流體力學(xué)實驗內(nèi)容

1、、靜水壓強(qiáng)量測實驗（一）目的要求1. 掌握用測壓管測量流體靜壓強(qiáng)的技能；2. 驗證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程；3、測定另一種液體的重率；4、要求掌握U形管和連通管的測壓原理以及運(yùn)用等壓面概念分析問題的能力。（二）實驗設(shè)備實驗設(shè)備如下圖所示。|P開 口 筒n密封箱靜水壓強(qiáng)測試儀1 23 4 5 67丫油 丫水（三）實驗步驟及原理1、 打開通氣孔，使密封水箱與大氣相通，則密封箱中表面壓強(qiáng)P0等于大氣壓強(qiáng)pa。那 么開口筒水面、密封箱水面及連通管水面均應(yīng)齊平。2、關(guān)閉通氣孔，將開口筒向上提升到一定高度。水由開口筒流向密封箱，并影響其它測壓管。密封箱中空氣的體積減小而壓強(qiáng)增大。待穩(wěn)定后，開口筒與密封箱

2、兩液面的高差即為壓強(qiáng)差Po -Pa二h，這個水柱高度h也等于、'、1、2及、3 2，而u形管兩液面的壓差 也應(yīng)等于po _pa。3、如果將開口筒向下降到一定高度，使其水面低于密封箱中的水面，則密封箱中的水流向開口筒。因此，密封箱中的空氣的體積增大而壓強(qiáng)減小，此時3<P，待穩(wěn)定后，其壓強(qiáng)差稱為真空，以水柱高度表示即為真空度：=4、 按照以上原理，可以求得密封箱液體中任一點A的絕對壓強(qiáng)pA。設(shè)A點在密封箱水面以下的深度為 h0A,在1號管和3號管水面以下的深度為 hlA和h3A, 則：p a = p 0 ' h 0A = p a ' C 1 -2 廠 h 0A二 Pa

3、 0A 二 Pah3A5、由于連通管和 U形管反映著同一的壓差，故有：p0 - Pa = O' 32)= C 54)= C 76)由此可以求得另一種液體的容重：（四）注意事項1首先檢查密圭寸箱是否漏氣（檢查方法自己考慮）。2、開口筒向上提升時不宜過高， 在升降開口筒后，一定要用手?jǐn)Q緊左邊的固定螺絲，以 免開口筒向下滑動。（五）量測與計算靜水壓強(qiáng)儀編號;實測數(shù)據(jù)與計算（表 1.1、表1.2 ）。表1.1 觀測數(shù)據(jù)名稱測壓管液面高程讀數(shù)液面高程V3燈5可6可7單位厘米厘米厘米厘米厘米厘米厘米Po >Pa1r 2Po VPa12表1.2 計算算序項目Po >PaPo £

4、Pa單位12121可1 可2 =可3燈2 =燈7 可6厘米2P0 =Pa +浮7 -帀6)3pa =攻 -可2)+h oa4Pa =Pa +Pa5Po Pa = 07 可6)= *(可5 -可4)6Y注：設(shè)A點在水箱水面下的深度 hoA厘米。（六）回答問題1、第1、2、3號管和4、6號管，可否取等壓面？為什么？2、第1、4、6號管和1、3號管中的液面，是不是等壓面？為什么?、動量方程驗證實驗（一）實驗?zāi)康?、測定管嘴噴射水流對平板或曲面板所施加的沖擊力。2、將測出的沖擊力與用動量方程計算出的沖擊力進(jìn)行比較，加深對動量方 程的理解。（二）實驗原理應(yīng)用力矩平衡原理如圖2.1所示：求射流對平板和曲面

5、板的沖擊力。力矩平衡方程：FL，F(xiàn)GL1式中：F -射流作用力；L -作用力力臂；G -砝碼重量；J -砝碼力臂。圖2.1力矩平衡原理示意圖恒定總流的動量方程為汗二QG'V?若令G2 =口1 =1，且只考慮其中水平方向作用力，則可求得射流對平板和曲面的作用力公式為：F = : QV (1 - cos'：)式中：Q-管嘴的流量；V -管嘴流速；：射流射向平板或曲面板后的偏轉(zhuǎn)角度。-90。寸,二TQV。F平:水流對平板的沖擊力-135。時,-180。時,-'QV (1 - cos135°) -1.707、QV = 1.707F平-：QV(1 cos180 ) =

6、2QV =2F平（三）實驗設(shè)備實驗設(shè)備及各部分名稱見圖 22，實驗中配有：.=90。平面板和=135。及=180。的 曲面板，另備大小量筒及秒表各一只。（四）實驗步驟1、記錄管嘴直徑和作用力力臂。2、 安裝平面板，調(diào)節(jié)平衡錘位置，使杠桿處于水平狀態(tài)（杠桿支點上的氣泡居中）3、啟動抽水機(jī)，使水箱充水并保持溢流。此時水流從管嘴射出，沖擊平圖2.2 動量原理實驗儀板中心，標(biāo)尺傾斜。加砝碼并調(diào)節(jié)砝碼位置，使杠桿處于水平狀態(tài)，達(dá)到力矩平衡。記錄砝 碼質(zhì)量和力臂L1。4、用體積法測量流量 Q用以計算F理。5、將平面板更換為曲面板 （二=135。及=180°），測量水流對曲面板的沖擊力并重新 用體

