀口位置，與扇形體有何關系，并說明為何要放在該位置?82、如將扇形體換成正方體能否進行試驗?為什么?七、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理七、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理0L=_,B=_，L=_,實驗次數(shù)砝碼質(zhì)量（g）水位（mm）受力面積（m2）壓力作用點位置e（mm）靜壓力力臂（mm

8、）靜水壓力（F）解析法計算出的 P1234569實驗三：能量方程實驗實驗三：能量方程實驗實驗學時：1 課時實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的一、實驗目的1、觀察恒定流動情況下，有壓管流的能量轉(zhuǎn)換特性，加深能量方程物理和幾何意義的理解。2、測定并繪制管道的測壓管水頭線及總水頭線，驗證能量方程；二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容驗證能量方程實驗三、實驗原理、方法和手段三、實驗原理、方法和手段能量方程（伯努利方程）的驗證Whgvgpzgvgpz222222221111四、實驗組織運行要求四、實驗組織運行要求采用分組集中授課形式五、實驗條件五、實驗條件1.潛水泵 2.蓄水箱 3.溢流管 4.給水調(diào)節(jié)閥 5

9、.上水箱 6.溢流板 7.水堰板 8.實驗管9. 測壓管 10.調(diào)節(jié)閥 11.活動計量管 12.回水箱 13.計量杯 14.回水管 15.實驗桌10六、實驗步驟六、實驗步驟1、開動水泵，使水箱充水并保持溢流，使水位恒定。2、關閉尾閥 K，檢查測壓管與畢托管的液面是否持平，3、打開尾閥 K，量測測壓管與畢托管水頭。繼續(xù)打開尾閥 K，重復兩次。七、思考題七、思考題1、測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢有何不同？2、流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？八、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理八、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理量測)(gpZ，計入下表測點編號序號1234體積cm3時間s測壓管畢托管測壓管畢托管測壓管畢托管測壓管畢

10、托管123流速水頭管徑 d(cm)Q1=(cm3/s)Q2=(cm3/s)Q3=(cm3/s)A(cm2)v(cm/s)gv2/2(cm)A(cm2)v(cm/s)gv2/2(cm)A(cm2)v(cm/s)gv2/2(cm)1d2d3d4d11總水頭)2(2gvgpZ測點編號1234Q(cm3/s)實驗次序123單位:cm12實驗四：動量方程實驗實驗四：動量方程實驗實驗學時：1 課時實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的一、實驗目的通過射流對平板的作用力方法驗證恒定動量方程二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容驗證動量方程實驗三、實驗原理、方法和手段三、實驗原理、方法和手段取噴嘴出口斷面， 與平板接觸的

11、為控制面， 對 X 軸列動量方程：)(101202XXXXvavaQRF式中：XR平板對水流的反作用力；Xv1噴嘴出口平均流速在 X 軸的投影，即流速；Xv2斷面平均流速在 X 軸的投影，取 0；由對轉(zhuǎn)軸計算力矩 M 求得XR。M=11*QvLLRX式中：1L水流沖擊點至轉(zhuǎn)軸的距離；d 噴嘴的內(nèi)徑；v 噴嘴出口的平均速度。添加砝碼得到實測力矩OM：2*LGMO式中：G砝碼重量；2L砝碼作用點到轉(zhuǎn)軸的距離。四、實驗組織運行要求四、實驗組織運行要求采用集中授課形式五、實驗條件五、實驗條件131.實驗水箱 2.控制閥門 3.高位水孔 4.低位水孔 5.砝碼 6.轉(zhuǎn)動軸承 7.擋板 8.固定插銷 9.

