流體力學(xué)課程實驗指導(dǎo)書

1、流體力學(xué)實驗超 編寫適用專業(yè)： 環(huán)境工程專業(yè)理工學(xué)院環(huán)境工程系2011年06月、A、刖 百 一、實驗的意義和目的實驗是流體力學(xué)課程的組成部分之一。流體力學(xué)問題是錯綜復(fù)雜 的，其復(fù)雜性在于其影響因素很多。由于人們對流體運動規(guī)律認(rèn)識的 局限性，因此還有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(xué)實驗教學(xué)其目的在于加強(qiáng)學(xué)生對流動現(xiàn)象的感性認(rèn) 識，驗證所學(xué)理論，提高理論分析能力；培養(yǎng)基本實驗進(jìn)呢過，了解 現(xiàn)代量測技術(shù)；培養(yǎng)謹(jǐn)踏實的科學(xué)作風(fēng)。二、實驗須知1、實驗前必須預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)時，應(yīng)仔細(xì)閱讀實驗指導(dǎo)書及有關(guān)的教 材資料，明確實驗的目的、要求和有關(guān)

2、的實驗原理，了解操作步驟和 有關(guān)的儀器設(shè)備，做到心中有數(shù)。2 .肅認(rèn)真的進(jìn)行實驗。到實驗室后，必須保持安靜，不得談笑喧 嘩，不準(zhǔn)碰動與本實驗無關(guān)的設(shè)備。實驗時，應(yīng)按實驗書的要求，全 神貫注地按步驟進(jìn)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(xué)作風(fēng)，實驗時，應(yīng)尊重原始數(shù)據(jù)，不得任意更 改；實驗后，應(yīng)進(jìn)行必要的檢查和補(bǔ)充，經(jīng)指導(dǎo)教師同意后，可離開 實驗室；應(yīng)及時整理實驗數(shù)據(jù)，認(rèn)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。實驗一、流體靜壓強(qiáng)實驗實驗二、平面靜水總壓力實驗實驗三、能量程實驗實驗四、動量程實驗

3、實驗五、沿程水頭損失實驗實驗六、局部水頭損失實驗.頁腳實驗一：靜水壓強(qiáng)實驗實驗學(xué)時：1課時 實驗類型：驗證實驗要求：必修、實驗?zāi)康?、驗證靜止液體中，Z C 0g2、建立液體表面壓強(qiáng)p0 pa , p0 pa的概念，并觀察真空現(xiàn)象。、實驗儀器、實驗原理、法和手段靜水壓強(qiáng)測定及靜水壓強(qiáng)基本程p Po ghZ -p- C(2)gZ -被測點在基準(zhǔn)面以上的位置高度;P-被測點的靜水壓強(qiáng)；Po -水箱中液面的表面壓強(qiáng)； h-被測點的淹沒深度利用等壓面與連通器原理。四、實驗組織運行要求采用分組集中授課形式五、實驗條件(1)P0 Pa(2) Po Pa Po Pa六、實驗步驟1、將調(diào)壓桶放置適當(dāng)高度，打開

4、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(guān)閉排氣閥，調(diào)整調(diào)壓桶位置，使水箱上部 Po Pa ,觀察各測壓管液面 高度變化，并測液面標(biāo)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(guān)閉排氣閥，將調(diào)壓桶降至一 定高度，此時Po Pa,觀察各測壓管的液面變化，并測液面標(biāo)高，重復(fù)兩次。4、講調(diào)壓桶調(diào)至適當(dāng)位置，打開排氣閥，結(jié)束實驗。七、思考題1、同一靜止水的測壓管水頭線是根什么線？2、絕對壓強(qiáng)與相對壓強(qiáng)、真空值的關(guān)系是什么?八、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理實驗條件各測壓管液向標(biāo)圖讀數(shù)(cm)1234561P Pa2P0>

