實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的發(fā)展

1、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)I(，用戶名：gmm)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的發(fā)展實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)原型實(shí)驗(yàn)和模型實(shí)驗(yàn)17世紀(jì)中葉以前：現(xiàn)場原型實(shí)驗(yàn)為主20世紀(jì)初葉以后：實(shí)驗(yàn)室模型實(shí)驗(yàn)為主2第一時(shí)期17世紀(jì)中葉以前主要依靠仔細(xì)的觀察，粗略的測量與效益的比較等相當(dāng)原始的實(shí)驗(yàn)方法去了解各種流動現(xiàn)象，認(rèn)識各種運(yùn)動規(guī)律，并通過不斷實(shí)踐，有意識地去運(yùn)用這些結(jié)果以改造世界。主要成就完整地建立了流體靜力學(xué)理論；提出了流體與物體運(yùn)動之間的相對性原理；定性地研究了管流與某些無壓流動；發(fā)展了各種流體機(jī)械。3第二時(shí)期17世紀(jì)中葉至20世紀(jì)初葉除了繼續(xù)利用現(xiàn)場原型實(shí)驗(yàn)解決生產(chǎn)問題以外，還開始發(fā)展實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)所需的設(shè)備，儀器和技術(shù)

2、，并逐步開展實(shí)驗(yàn)室研究，發(fā)現(xiàn)了一些新現(xiàn)象和原理。主要成就發(fā)展基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器，和顯示與測量技術(shù)；發(fā)現(xiàn)伯努利與達(dá)西等定理和湍流與空化等現(xiàn)象；研究了流體中運(yùn)動物體(包括圓球、平板、船舶、炮彈、翼型等)所受的力，特別是阻力；詳細(xì)和系統(tǒng)地研究了圓管層流流動；提出了流體的動力相似理論。4第三時(shí)期20世紀(jì)初葉以后除了繼續(xù)圍繞航海，航空，航天，系統(tǒng)地開展實(shí)驗(yàn)研究和發(fā)展實(shí)驗(yàn)設(shè)備，儀器與技術(shù)以外，還發(fā)現(xiàn)了一批新現(xiàn)象，提出了許多新概念，特別是有關(guān)湍流與邊界層的概念，并將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于流體實(shí)驗(yàn)。主要成就進(jìn)一步發(fā)展實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器及顯示與測量技術(shù)；發(fā)現(xiàn)更多的流動新現(xiàn)象；提出邊界層概念并開展這方面的研究；研究典型物體

3、(如圓球、圓柱、平板、流線型物體等)的繞流問題和圓管、渠槽流動；圍繞空、航天的需要研究翼型，機(jī)翼，迴轉(zhuǎn)體與組合體的空氣動力性能；研究流動過渡和湍流現(xiàn)象；驗(yàn)證理論(如NS方程，邊界層概念，積分關(guān)系式等)；在實(shí)驗(yàn)中大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)。5流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)I(，用戶名：gmm)流體力學(xué)基礎(chǔ)知識內(nèi)容提要流體力學(xué)的研究對象流體力學(xué)的研究方法流體力學(xué)的基本概念本課程涉及的流體流動的基礎(chǔ)知識71 流體力學(xué)的研究對象流體液體和氣體具有易流動性，統(tǒng)稱為流體?！氨鵁o常勢，水無常形”，流體不能承受切向力，因而沒有固定形狀。流體力學(xué)力學(xué)的一個(gè)分支，研究流體的運(yùn)動規(guī)律，流體和相鄰 固體的相互作用規(guī)律，并利用這些規(guī)律解決實(shí)際問

4、題。流體力學(xué)的廣泛應(yīng)用 凡有流體處，皆有流體力學(xué)； 沒有流體處，也有流體力學(xué)。82 流體力學(xué)的研究方法流體力學(xué)的研究方法分析方法優(yōu)點(diǎn)：明確給出流動參量變化規(guī)律，普適性好；缺點(diǎn)：數(shù)學(xué)上困難大，能解決的問題極其有限。數(shù)值方法優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算分析法無法求解的問題；缺點(diǎn)：對復(fù)雜而缺乏完善數(shù)學(xué)模型的問題無能為力。實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)點(diǎn)：直接解決生產(chǎn)中的復(fù)雜問題，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，驗(yàn)證分析和計(jì)算的結(jié)果；缺點(diǎn)：普適性差，成本高。93-1 流體的連續(xù)介質(zhì)模型流體由大量流體質(zhì)點(diǎn)（具有一定性質(zhì)的流體微團(tuán)）組成；每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)無間隙、連續(xù)地分布在所占據(jù)的體積中，每一時(shí)刻都有確定的物理參量如壓力、速度、密度、溫度等。描述流體運(yùn)動的宏觀流動參

5、量p、v、等可表示為流體質(zhì)點(diǎn)空間位置x、y、z和時(shí)間t的連續(xù)函數(shù)。流動參量在空間的分布稱為流場，通過分析、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的方法研究其分布規(guī)律。103-2 流體的性質(zhì)可壓縮性流體隨壓力或溫度改變密度或體積的性質(zhì)不可壓縮流體（=常數(shù)）與可壓縮流體（常數(shù))；液體通常近似認(rèn)為不可壓縮氣體可壓縮性的度量：馬赫數(shù) M=v/a ，M0.3 可近似看作不可壓縮。 粘性流體阻抗剪切變形的性質(zhì)兩層流體相對運(yùn)動時(shí)平行于接觸面的阻力稱為內(nèi)摩擦力或粘性力；牛頓粘性定律： 理想流體( 0)與粘性流體或?qū)嶋H流體( 0)； 雷諾數(shù)表征作用于流體質(zhì)點(diǎn)的慣性力和粘性力之比： 113-3 流體流動的分類定常流動和不定常流動以流動是否隨