7、積法測量流量。6、關(guān)閉抽水機(jī)，將水箱中水排空，砝碼從杠桿上取下，結(jié)束實驗。（五）注意事項1、量測流量后，量筒內(nèi)的水必須倒進(jìn)接水器，以保證水箱循環(huán)水充足。2、測流量時，計時與量筒接水一定要同步進(jìn)行，以減小流量的量測誤差。3、測流量一般測兩次取平均值，以消除誤差（六）實驗成果及要求1、有關(guān)常數(shù)。噴管直徑d= cm ，作用力力臂L= 7 cm ，實驗裝置臺號:2、記錄及計算（見表 2.1 ）。表2.1:計錄及計算表測次體積3 cm時間s流量cm3/s平均流量cm3/s流速cm/s沖擊板 角度a砝碼重量5N X 10-5力臂L1cm實測沖 擊力 F實5N X 10-5理論計算沖 擊力F理5NX 10-

8、53、成果分析：將實測的水流對板的沖擊力與由動量方程計算出的水流對板的沖擊力進(jìn)行比較，計算出其相對誤差，并分析產(chǎn)生誤差的原因。（七）思考題1、F實與F理有差異，除實驗誤差外還有什么原因？2、實驗中，平衡錘產(chǎn)生的力矩沒有加以考慮，為什么?三、孔口與管嘴流量系數(shù)驗證實驗（一）實驗?zāi)康?、了解孔口流動特征，測定孔口流速系數(shù) 和流量系數(shù) 亠。2、 了解管嘴內(nèi)部壓強(qiáng)分布特征，測定管嘴流量系數(shù)。（二）實驗原理當(dāng)水流從孔口出流時，由于慣性的作用，水流在出孔口后有收縮現(xiàn)象，約在0.5d處形成收縮斷面c-c。收縮斷面c-c的面積 A與孔口的面積 A的比值；稱為收縮系數(shù)。應(yīng)用能 量方程可推得孔口流量計算公式如下Q

9、 二；A,2gH 或 Q 二'A、2gH式中，為流速系數(shù)，為流量系數(shù)，H為孔口中心點以上的作用水頭。已知收縮系數(shù)；和流速系數(shù)或流量系數(shù) 可求得孔口流量。本實驗將根據(jù)實測的流量等數(shù)據(jù)測定流速系數(shù):或流量系數(shù)J。當(dāng)水流經(jīng)管嘴出流時，由于管嘴內(nèi)部的收縮斷面處產(chǎn)生真空，等于增加了作用水頭，使得管嘴的出流大于孔口出流。應(yīng)用能量方程可推得管嘴流量計算公式如下Q=FnA.2gH 或 Q = fA、2gH式中，；為流速系數(shù)， 叫為流量系數(shù)， - ''n，H為管嘴中心點以上的作用水頭。已知 流速系數(shù)-：n或流量系數(shù)Jn可求得管嘴流量。本實驗將根據(jù)實測的流量等數(shù)據(jù)測定流速系數(shù)；：n或流量系

10、數(shù) 叫。根據(jù)系統(tǒng)理論和實驗研究各系數(shù)有下列數(shù)值孔口；=0.63 0.64管嘴巒=0.97 0.98n "82' - 0.60 0.62由于收縮斷面位置不易確定， 述數(shù)據(jù)。以及觀測誤差等原因，本實驗設(shè)備所測的數(shù)據(jù)只能逼近上（三）實驗設(shè)備實驗設(shè)備與各部分名稱如圖3.1所示。水箱圖3.1 孔口管嘴實驗儀（四）實驗步驟1、 熟悉儀器，記錄孔口直徑 d孔口和管嘴直徑d管嘴，記錄孔口中心位置高程孔口和水 箱液面高程液面。2、啟動抽水機(jī)，打開進(jìn)水開關(guān)，使水進(jìn)入水箱，并使水箱保持溢流，使水位恒定。3、關(guān)閉孔口和管嘴，觀測與管嘴相連的壓差計液面是否與水箱水面齊平。若不平，則 需排氣調(diào)平。4、打

11、開管嘴，使其出流，壓差計液面將改變，當(dāng)流動穩(wěn)定后，記錄壓差計各測壓管液 面，用體積法或電子流量計測量流量。5、關(guān)閉管嘴，打開孔口，使其出流，當(dāng)流動穩(wěn)定后，用游標(biāo)卡尺測量孔口收縮斷面直 徑，用體積法或電子流量計測量流量。6、關(guān)閉水泵，排空水箱，結(jié)束實驗。（五）注意事項1、量測流量后，量筒內(nèi)的水必須倒進(jìn)接水器，以保證水箱循環(huán)水充足。2、測流量時，計時與量筒接水一定要同步進(jìn)行，以減小流量的量測誤差。3、測流量一般測兩次取平均值，以消除誤差。4、少數(shù)測壓管內(nèi)水面會有波動現(xiàn)象。應(yīng)讀取波動水面的最高與最低讀數(shù)的平均值。（六）實驗成果及要求1、有關(guān)常數(shù)?？卓谥睆絛孔口二 cm 、管嘴直徑d管嘴= cm 、孔口中心位置高程 '孔口 = cm水箱液面高程 '、液面二 cm，實驗裝置臺號：2、記錄及計算（見表 3.1、表3.2 ）。 表3.1孔口實驗記錄及計數(shù)表測次體積W時間T流量Q平均流量Q平均水頭H收縮斷面de收縮系數(shù)流速系數(shù)<P流量系數(shù)注：水頭H為孔口中心到水箱液面的垂直高度。表3.2管嘴實驗記錄及計數(shù)表測次