工程流體力學實驗

重慶大學學生實驗報告實驗課程名稱流體力學實驗開課實驗室流體力學實驗室學院年級專業(yè)班_學生姓名學號開課時間2011至2012學年第二學期總成績教師簽名

流體力學》實驗報告開課實驗室：2012年3月27日學院年級、專業(yè)、班姓名成績課程名稱流體力學實驗實驗項名稱流體靜力學實驗指導教師教師評語教師簽名：年月曰一、實驗目的1、驗證靜力學的基本方程。2、學會使用測壓管與U形測壓計的量測技能。3、理解絕對壓強與相對壓強及毛細管現(xiàn)象。4、靈活應用靜力學的基本知識進行實際工程量測。二、實驗原理重力作用下不可壓縮流體靜力學基本方程為：Pg式中：z為單位重量液體的位能，也稱位置水頭；p/pg為單位重量液體的壓能，也稱壓強水頭。如果自由表面壓強p0與當?shù)卮髿鈮簆^E強相等時，液體內(nèi)任一點相對壓強可表示為：式中：h為液體自由表面下任一點液體深度。裝置如左圖所示：1-測壓管；2-帶標尺測壓管；3-連通管；4-真空測壓管；5-U型測壓管；6-通氣閥；7-加壓打氣球；8-截止閥；9-油柱；10-水柱；11-減壓放水閥。三、使用儀器、材料流體靜力學實驗儀、燒杯、漏斗、水、煤油。四、實驗步驟1、記錄參數(shù)：測點標高V2.1cm1、記錄參數(shù)：測點標高V2.1cmV—2.9cmV-5.9cmb=基準面選在：自由液面，測點位能Z=aa=c=2.1cmZ=—2.9cmZb<.9cm水容重：Y水容重：Y=9.807X10-3N/cm32、步驟(1)po二0,測V0打開通氣閥,VH是水箱液面與大氣相通,此時po(1)po二0,測V0打開通氣閥,VH是水箱液面與大氣相通,此時po=0,測水箱液面高程Vo,測壓管液面高程匕（此時V=V）0Hp>0，共加壓3次，每次測定V00p<0，共減壓3次，每次測定V003、油容重的測定：(2)（累計加壓）（累計加壓）（1）測計h，共測三次V10關閉通氣閥，大氣加壓,VH，計算hi=|V0-VH1使U型管內(nèi)水面與油水界面齊平，測V，計算h=|V-V|H20H關閉通氣閥，打開放水閥，慢慢防水，直至U型管內(nèi)水面與油面齊平,⑵測計h2，共測三次匕關閉放水閥，測計算h。2液面條件序號水箱液面▽0測壓管2液面▽2壓強水頭測壓管水頭pa/Y=▽-▽2apb/Y=▽-▽2bpc/Y=▽-▽2cZa+Ypa/Zb+Pb/丫Zc+p/ycP=0019.079.076.9711.9714.979.079.079.0719.0510.958.8513.8516.8510.9510.9610.95P>0029.0514.1912.0917.0920.0914.1914.1914.1939.0221.3019.2024.2027.2021.321.321.319.058.356.2511.2514.258.358.358.35P<0029.027.605.5010.5013.508.358.358.3539.005.803.708.7011.705.85.85.8五、實驗過程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、計算等）表1.1流體靜壓強測量記錄表單位：cm表1.2油容重測量記錄表單位：cm條件序號水箱液面▽0測壓管液面▽2|▽-▽|20|▽-▽20丨的平均值Y廠(N/cm3)P>0且0u型管中水面與油水交界面齊平19.0014.725.72h1=5.70Y=0.008234s(N/cm3)29.0114.705.6939.0014.705.70P<0且0U型管中水面與油水交界面齊平19.017.901.11h2=1.0929.007.921.0839.017.921.09計算：以水箱液面為基準面。由公式：Z+p/Y可以計算出各點的壓強水頭，結(jié)果如表。由公式：Y=Y，又Y=0.009807N/cm3。由公式：YS

六、實驗結(jié)果及分析實驗結(jié)果：a,b,c各點的測壓管水頭在誤差允許范圍內(nèi)相等，從而靜力學基本方程得到驗證。分析及討論：1?為避免毛細現(xiàn)象的影響，在測壓管的讀數(shù)上如何減少誤差？答：用同一個測壓管讀數(shù)，則毛細現(xiàn)象的影響相同，且讀數(shù)時，視線保持水平，將液面凹處最低點對應尺標讀數(shù)。2?靜止流體中，不同斷面測壓管水頭線如何變化？答：在p0一定的情況下，不同斷面測壓管水頭均相同。3?根據(jù)等壓面原理，找出幾個等壓面。答：1,2測壓管的液面，U型測壓管的水柱的液面與盛水密閉容器的液面是等壓面。當，p>0求出p絕對壓強與相對壓強；當p<0,求出p的相對壓強、絕對壓強和真空值。0000答：p>0時，相對壓強p=Y(▽-▽)，絕對壓強p二pa(大氣壓強)+p;0200p<0時，相對壓強p=Y(▽-▽)，真空值pv=Y(▽-▽)，絕對壓強p=pa(大氣壓強)-pv。020020