6、時(shí)間變化來區(qū)分定常流動：流動參量不隨時(shí)間變化；不定常流動：流動參量隨時(shí)間發(fā)生變化。一元流動、二元流動和三元流動以流動隨坐標(biāo)的依賴關(guān)系來區(qū)分一元流動：所有流體質(zhì)點(diǎn)均沿一個(gè)坐標(biāo)方向流動；二元流動：所有流體質(zhì)點(diǎn)均沿平行平面流動，且各平面上軌跡相同；三元流動：流場任一點(diǎn)流速具有X、Y、Z方向分量。 均勻流動和非均勻流動以流動是否隨空間位置變化來區(qū)分均勻流動：流動不隨空間位置變化；非均勻流動：流動隨空間位置發(fā)生變化；非均勻流動又可分為漸變流和急變流，以流速的大小和方向沿程變化的緩急不同而區(qū)分，前者變化緩慢，后者變化急劇。123-4 流體流動的描述跡線、流線和色線跡線：某一流體質(zhì)點(diǎn)在空間不同時(shí)刻的運(yùn)動軌跡

7、，又稱軌線；流線：描述流場中各點(diǎn)在某一瞬時(shí)的速度方向曲線，流線上任一點(diǎn)的切線方向就是該時(shí)刻該點(diǎn)的速度方向；色線：源于一點(diǎn)的很多流體質(zhì)點(diǎn)在同一瞬時(shí)的連線，又稱標(biāo)記線或脈線，可通過流動顯示方法獲得；定常流動時(shí)跡線、流線和色線互相重合，不定常流動時(shí)一般不會重合。流面、流管和流束流面：過空間曲線(非流線)的流線的集合所構(gòu)成的曲面；流管：過空間封閉曲線(非流線)的流線的集合所構(gòu)成的管狀曲面；流束：斷面無限縮小趨于零的流管。流譜圖：一定間隔的流線畫出來構(gòu)成流譜圖。134 本課程涉及的流體流動的基礎(chǔ)知識質(zhì)量守恒連續(xù)性方程能量守恒伯努利方程沿流線單位質(zhì)量（或重量）的流體具有的靜壓能、動能和勢能之和，即總的機(jī)械

8、能守恒，又稱能量方程。14流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)I (，用戶名：gmm)流動顯示32-16內(nèi)容提要從幾個(gè)有關(guān)流動的問題說起什么叫流動顯示常用的流動顯示方法流動顯示的應(yīng)用1632-171 從幾個(gè)有關(guān)流動的問題說起飛機(jī)的機(jī)翼為什么具有向上的升力？鈍體的阻力為什么比流線體的阻力大？大風(fēng)中的電線為什么通常在橫風(fēng)向而不在順風(fēng)向發(fā)生振動？為什么關(guān)于管道阻力的兩個(gè)不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果都正確？泊肅葉（1840）與哈根（1839）測得阻力與速度成正比；達(dá)西（1857）測得阻力與速度的平方成正比。為什么管道截面積變化或改變方向會增大流動阻力？1732-182 什么叫流動顯示使水或空氣的流動變?yōu)槿庋劭梢?，又稱流場顯示或流動可視化。能

9、直觀地觀察各種流動現(xiàn)象，是研究流體運(yùn)動規(guī)律的重要手段。色線：源于一點(diǎn)的很多流體質(zhì)點(diǎn)在同一瞬時(shí)的連線，又稱標(biāo)記線或脈線。色線可通過流動顯示方法獲得。定常流動時(shí)跡線、流線和色線互相重合，不定常流動時(shí)一般不會重合。1832-192 什么叫流動顯示一個(gè)流動顯示的例子繞機(jī)翼的流動 機(jī)翼上表面的流線較密，表明流速大，壓力低；下表面流線較稀疏，流速小，壓力高。機(jī)翼上下表面的壓力差，使機(jī)翼受到向上的合力升力的作用。1932-203 常用的流動顯示方法染色法電化學(xué)法氫泡法空氣泡法煙流法光學(xué)法油膜法 2032-213-1 染色法在水流中引入有色液體或染料來顯示流動。最有名的流動顯示實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)（1883年）213

10、2-223-1 染色法顯示模型表面附近的流動圖案2232-233-2 電化學(xué)法原理含化學(xué)指示劑的顯示液，酸度不同時(shí)顯示不同顏色。配置顯示液到臨界狀態(tài)，剛好呈現(xiàn)酸性；當(dāng)顯示液中插入電極通電時(shí)，水電解使流過負(fù)極附近的顯示液呈現(xiàn)堿性而變色，形成彩色條紋。僅適用于極低速度下流動顯示。常用試劑：百里酚蘭、酚酞、甲基紅等。流譜流線顯示儀結(jié)構(gòu)原理圖2332-243-2 電化學(xué)法 管道 機(jī)翼 圓柱2432-253-3 氫氣泡法利用水電解產(chǎn)生氫氣和氧氣的原理，通過氫氣泡的運(yùn)動來顯示水流流動。陰極鉑金絲垂直于流動方向，置于上游；陽極銅板置于下游。鉑絲越細(xì)，氫泡上浮越小，跟隨性越好。2532-263-3 氫氣泡法不

11、同陰極形狀和電壓，可產(chǎn)生不同的氫氣泡條帶。2632-273-3 氫氣泡法氫泡條帶隨當(dāng)?shù)氐牧魉侔l(fā)生變形，從而反映了當(dāng)?shù)氐乃俣确较蚝退俣却笮〉淖兓Ｓ盟鶞y得的相鄰氫泡條帶的位移除以氫泡脈沖發(fā)生的時(shí)間間隔，就可得到速度值的大小，從而能獲得流動的定量數(shù)據(jù)。用氫泡法顯示的收縮段流動的照片2732-283-3 氫氣泡法2832-293-4 空氣泡法水流中引入適量空氣小氣泡為示蹤介質(zhì)，通過被照亮的小氣泡的運(yùn)動來顯示水流流動。通常只能用于定性演示。自循環(huán)流動演示儀結(jié)構(gòu)原理圖2932-303-4 空氣泡法圓柱橋墩擴(kuò)張管收縮管彎管孔板突擴(kuò)管文丘利管3032-313-5 煙流法通過引入煙流來觀察空氣的流動。圖313