12、水平儀 10.噴嘴 11.水泵 12.水箱 13.擋水板 14.實驗臺支架六、實驗步驟六、實驗步驟(1)在拉鏈端部加重量 50 克砝碼， 然后開啟并調(diào)節(jié)閥門， 使平板保持垂直位置，記下砝碼位置，用體積法測流量；(2) 改變砝碼重量，重復步驟(1)。七、思考題七、思考題反射水流的回射角度若不等于 90o，會對實驗結(jié)果產(chǎn)生什么影響？八、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理八、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理儀器常數(shù)：d=cm，L1=cm，L2=cm14G(N)(2MNLGMOW(m3)t(s)Q(m2/s)v(m/s)(NQvRX)(1MNLRMXM0/M(%)12315實驗五：沿程水頭損失實驗實驗五：沿程水頭損失實驗實驗學時：

13、1 課時實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的一、實驗目的1加深了解圓管層流和紊流的沿程損失隨平均流速變化的規(guī)律2掌握管道沿程阻力系數(shù)的量測技術和應用壓差計的方法；二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容驗證沿程水頭損失公式三、實驗原理、方法和手段三、實驗原理、方法和手段由達西公式gdlhf22得沿程阻力系數(shù)222vhKvhldgff其中：ldgK2對于水平放置的等直徑圓管，由能量方程可得：gpphf21四、實驗組織運行要求四、實驗組織運行要求采用集中授課形式五、實驗條件五、實驗條件16d1=mmd2=mm,d3=mm1.水泵 2.循環(huán)水箱 3.前調(diào)節(jié)閥門 4.穩(wěn)壓罐 5. 壓差板 6. 后調(diào)節(jié)閥門7.計量

14、移動管8. 回水箱 9. 計量杯 10.回水管 11.實驗桌本裝置有下水箱、自循環(huán)水泵、供水閥、穩(wěn)壓罐、實驗管道、流量調(diào)節(jié)閥，計量水杯、回水管、壓差計等組成。實驗時應將管道、膠管及壓差計內(nèi)的空氣排出，接通電源水泵啟動，全開供水閥，逐次開大流量調(diào)節(jié)閥，每次調(diào)節(jié)流量時，均需穩(wěn)定 2-3 分鐘，流量愈小，穩(wěn)定時間愈長；測流量時間不小于 8-10 秒；測流量的同時，需測記壓差計、溫度計應掛在水箱中讀數(shù)。 。六、實驗步驟六、實驗步驟1開啟調(diào)節(jié)閥門，測讀測壓計水面差；2用體積法測量流量，并計算出平均流速；3調(diào)節(jié)閥門逐次由大關小，共測 10 次。17七、數(shù)據(jù)記錄與處理七、數(shù)據(jù)記錄與處理常數(shù)ldgK2=次序體

15、積cm3時間s流量Qcm5s流速vcms水溫粘度cm2s雷諾數(shù)Re壓差計cm沿程損失hfcm沿程損失系數(shù)h1h21234567891018實驗六：局部水頭損失實驗實驗六：局部水頭損失實驗實驗學時：1 課時實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的一、實驗目的（1）掌握管道局部阻力系數(shù)的測定方法。（2）通過對圓管突擴局部阻力系數(shù)的包達公式和突縮局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗公式的實驗驗證與分析，熟悉用理論分析法和經(jīng)驗法建立函數(shù)式的途徑；（3）加深對局部阻力損失機理的理解；二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容驗證局部水頭損失公式三、實驗原理、方法和手段三、實驗原理、方法和手段圖 1 突擴突縮的局部水頭損失測壓管段寫出局部阻

16、力前后兩斷面的能量方程根據(jù)推導條件，扣除沿程水頭損失可得：1）突然擴大采用三點法計算，A 為突擴點。下式中 hf1-2由 hf2-3按流長比例換算得出。212222211122fjhgvgpzgvgpzhgvhj22突然擴大管 理論公式221)1 (AA2）突然縮小采用四點法計算， 下式中 B 點為突縮點，Bfh3由32fh換算得出，4fBh由54fh換算得出。19實測2/2/4244432333fBBfjhgvpZhgvpZhguhj2/24突然縮小管理論公式)1 (5 . 021AA四、實驗組織運行要求四、實驗組織運行要求采用集中授課形式五、實驗條件五、實驗條件圖 2 實驗儀器簡圖1.水箱 2.蓄水箱 3.溢流管 4.進水閥門 5.有機玻璃上水箱 6.水堰板 7.溢流板 8.突擴突縮局部阻力測試管9.測壓板 10.閥門阻力測試管 11.測壓板 12.活動管 13.回水箱 14.計量杯 15.回水管 16.實驗桌六、實驗步驟六、實驗步驟（1）測記實驗有關常數(shù)。（2）打開水泵，排出實