流體力學》實驗報告開課實驗室：2012年4月10日學院年級、專業(yè)、班姓成名績課程名稱流體力學實驗實驗項目名稱不可壓縮流體恒定流動的能量方程實驗指導教師教師評語教師簽名：年月曰―、實驗目的1、掌握均勻流的壓強分布規(guī)律以及非均勻流的壓強分布特點；2、驗證不可壓縮流體恒定流動中各種能量間的相互轉(zhuǎn)換；3、學會使用測壓管與測速管測量壓強水頭、流速水頭與總水頭；4、理解畢托管測速原理。二、實驗原理流線為平行線的流動為均勻流，流線不平行的流動為非均勻流。對于恒定均勻流，元流上流體流速沿程不產(chǎn)生變化，無加速度產(chǎn)生。非均勻流相反，元流上流通流速不斷變化，有加速度產(chǎn)生，由此引起的慣性力不容忽略。根據(jù)流線變化是否強烈，非均勻流又分為急變流與突變流，近似平行時，稱漸變流；流線變化劇烈時稱急變流。均勻流、非均勻流上的壓強分布規(guī)律各自不同。由于漸變流流線變化較緩并近似平行，通常近似按均勻流處理。均勻流、漸變流同一斷面的壓強分布規(guī)律滿足如下的計算公式：Z+ptPg=c但是非均勻流同一斷面的壓強不滿足此式，也不能用能量方程求解，它根據(jù)流線彎曲方向不同而不同。當其慣性力與重力出現(xiàn)疊加時壓強增大，這種情況出現(xiàn)在流體流動的凹岸；當慣性力與重力出現(xiàn)削減時壓強減少，它出現(xiàn)再流體流動的凸岸，因此，凹岸壓強大，凸岸壓強小。實際流體在流動過程中除遵循質(zhì)量守恒原理外，必須遵循動量定理，質(zhì)量守恒原理在一維總流中的應用為總流的連續(xù)性方程，動能定理在一維總流中的應用為能量方程。如下所示=Q2=叫召=衍為%*—佻*訥隹=E八％fpg*認心*雖心實際流體中，總水頭線始終沿程降低，實驗中可以從測速管的液面相對于基準面的高度讀出。測壓管水頭等于總水頭減其流速水頭。Z+p/Pg=H-a卩/2g,斷面平均流速用總水頭減去該斷面的測壓管水頭得到：aJ/2g=H-(z+p"g).