12、132-323-6 小結(jié)以上方法看到的是染色液體、氣泡和煙等外加材料的運(yùn)動。外加材料要有良好跟隨性，才能真正顯示流體運(yùn)動。以上方法僅適用于低速水流或氣流的流動顯示。3232-334 流動顯示的應(yīng)用在教學(xué)上，可以輔助觀察流動現(xiàn)象，認(rèn)識流動規(guī)律，理解基本概念；在科研上，發(fā)現(xiàn)新的流動現(xiàn)象，建立、改進(jìn)和驗(yàn)證理論模型；在工程上，解決實(shí)際問題。3332-344 流動顯示的應(yīng)用例1層流和湍流層流：流體在各平行層中運(yùn)動，流層間沒質(zhì)點(diǎn)摻混。湍流：流體質(zhì)點(diǎn)除向前的運(yùn)動，還有橫向的、不規(guī)則的流動，以及混亂的旋渦運(yùn)動。湍流的流動阻力比層流大得多1883年雷諾發(fā)現(xiàn)圓管流動阻力在下臨界雷諾數(shù)前后發(fā)生很大變化，泊肅葉-哈根

13、和達(dá)西的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同，但都是正確的，緣于對應(yīng)于層流和湍流兩種截然不同的流態(tài)。直線AB段為層流，流動阻力與速度成正比；BC為過渡段；直線CD段為湍流段，流動阻力與速度的1.752次方成正比。 3432-354 流動顯示的應(yīng)用例2附面層實(shí)際流體繞流物體時(shí)，由于粘性作用，在物體壁面附近存在一流體薄層，從壁面上速度為零逐漸增大到外流速度，該流體薄層稱為附面層，又稱邊界層。零攻角平板附面層的形成和發(fā)展（氫泡法） 流動方向從左向右，下圖為局部放大圖3532-364 流動顯示的應(yīng)用例3附面層分離附面層與繞流物體壁面脫離，稱為附面層分離或流動分離，又稱脫體或離體。流動分離往往發(fā)生在物體的尖角處或物體壁面逆壓梯

14、度（壓力沿流動方向遞增）足夠大的區(qū)域。橋墩突擴(kuò)管圓柱擴(kuò)張管3632-374 流動顯示的應(yīng)用例4流線體與鈍體流線體：流體繞流某一物體時(shí)，如基本上不發(fā)生附面層分離（如下圖左1、2），則稱該物體為流線體。流線體一般具有圓頭和長的尖尾。鈍體：如發(fā)生附面層分離（如下圖左37），則稱非流線體，又稱鈍體（通常沒有長的尖尾）。 鈍體背風(fēng)面分離區(qū)壓力低于迎風(fēng)面壓力，由此產(chǎn)生比摩擦力大得多的壓差阻力，造成總阻力增大。迎風(fēng)面積相同情況下，鈍體的阻力比流線體大得多。 氫泡法顯示的垂直平板繞流 氫泡法顯示的機(jī)翼繞流 氫泡法顯示的圓柱繞流3732-384 流動顯示的應(yīng)用例4低速等阻模型（流動方向從坐向右） 下排流線體的表

15、面積和迎風(fēng)面積，比上、中排所列舉的鈍體的表面積和迎風(fēng)面積大得多，但它們的總阻力卻相等。原因在于流線體基本上不發(fā)生流動分離，只存在摩擦阻力，沒有壓差阻力；鈍體的摩擦阻力雖小，但由于流動分離，出現(xiàn)了比摩擦阻力大得多的壓差阻力，使總阻力與流線體相當(dāng)。3832-394 流動顯示的應(yīng)用例5卡門渦街與旋渦脫落誘發(fā)的振動流過圓柱表面的附面層周期性、交替地從兩側(cè)分離脫落，在尾流中生成交叉排列的兩列渦列，稱為卡門渦街。旋渦的交替脫落造成圓柱兩側(cè)瞬時(shí)壓力分布不對稱，使圓柱受到一個(gè)與旋渦脫落頻率相同的交變橫向力作用，若該頻率與圓柱體固有頻率接近將誘發(fā)共振。其它鈍體也會發(fā)生類似的旋渦脫落而誘發(fā)共振。圓柱尾流中的卡門渦

16、街3932-404 流動顯示的應(yīng)用例6管道流動中的局部阻力損失管道截面積或流向變化，引起管道流動中流體的機(jī)械能損失，稱為局部阻力損失。流動顯示可直觀地顯示產(chǎn)生局部阻力損失的機(jī)理，有時(shí)還能比較局部阻力損失的大小。收縮管擴(kuò)張管突擴(kuò)管文丘利管孔板彎管4032-414 流動顯示的應(yīng)用例7實(shí)際（粘性）流體與理想流體實(shí)際流體具有阻抗剪切變形的性質(zhì)，即具有粘性。粘性影響可以忽略的流體稱為理想流體。理想流體的流態(tài)可通過流譜流線顯示儀來模擬。對同樣形狀的被繞流物體和同樣的管截面變化，理想流體和實(shí)際流體的流態(tài)可能截然不同。理想流體圓柱繞流理論結(jié)果理想流體實(shí)際流體理想流體實(shí)際流體4132-424 流動顯示的應(yīng)用例8

17、機(jī)翼的啟動渦4232-434 流動顯示的應(yīng)用例9子彈頭部的激波4332-444 流動顯示的應(yīng)用例10汽車工程中應(yīng)用流動顯示技術(shù)研究繞流汽車的流場，力求提高速度、減阻節(jié)能。4432-454 流動顯示的應(yīng)用例11環(huán)保工程中用染色法或煙線法研究煙囪的煙氣擴(kuò)散規(guī)律，合理選擇煙囪的位置和高度。 4532-46通 知實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)大廳106時(shí)間安排：組號流動顯示雷諾實(shí)驗(yàn)13月15日 13:3014:003月22日 13:3013:5523月22日 13:5514:2033月15日 14:0014:303月22日 14:2014:4543月22日 14:4515:1053月22日 13:3014:003月1

18、5日 13:3013:5563月15日 13:5514:2073月22日 14:0014:303月15日 14:2014:4583月15日 14:4015:1046流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)I(，用戶名：gmm)風(fēng)洞19-48內(nèi)容提要風(fēng)洞和風(fēng)洞試驗(yàn)的基本原理風(fēng)洞試驗(yàn)的廣泛應(yīng)用風(fēng)洞的類別低速風(fēng)洞的結(jié)構(gòu)大氣邊界層風(fēng)洞4819-491 風(fēng)洞和風(fēng)洞試驗(yàn)的基本原理風(fēng)洞：飛行器的搖籃，國家重要的戰(zhàn)略資源。航空器、航天器，包括先進(jìn)的空中武器裝備，比如導(dǎo)彈，比如先進(jìn)的隱身戰(zhàn)斗機(jī)等等，都是需要通過風(fēng)洞，通過空氣動力技術(shù)去設(shè)計(jì)它、試驗(yàn)它，所以美國政府把空氣動力技術(shù)作為僅次于核技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，并且對其他國家采取限制和封鎖。世界各

19、發(fā)達(dá)國家?guī)缀鹾翢o例外的成立了國家級的空氣動力試驗(yàn)研究基地，其中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，就是風(fēng)洞。中國空氣動力研究與發(fā)展中心綿陽中國航天空氣動力技術(shù)研究院北京中國航空工業(yè)空氣動力研究院哈爾濱、沈陽4919-501 風(fēng)洞和風(fēng)洞試驗(yàn)的基本原理風(fēng)洞：在專門設(shè)計(jì)的管道中產(chǎn)生可以控制的人造氣流，進(jìn)行空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備。風(fēng)洞試驗(yàn)的基本原理流動的相對性：氣流以一定速度吹向靜止模型，與模型以同樣速度在靜止空氣中向前運(yùn)動，模型所受氣動力完全相同。流動的相似性：模型與實(shí)物外形幾何相似、來流風(fēng)向角相等且滿足一定的相似準(zhǔn)則，則模型流場和實(shí)物流場相似，便可把模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)換到實(shí)物上去。5019-512 風(fēng)洞試驗(yàn)的廣泛應(yīng)用風(fēng)洞

20、試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)、利用率高；易于控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)；測量方便、安全。風(fēng)洞試驗(yàn)的缺點(diǎn)只能滿足部分相似準(zhǔn)則，不能保證和實(shí)際流場完全相似；洞壁、支架等對流動有干擾，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要修正。風(fēng)洞的功用基礎(chǔ)性試驗(yàn)生產(chǎn)性試驗(yàn)5119-522 風(fēng)洞試驗(yàn)的廣泛應(yīng)用5219-533 風(fēng)洞的類別按實(shí)驗(yàn)段氣流的馬赫數(shù)分類低速風(fēng)洞 Ma0.4亞音速風(fēng)洞 0.4Ma0.8跨音速風(fēng)洞 0.8Ma1.4超音速風(fēng)洞 1.4Ma5.0高超音速風(fēng)洞 5.0Ma55319-543 風(fēng)洞的類別在航空航天領(lǐng)域，低速風(fēng)洞按用途分類二元風(fēng)洞三元風(fēng)洞低紊流度風(fēng)洞變密度風(fēng)洞尾旋風(fēng)洞陣風(fēng)風(fēng)洞自由飛風(fēng)洞結(jié)冰風(fēng)洞垂直-短距起落風(fēng)洞5419-553 風(fēng)洞的類別高超聲

21、速風(fēng)洞5519-563 風(fēng)洞的類別三聲速風(fēng)洞5619-573 風(fēng)洞的類別電弧風(fēng)洞5719-584 低速風(fēng)洞的結(jié)構(gòu)閉口單回流式低速風(fēng)洞1.安定段; 2.蜂窩器; 3 .阻尼網(wǎng); 4.收縮段; 5.模型; 6.天平; 7.試驗(yàn)段; 8.壓力平衡孔;9.擴(kuò)壓段;10.電動機(jī);11.風(fēng)扇;12.反扭導(dǎo)流片;13.整流體;14.回流段;15.拐角;16.導(dǎo)流片.5819-595 大氣邊界層風(fēng)洞在邊界層試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)生模擬大氣邊界層流動的氣流。U/UH 速度剖面和湍流度剖面5919-60復(fù)旦大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的大氣邊界層風(fēng)洞大氣邊界層風(fēng)洞尖塔、格柵和粗糙元布置圖復(fù)旦大學(xué)FD-4大氣邊界層風(fēng)洞外貌6019-61復(fù)