三、使用儀器、材料自循環(huán)供水器、恒壓水箱、溢流板、穩(wěn)水孔板、可控硅無級調(diào)速器、實驗管道、流量調(diào)節(jié)閥、接水閥、接水盒、回水管測壓計。四、實驗步驟1、熟悉實驗儀器，分清普通測壓管和測速管及兩者功能上的區(qū)別。2、打開電源，啟動供水系統(tǒng)，水箱供水至溢流，排凈實驗管道內(nèi)的空氣后關閉流量調(diào)節(jié)閥。檢查所有的測壓管液面是否齊平，若不平需查明原因并排除氣體。3、全開流量調(diào)節(jié)閥，使測壓管19液面盡可能接近標尺零點，待流動穩(wěn)定后記錄測壓管與測速管液面讀數(shù)，同步定時測量時段流出水體的體積，并計算流量2至3次取平均。4、逐級調(diào)劑流量調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)節(jié)流量，待流動穩(wěn)定后，測讀測壓管與測速管頁面讀數(shù)，按與步驟3相同的方法同步測量流量。改變流量調(diào)節(jié)閥的開度，測取3組不同的流量，計入表。5、實驗完畢后，先關閉流量調(diào)節(jié)閥，檢查所有的測壓管頁面是否齊平，若不表明實驗有故障,應排除故障重新實驗。確認無誤后關閉電源，將儀器回復到實驗前狀態(tài)。6、比較均勻流與非均勻流斷面的測壓管水頭值。7、分析計算各斷面的流速水頭、測壓管水頭與總水頭，從而計算沿程水頭損失與局部水頭損失，并比較突然擴大與突然縮小的測壓管水頭及其水頭損失。8、在均勻流斷面上，推求測速管處的流速，將測試與計算成果列于表中。水箱面高程呼0=47.60cm直徑￡=1_4O3Hd2=1_01cm=Z.0tt3H實驗裝置圖:五、實驗過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計算等)測點液面讀數(shù)于斷面能量轉(zhuǎn)換的測算表單位：cm測點管徑d位置水頭Z壓強水頭p/y流速水頭測壓管水頭z+p/y總水頭H測壓管水頭差△(z+p/y)水頭損失h=-=11.402046.70021.402018.0006.20838.00044.20831.402017.9006.20837.90044.1080.1000.10041.402017.4006.20837.40043.6080.5000.50051.402016.6706.20836.67042.8780.7300.73061.0120-5.30030.05014.70044.75021.97071.0120-5.30022.91014.70037.6180.0007.13281.4020-4.950&85015.05023.900-0.35091.4020-4.9506.20815.05021.2580.0002.642101.4019-3.7006.20815.30021.508-0.250111.4019-9.4506.2089.55015.7580.0005.750121.40101.85010.65011.85022.500-2.300131.40101.8506.20811.85018.0580.0004.442141.4006.9007.8006.90014.7004.950151.4006.9006.2086.90013.1080.0001.592162.0009.6002.4009.60012.000-2.700172.0009.6006.2089.60015.8080.000-3.808181.4003.5007.5003.50011.0006.100191.4003.5006.2083.5009.7080.0001.292畢托管測速計算表編號6812141618備注測速管讀數(shù)44.7523.922.514.71211測壓管讀數(shù)14.715.0511.856.99.63.5點流速u(cm/s)7.754.214.623.952.193.87六、實驗結(jié)果及分析實驗數(shù)據(jù)分析與計算（一）實驗結(jié)果從最下方圖可以看出，均勻流同一斷面上兩個測點2,3的測壓管水頭值2>3,非均勻流斷面上的兩個測點10,11的測壓管水頭值10>11。（二）誤差分析實驗開始時未檢查各測壓管液面是否齊平，易產(chǎn)生誤差測水頭線時俯視或仰視讀數(shù)，造成誤差測流量時，流動不穩(wěn)定，存在誤差分析與討論均勻流斷面測壓管水頭、壓強分布與非均勻流斷面測壓管水頭與壓強分布是否相同？答：分布不相同。均勻流斷面如12-13斷面，其測壓管水頭與壓強水頭分布均勻，而非均勻流斷面如10-11斷面，其測壓管水頭與壓強水頭11均小于10的數(shù)值。實際流體測壓管水頭可否沿程升高？總水頭沿程變化如何？各部分能量如何進行轉(zhuǎn)換？答：可以，當位置水頭不變，但是管徑增大，如14-15截面至16-17截面，其壓強水頭增加，則測壓管水頭增加?？偹^沿程減小，原因是由于有摩擦力造成的沿程損失及急變流產(chǎn)生的渦流造成的局部損失，轉(zhuǎn)化為流體的內(nèi)能。3?流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？答：有如下二個變化：（1）流量增加，測壓管水頭線（P-P）總降落趨勢更顯著。這是因為測壓管水頭，任一斷面起始時的總水頭E及管道過流斷面面積A為定值時,￡三+巴Q增大，"就增大，則「必減小。而且隨流量的增加阻力損失亦增大，管道任一過水斷面上的總水頭E水頭E相應減小，故’的減小更加顯著。（2）測壓管水頭線（P-P）的起落變化更為顯著。因為對于兩個不同直徑的相應過水斷面有2W,=A(Z+-)=2W,=A(Z+-)=Y=d+<-式中為兩個斷面之間的損失系數(shù)。管中水流為紊流時，接近于常數(shù)，又管道斷面為定值，故Q增大,H亦增大，（P-P）線的起落變化就更為顯著。4.如何利用現(xiàn)有的測壓管與測速管測量某點的點流速？答：利用測速管測出總壓p',利用測壓管測出該點的靜壓p,再利用伯努利方程得=旦比托管測定的流速是否準確？原因何在？答：不完全準確。一來讀數(shù)時有誤差，二來同一截面內(nèi)速度分布不均勻，各點速度均不相同。沿程水頭損失與局部水頭損失如何測定？答：局部水頭損失通過急變流變截面前的均勻流斷面與變截面后的均勻流斷面間的總水頭損失來確定。沿程損失通過一個緩變流段的兩端截面的總水頭損失來確定。流體力學》實驗報告開課實驗室：2012年4月28日學院年級、專業(yè)、班姓名成績課程名稱流體力學實驗實驗項名稱局部水頭損失實驗指導教師教師評語教師簽名：年月曰一、實驗目的1、掌握三點法、四點法測量局部水頭損失與局部阻力系數(shù)的技能；2、驗證圓管突然擴大局部阻力系數(shù)公式及突然縮小局部阻力系數(shù)經(jīng)驗公式；3、加深對局部水頭損失機理的理解。二、實驗原理由于流動邊界急劇變化所產(chǎn)生的阻力稱局部阻力，克服局部阻力引起的水頭損失稱局部損失。為滿足工程需要，使斷面形狀、面積大小和流動方向改變，從而流動邊界產(chǎn)生各種各樣的突變，這些突變甚至還可能是它們的某幾種變化的綜合型式。從內(nèi)部機理上，局部阻力或是由于邊界面積大小變化引起的邊界層分離現(xiàn)象產(chǎn)生，或是流動方向改變時形成的螺旋流動造成，或者兩者都存在造成的局部阻力，因此，很難用一個公式表示。通常，局部水頭損失用局部阻力系數(shù)了和流速水頭的乘積表示，即念=少皿覺大多數(shù)的局部阻力系數(shù)了只能通過實驗測定，不同的邊界形狀局部阻力系數(shù)了不同，只有少數(shù)局部阻力系數(shù)可以用理論分析得出。突然擴大，實測：hje=[(Zi+pi/Y)+vi2/2g]-[(Z2+p2/Y)+v22/2g]+hfi-2g=980cm/s2hfi-2=1/2hf2-3ge=hj(y22g)理論：ge'=(1-AI/A2)2氣'瓷Wi2/2g)突然縮小，實測：hjs=[(Z4+p4/Y)+v42/2g]-[(Z5+p5/Y)+v52/2g]-(hf4-B+hfB-5)hf4-B=i/2hf3-4hfB-5=hf5-6苧hjs/"化)經(jīng)驗：g'=1/2(1-A5/A3)h.'=g，(v52/2gSjSS5三、使用儀器、材料局部水頭損失實驗儀由自循環(huán)供水器（循環(huán)水泵）、實驗臺、無極調(diào)速器、水箱、溢流板