22、旦大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的大氣邊界層風(fēng)洞復(fù)旦大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室FD-4大氣邊界層風(fēng)洞外貌6119-62復(fù)旦大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的大氣邊界層風(fēng)洞復(fù)旦大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室FD-4大氣邊界層風(fēng)洞內(nèi)景6219-63復(fù)旦大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的大氣邊界層風(fēng)洞6319-64復(fù)旦大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的大氣邊界層風(fēng)洞6419-65復(fù)旦大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的大氣邊界層風(fēng)洞65流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)I (，用戶名：gmm)壓力、速度和流量的測量27-67內(nèi)容提要壓力的測量速度的測量流量的測量兩個(gè)實(shí)驗(yàn)6727-681.1 壓力的概念壓力：單位面積上所受到的垂直作用力。單位為帕斯卡（Pa），即N/m2，亦可用液柱高度表示，如mmH2O、 mm

23、Hg，1 mmH2O=9.81Pa。壓力是流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)中最基本的參數(shù)之一壓力是描述流體狀態(tài)及其運(yùn)動的主要參數(shù)之一壓力比其它力學(xué)量更容易測量通過測量壓力可得到速度、流量等其它力學(xué)量壓力的兩種度量基準(zhǔn)表壓：以大氣壓為度量基準(zhǔn)；絕對壓力：以絕對真空為度量基準(zhǔn)。6827-691.2 靜壓、動壓和總壓伯努利方程：理想、定常、不計(jì)重力、不可壓流體沿流線成立靜壓p：流體運(yùn)動時(shí)，垂直作用在與其速度方向相平行的單位面積上的作用力，即作用在流管壁上的壓力?？倝篜0：流動受到滯止，速度降為零時(shí)所具有的壓力，又稱駐點(diǎn)壓力。動壓：總壓和靜壓之差。6927-701.3 感壓元件壓力測量框圖壓力是接觸力，必須有器件與之接觸

24、才能感受所測壓力，這種器件稱為感壓元件。壁面靜壓孔；靜壓管；總壓管。不可能測得幾何上“點(diǎn)”的壓力，只能測得空間某一小區(qū)域內(nèi)壓力的平均值。測壓裝置壓力感壓元件傳壓管道7027-711.3.1 壁面靜壓孔壁面靜壓孔：物體表面開孔，用于測量管壁或繞流物體表面的靜壓?？讖絛太大改變物體形狀，影響當(dāng)?shù)亓鲌?；太小阻塞過大，影響壓力傳遞。孔徑通常在0.51mm之間?？咨頷不宜太小，否則會增加流線的彎曲。一般h/d在310范圍內(nèi)?？湛诠鉂崯o毛刺，不倒角，孔軸和壁面垂直。7127-721.3.2 靜壓管半球或半橢球頭部堵塞的倒L形圓管（低速），距頭部38D處開有靜壓孔，測量空間流場中某點(diǎn)的靜壓。7227-731

25、.3.3 總壓管倒L形圓管，頭部總壓孔口軸線正對氣流方向，要求對氣流方向不敏感。半橢球頭部的總壓管的方向不敏感范圍為-55。7327-741.4 測壓裝置液體式壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、使用方便、人工讀數(shù)；只能用于靜態(tài)壓力測量。壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電量進(jìn)行測量的敏感器件，能與計(jì)算機(jī)相連，由計(jì)算機(jī)自動采集數(shù)據(jù)；除了測量靜態(tài)壓力外，還可以測量動態(tài)壓力；靜態(tài)標(biāo)定仍需要液體式壓力計(jì)。智能型壓力測量儀微機(jī)化的壓力測量儀器，它將壓力傳感器、信號調(diào)節(jié)器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器和存儲器等集于一身，具有測量、記憶、分析計(jì)算和可程控等功能；可通過數(shù)字接口與計(jì)算機(jī)連接。7427-751.4.1 傾斜式微壓計(jì)由儲液

26、杯及與之相通的傾斜角度可作數(shù)檔調(diào)節(jié)的玻璃管組成。大壓力p1 和小壓力p2分別作用于儲液杯和玻璃管的酒精液面上，當(dāng)傾角為時(shí)可以證明所測壓力差為：k為預(yù)先設(shè)置的微壓計(jì)的傾斜系數(shù)，可按量程需要加以選擇，為酒精密度，F(xiàn)、f分別為儲液杯和玻璃管的截面積，l為玻璃管上的酒精液面讀數(shù)。圖4-3b圖4-2 傾斜式微壓計(jì)7527-761.4.2 多管壓力計(jì)由儲液杯和一塊與之相同的放在一塊平板上的多根平行排列玻璃管組成，平板傾角可調(diào)。測量各點(diǎn)壓力與大氣壓之差時(shí)，將儲液杯和一根測管通大氣，有由于毛細(xì)現(xiàn)象會造成各測管初讀數(shù)不一致，需要進(jìn)行修正。7627-771.4.3 式壓力計(jì)式壓力計(jì)是一個(gè)頂部裝有充氣閥的倒置的U形

27、管壓力計(jì)，用于測量水的壓力差。測量時(shí)通過充氣閥加壓或放氣，使兩測管液面處于壓力計(jì)的刻度范圍，讀出兩測管液面高度差，就可算出所測壓力差：7727-782.1 速度的測量速度定義為單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)所通過的路程，難以直接測量。通常采用間接測量方法，即測量某一容易測量的物理量，然后用該物理量與流速的已有物理規(guī)律為基礎(chǔ)計(jì)算流速。測壓法：如風(fēng)速管；熱線風(fēng)速儀：利用對流熱平衡原理來測量流速，即置于流體中的受熱物體，其散熱速度主要取決于流過該物體的流體速度； LDV：利用流體中運(yùn)動微粒引起的光的多普勒頻移來測量流速。直接法： PIV（Particle Image Velocimetry），直接根據(jù)速度定義測

28、量，并可以同時(shí)得到整個(gè)速度場的分布。7827-79PIV測量裝置示意圖7927-802.2 風(fēng)速管結(jié)構(gòu)：由總壓管和靜壓管組成的復(fù)合套管。原理：由伯努利方程實(shí)際計(jì)算公式：風(fēng)速管結(jié)構(gòu)圖8027-812.3 風(fēng)速管測量風(fēng)速的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置密度的計(jì)算公式（M Rec，具體數(shù)值不確定（最高達(dá)50000），取決于實(shí)驗(yàn)條件即流動中的擾動。當(dāng)ReRec時(shí)，流動為湍流；當(dāng)RecReRec時(shí)，兩種流態(tài)都可能存在，一般保持原來的流態(tài)。 雷諾判據(jù)：實(shí)際工程計(jì)算時(shí)按下臨界雷諾數(shù)來劃分流態(tài)，偏于保險(xiǎn)。9635-97雷諾實(shí)驗(yàn) 雷諾數(shù)表征作用于流體質(zhì)點(diǎn)上的慣性力和粘性力之比，即 。Re數(shù)小，表明流體中粘性力的作用大，能夠削弱與

29、消除引起流體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生無序運(yùn)動的擾動，使流體保持平靜的層流狀態(tài)；Re數(shù)大，表明流體中粘性力相對于慣性力較小，慣性力容易使流體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生無序運(yùn)動，而使流動呈現(xiàn)湍流狀態(tài)。 流動從層流向湍流過渡除取決于Re數(shù)外，還取決于流動中存在的擾動。擾動小，則擾動易被流體的粘性所削弱，流動易處于層流狀態(tài)。擾動大，則不易被粘性所削弱，反而使流動更快地進(jìn)入湍流狀態(tài)。但當(dāng)Re數(shù)小于Rec時(shí)，擾動總會被削弱而恢復(fù)層流狀態(tài)。擾動非常小時(shí)，可以在很高的Re數(shù)下流體的粘性也能使流動保持層流狀態(tài)，但這極不穩(wěn)定，這時(shí)只要有一個(gè)微小的擾動加在流體上，粘性就不能克服這一擾動，流動立刻轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌?慣性9735-982.2 圓管流動阻力的

30、分類實(shí)際流體在管道流動中產(chǎn)生的機(jī)械能損失，等于流體流動過程中克服阻力所做的功。沿程阻力：流體沿等截面直管流動時(shí)由于各流體層之間的內(nèi)摩擦所產(chǎn)生的流動阻力。層流狀態(tài)下沿程阻力完全由粘性摩擦而產(chǎn)生；湍流狀態(tài)下沿程阻力一部分由附面層內(nèi)的粘性摩擦造成，但主要由于流體微團(tuán)的遷移和脈動造成。前一項(xiàng)叫做粘性應(yīng)力，后一項(xiàng)叫做湍流剪切應(yīng)力或雷諾應(yīng)力。局部阻力：流體在流動過程中由于流向的改變和截面的變化所產(chǎn)生的流動阻力。當(dāng)流道彎曲，流道截面擴(kuò)大或縮小，流道中設(shè)置的各種物體如流量計(jì)或閥門時(shí)，將產(chǎn)生轉(zhuǎn)向損失、撞擊損失、加速損失和渦流損失而形成局部阻力損失。9835-992.2 圓管流動阻力的分類流動顯示可直觀地顯示產(chǎn)生

31、局部阻力損失的機(jī)理，有時(shí)還能比較局部阻力損失的大小。收縮管擴(kuò)張管突擴(kuò)管文丘利管孔板彎管9935-1003 實(shí)際流體總流的能量方程實(shí)際流體從管道進(jìn)口處某截面（1）至下游另一截面（i）的能量方程式（i=2，3，n）：上式中每一項(xiàng)的量綱都是長度。將能量之間的差異用壓力計(jì)的水位差來表示，在水力學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用比較直觀。：位置水頭； ：壓強(qiáng)水頭； ：速度水頭； ：測壓管水頭； ：總水頭；：從1截面到i截面間的水頭損失。能量方程表明實(shí)際流體沿管道流動方向的勢能、靜壓能和動能之和即總的機(jī)械能遞減。10035-1013 實(shí)際流體總流的能量方程能量方程的物理意義流體沿管道從一個(gè)截面流到另一個(gè)截面過程中，單位重量流體

32、的勢能、靜壓能和動能可以相互轉(zhuǎn)換；但前一截面單位總機(jī)械能應(yīng)等于后一截面單位總機(jī)械能與兩截面間流體的機(jī)械能損失之和。能量損失以熱能形式耗散，與其他三項(xiàng)能量之間的轉(zhuǎn)換則是不可逆的。能量方程的應(yīng)用條件 一元流動； 定常流動； 不可壓縮流體； 質(zhì)量力只有重力； 同一基準(zhǔn)面； 計(jì)算截面是均勻流或漸變流截面。 總水頭的測量 通過與管壁靜壓孔相連的測壓管測得測壓管水頭； 體積法測體積流量，算得平均流速后計(jì)算速度水頭； 總水頭測壓管水頭速度水頭。10135-1024.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證實(shí)際流體總流能量方程，了解截面積變化時(shí)能量的轉(zhuǎn)換特性，及管道均勻段和局部障礙段（管截面變化和轉(zhuǎn)向）對流動阻力的影響；了解文丘利流

33、量計(jì)和彎管流量計(jì)的測量原理、射流真空泵的工作原理；學(xué)習(xí)體積流量和平均流速的測量方法。10235-1034.2 實(shí)驗(yàn)裝置能量方程實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器；2.實(shí)驗(yàn)臺； 3.可控硅無級調(diào)速器；4.溢流板； 5.穩(wěn)水孔板；6.恒壓水箱；7.實(shí)驗(yàn)管道； 8.測壓點(diǎn)1-19； 9. 彎針畢托管； 10.測壓計(jì)； 11.滑動測量尺； 12.測壓管1-19； 13.流量調(diào)節(jié)閥； 14.回水漏斗。10335-1044.2 實(shí)驗(yàn)裝置10435-1054.2 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)管路測壓點(diǎn)分布圖（7個(gè)總壓測點(diǎn)，12個(gè)靜壓測點(diǎn)，總共19點(diǎn)） 其中 1、6、8、12、14、16、18號測點(diǎn)通過安放于管道軸線上的總壓管（畢托