穩(wěn)水孔板、突然擴大與突然縮小實驗管道、測壓管、流量調(diào)節(jié)閥、接水盒、回水盒等組成。四、實驗步驟1、通水排氣，啟動水泵，全開調(diào)節(jié)閥，待實驗管道中空氣排凈后，關閉調(diào)節(jié)閥；2、校核測壓計。各管液面穩(wěn)定后，任意兩管液面高差不超過1mm即可；3、測流量Q（用重量法測Q,接水）和各管液面高程h~h，連續(xù)測5次。第一次，全開調(diào)節(jié)閥（16注意，第六管液面要能讀數(shù)），測Q和h~h，以后每次都是在前一次的基礎上，關小調(diào)節(jié)閥，使16第六管的液面上升1.5cm左右，測Q和h~h；164、校核測壓計，同2。否則，重新測試；5、填寫參數(shù)、填表；五、實驗過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計算等)表7.1測試數(shù)據(jù)記錄表序號體積V/cm3時間t/s流量Q/(cm3/s)測壓管讀數(shù)1234561138013106.15415.5019.3019.0518.904.052.552134813103.69216.3019.9519.5519.505.203.503133813102.92316.8020.3520.0520.006.204.60412901399.23117.6021.0020.1520.107.255.75512641397.23118.0521.4021.0020.958.106.65計算：由公式：1、突然擴大，實測：hje=[(Z]+P]/Y)+V]2/2g]-[(Z2+p2/Y)+v22/2g]+hfi-2g=980cm/s2hf1-2=1/2hf2-3疔hje/(V12/2g)理論：』=(1亠少2)2he'春(V12/2g)2、突然縮小，實測：hjs=[(Z4+p4/Y)+v42/2g]-[(Z5+p5/Y)+v52/2g]-(hf4_B+hfB_5)hf4-B=1/2hf3-4人咲=hf5-點孑％化2創(chuàng))

經(jīng)驗：「1/2(I-A5/A3)hjs'飛'(V52/2g)表7.2實驗數(shù)據(jù)計算表單位：cm局部阻力系數(shù)序號流量Q//-S|■.■前斷面后斷面—前后斷面實測沿程水頭損失上.宀-實測局部水頭損失.詔匕實測局部阻力系數(shù)理論局部水頭損失1i—3?牯總水頭H3?牯總水頭H突然擴大1106.15410.97426.4740.70020.0000.1256.3490.5796.1302103.69210.47126.7760.66820.6180.2005.9530.5695.8533102.92310.31627.1160.65821.0080.1505.9580.5785.767499.2319.58927.1890.61221.6120.4255.1520.5375.360597.2319.20627.2560.58821.9880.2005.0680.5515.148突然縮小1106.1540.70019.60010.10214.1521.5253.9230.2773.4452103.6