34、管）測取所在點(diǎn)的總水頭，用于總水頭變化的定性觀察。10535-1064.2 實(shí)驗(yàn)裝置 12個(gè)管壁靜壓孔測點(diǎn)分布圖2、3處于均勻流同一斷面但高度不同，11、10處于彎管急變流同一斷面內(nèi)外側(cè)。2、3和10、11用于比較不同的斷面壓力分布規(guī)律。3、4、5、7、9、13、15和17，共9個(gè)測點(diǎn)用于測量測壓管水頭，并計(jì)算總水頭。由這9點(diǎn)數(shù)據(jù)，繪制沿實(shí)驗(yàn)管道的總水頭線和測壓管水頭線。10635-1074.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 開啟調(diào)速器向水箱供水，驅(qū)除實(shí)驗(yàn)管路和測壓管中氣泡，直至出水閥門關(guān)閉時(shí)所有測壓管水面齊平，驗(yàn)證同一靜止液體內(nèi)成立。10735-1084.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 打開出水閥門，觀察總水頭線的變化規(guī)律：總水

35、頭線為下降曲線，下降坡度越大，表明單位流程上的損失越大。1、6兩管的讀數(shù)差小于與6、8兩管的讀數(shù)差，表明漸擴(kuò)段的局部水頭損失顯著大于漸縮段。10835-1094.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、6、8、12、14、16、18管的讀數(shù)遞減，1、6兩管讀數(shù)差小于6、8兩管讀數(shù)差。10935-1104.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 打開出水閥門，觀察測壓管水頭線的變化規(guī)律：測壓管水頭線沿流動方向可降可升，視流速如何變化而定。管截面的減小或增大引起流速增大或減小，分別使測壓管水頭線降低或上升，反映了動能與勢能、靜壓能之間的轉(zhuǎn)化。11035-1114.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3、4、5、7、9、13、15、17、19測壓管水頭有升有降，喉道處7管

36、測壓管水頭最低 粗管處17管測壓管水頭高于兩側(cè)細(xì)管16、18兩管測壓管水頭11135-1124.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 將流量調(diào)到最大，觀察均勻流和急變流斷面上不同的壓力分布規(guī)律：均勻流斷面： 2、3測點(diǎn)處于均勻流同一斷面，位置高度不同，但測壓管水頭讀數(shù)相等：急變流斷面： 11、10分別處于彎管急變流同一斷面內(nèi)外兩側(cè)，受離心慣性力影響，造成外側(cè)測壓管水頭讀數(shù)大于內(nèi)側(cè)讀數(shù)。該斷面不符合能量方程的應(yīng)用條件(4)、(6) 。11235-1134.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均勻流斷面2、3兩管的讀數(shù)相同，急變流斷面外側(cè)10管讀數(shù)大于內(nèi)側(cè)11管讀數(shù)。11335-1144.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 將流量調(diào)到最大，觀察文丘利流量計(jì)和彎管流量

37、計(jì)的測量原理：5、7兩管（代表文丘利流量計(jì)收縮管進(jìn)口和喉道）的讀數(shù)差和10、11兩管（代表彎管流量計(jì)彎管外側(cè)和內(nèi)側(cè)）的讀數(shù)差都隨流量增大而增大，因而可用之于檢測流量；后者增大較小，表明彎管流量計(jì)的靈敏度比文丘利流量計(jì)低。11435-1154.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容5、7兩管的讀數(shù)差和10、11兩管的讀數(shù)差都隨流量增大而增大，但前者的增大大于后者。11535-1164.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 觀察管截面頸縮處的卷吸現(xiàn)象，了解射流真空泵工作原理：調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥使7管的讀數(shù)略低于該測孔高度（使該點(diǎn)壓力低于大氣壓），然后小心拔開其連接導(dǎo)管，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)液體不會流出，反而會把管外空氣吸進(jìn)；繼續(xù)增大流量，卷吸作用更強(qiáng)；觀察完畢，

38、重新接上導(dǎo)管。利用流動的流體在管道截面頸縮處的卷吸作用，這就是射流真空泵的工作原理。11635-1174.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥開度，待流量及各測壓管讀數(shù)穩(wěn)定后，讀取3、4、5、7、9、13、15、17、19測壓管液面讀數(shù)；并用量筒和秒表測量體積流量，讀取采集的液體體積V及采集時(shí)間t。11735-1184.4 數(shù)據(jù)處理表格 V = 1770 ml t = 9.27 s Qv = 191 ml/s測點(diǎn)i管徑(cm)d 測壓管水頭(cm)速度水頭(cm) 總水頭(cm) 3 1.37 33.3 8.6 41.9 4 1.37 32.0 8.6 40.6 5 1.37 30.7 8.6 39.

39、3 7 1.02 8.3 27.8 36.1 9 1.3721.4 8.6 30.0 13 1.3717.9 8.6 26.5 15 1.37 8.5 8.6 17.1 17 2.0012.3 1.914.2 19 1.37 4.0 8.612.611835-1194.5 作圖11935-1204.5 作圖12035-1214.5 作圖12135-1224.5 作圖12235-1234.5 作圖12335-1244.6 小結(jié)測壓管水頭線沿流動方向可降可升，視流速如何變化而定。管截面的減小或增大引起流速增大或減小，分別使測壓管水頭線降低或上升，反映了動能與勢能、靜壓能之間的轉(zhuǎn)化。流速沿程不變時(shí)總

40、水頭線與測壓管水頭線平行 ?？偹^線為下降曲線，下降坡度越大，表明單位流程上的損失越大。12435-1254.6 小結(jié)水頭損失分類沿程阻力損失：流體沿等截面直管流動所產(chǎn)生的能量損失。水平放置的等截面直管道的總水頭線為下降直線，管徑越小，下降坡度越大。沿程阻力損失與管道長度成正比，與管徑成反比。局部阻力損失：流體在流動過程中由于流向的改變和截面的變化所帶來的能量損失（圖中BD、GH、IJ段以及兩段彎道）。漸擴(kuò)段的局部水頭損失顯著大于漸縮段。12535-1264.7 虛擬實(shí)驗(yàn)12635-127通 知實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)大廳106時(shí)間安排：組號時(shí)間1，25月3日 13:3014:153，45月3日 14:

41、1515:005，65月3日 15:0015:457，85月3日 15:4516:30127流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)I (，用戶名：gmm)管道流動(下)(基礎(chǔ)流體實(shí)驗(yàn)第六章 Pg109)26-129“能量方程的驗(yàn)證”主要實(shí)驗(yàn)結(jié)論回顧總水頭線為下降曲線，下降坡度越大，表明單位流程上的損失越大。水頭損失分類：沿程阻力損失：流體沿等截面直管流動所產(chǎn)生的能量損失。水平放置的等截面直管道的總水頭線為下降直線，與管道長度成正比，與管徑成反比。局部阻力損失：流體在流動過程中由于截面積變化和流向改變所帶來的能量損失（圖中BD、GH、IJ段以及兩段彎道）。漸擴(kuò)段的局部水頭損失顯著大于漸縮段。12926-130兩個(gè)問題關(guān)于

42、沿程阻力和局部阻力，前人有哪些定量的理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果？怎樣通過實(shí)驗(yàn)測量方法，定量驗(yàn)證這些結(jié)果？13026-131內(nèi)容提要圓管內(nèi)的速度分布規(guī)律圓管的沿程阻力特性及其測量管道的局部阻力及其測量13126-1321.1 圓管流動的起始段和充分發(fā)展段粘性影響造成的管截面流速的不均勻分布：從壁面上速度為零逐漸增大到軸線上最大速度；這實(shí)際上是從管道入口開始形成于壁面的附面層向管道中心充分發(fā)展的結(jié)果；充分發(fā)展段內(nèi)的速度剖面不再變化。13226-1331.2 層流管流由理論推導(dǎo)可知：（哈根泊肅葉方程）（旋轉(zhuǎn)拋物面型分布）速度分布流量平均速度入口段長度經(jīng)驗(yàn)公式：13326-1341.3 湍流管流流動情況復(fù)雜，

43、只能在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得到半經(jīng)驗(yàn)半理論公式。瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化，脈動速度具有隨機(jī)性，但時(shí)均速度具有確定性可看成定常（以下將時(shí)均速度簡稱為速度）。管內(nèi)速度分布為對數(shù)型曲線，管壁附近出現(xiàn)極大速度梯度，其它區(qū)域速度幾乎為常數(shù)。指數(shù)分布：入口段經(jīng)驗(yàn)公式：lE=2540d ；比層流段入口段短得多。13426-1352.1 沿程阻力和沿程阻力系數(shù)等截面圓管水平放置時(shí),各處高度相同、流速相等，但靜壓遞減，且流速越大，遞減也越大。該靜壓遞減p即沿程阻力損失，與管長和動壓頭成正比，與管徑成反比，即有：其中u為管道的平均速度。稱為沿程阻力系數(shù)(或摩阻系數(shù))，與管壁粗糙度和流動雷諾數(shù)有關(guān)。工程上用損失高度 hf 表示壓力

44、損失，定義為 hf = p / g，沿程阻力可表示為：13526-1362.2 光滑圓管的沿程阻力特性 = (Re)層流段：由層流管道平均速度公式及沿程阻力系數(shù)定義可導(dǎo)得理論值 = 64/Re；過渡段：變化規(guī)律不明顯；湍流段由速度對數(shù)分布規(guī)律公式導(dǎo)得，并對其中常數(shù)按實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正：尼古拉茲經(jīng)驗(yàn)公式：布拉休斯經(jīng)驗(yàn)公式：( Re=3103108 )( 105Re3108)( Re 3.5。彎道中增加導(dǎo)流葉片，三通管道中增加合流板和分流板等。 沒有安裝導(dǎo)流葉片的直角彎頭 =1.1 ， 安裝薄鋼板導(dǎo)流葉片后 =0.4 ， 安裝月牙形導(dǎo)流葉片后 =0.25 。14826-1493.4 局部阻力系數(shù)的測量實(shí)

45、驗(yàn)?zāi)康模簻y定突擴(kuò)圓管的局部阻力系數(shù)，并同包達(dá)定理理論值c比較。實(shí)驗(yàn)裝置（恒壓水箱, 文丘利流量計(jì)，突擴(kuò)圓管模型, 出水閥門等)。14926-1503.4 局部阻力系數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)方案1：用兩臺式壓力計(jì)測量壓力差。第一臺測h1-h2，用于計(jì)算體積流量，并求平均速度；第二臺測h3-h4，用于計(jì)算突擴(kuò)前后的靜壓變化。虛擬實(shí)驗(yàn)15026-1513.4 局部阻力系數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)方案2：用壓力傳感器和計(jì)算機(jī)編程自動采集數(shù)據(jù)并作實(shí)時(shí)處理。15126-1523.4 局部阻力系數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)方案對應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)15226-153通 知實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)大廳106時(shí)間安排：組號沿程阻力局部阻力15月31日 13:3014:206月7日 13:3013:5025月31日 14:2015:106月7日 13:5014:1035月31日 15:1016:006月