5、;Pa345P0<pa67實驗二：平面靜水總壓力實驗實驗學(xué)時：1課時實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗?zāi)康恼莆战馕龇ㄅc圖解法，測定矩形平面上的靜水總壓力。二、實驗儀器、實驗原理、法和手段作用在平面上的靜水總壓力解析法的計算公式:P PcAPc-形心處壓強(qiáng)A-平面面積由力矩平衡原理：G*Lo F LiF G LoLi四、實驗組織運行要求采用分組集中授課形式五、實驗步驟1、熟悉儀器，記錄整碼到支點的距離 L。、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(jìn)水閥門k,放水進(jìn)入水箱，待水流上升

6、到一定的高度，關(guān)閉 k。5、加整碼到整碼架上，使平衡桿恢復(fù)到水平狀態(tài)。如有微差，則再加水或放水直 至平衡為止。6、記錄整碼質(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力作用點位置、 作用點至支點o的垂直距離Li9、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(yīng)鉛垂平面上的靜水總壓力 P。10、重復(fù)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、將整碼放入盒中，打開放水閥門，將水排凈，實驗結(jié)束六、思考題1、仔細(xì)觀察刀口位置，與扇形體有關(guān)系，并說明為要放在該位置 2、如將扇形體換成正體能否進(jìn)行試驗？為什

7、么？七、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理Lo=, B=? L =實驗不去碼質(zhì)水位受力面壓力作靜壓力力靜水壓力解析法次數(shù)量(mm )積用點位臂(F)計算出(g)(m2)置e(mm )的P(mm )123456實驗三：能量程實驗實驗學(xué)時：1課時實驗類型：驗證.頁腳實驗要求：必修 一、實驗?zāi)康?、觀察恒定流動情況下，有壓管流的能量轉(zhuǎn)換特性，加深能量程物理和幾 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，驗證能量程；二、實驗容驗證能量程實驗三、實驗原理、法和手段能量程（伯努利程）的驗證22PliVlP22v2 uzi - Z2 hwg 2gg 2g四、實驗組織運行要求采用分組集中授課形式1 .潛水泵2.

8、蓄水箱3.溢流管4.給水調(diào)節(jié)閥5.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 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(guān)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(fù)兩次七、思考題1、測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢有不同？2、流量增加，測壓管水頭線有變化？為什么？八、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理量測（Z ）,計入下表g點編號1234體積cm 3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托管123流速水頭Q 1 =(cm 3/s)Q 2

9、=(cm 3/s)Q 3=(cm 3/s)管徑 dA (cm 2)v(cm/s)2.一v /2g (cm)A (cm 2)v(cm/s)2.一v /2g (cm)A (cm 2)v(cm/s)2.一v / 2g (cm)(cm) did2d3d42總水頭(Z -p -v-)g 2g測點編號1234Q(cm 3/s)實驗次序123單位：cm.頁腳.頁腳實驗四：動量程實驗實驗學(xué)時：1課時實驗類型：驗證實驗要求：必修、實驗?zāi)康耐ㄟ^射流對平板的作用力法驗證恒定動量程、實驗容驗證動量程實驗、實驗原理、法和手段取噴嘴出口斷面I I,與平板接觸的H II為控制面，對X軸列動量程:.頁腳FxRxQ(a02v2

10、Xa01v1X式中：Rx 一平板對水流的反作用力；v1X一噴嘴出口平均流速在X軸的投影，即流速；v2X H II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RxM= Rx * L1QvL1式中：L1 水流沖擊點至轉(zhuǎn)軸的距離；d 一噴嘴的徑；v 一噴嘴出口的平均速度。添加整碼得到實測力矩M O :M O G * L2式中：G一整碼重量；L2 整碼作用點到轉(zhuǎn)軸的距離四、實驗組織運行要求采用集中授課形式1.實驗水箱2.控制閥門3.高位水4.低位水5.整碼6.轉(zhuǎn)動軸承7.擋板8.固定插銷9.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(1)在拉鏈端部加重量5

11、0克整碼，然后開啟并調(diào)節(jié)閥門，使平板保持垂直位置,記下整碼位置，用體積法測流量;(2)改變整碼重量，重復(fù)步驟(1)七、思考題反射水流的回射角度若不等于90°,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)處理儀器常數(shù)：d=cm , Li=cm , L?=cmG(N)MoG L2 (N M)W(m3)t(s)Q(m 2/s)v(m/s)Rx Qv (N)M RxLi (N M)M0/M(%)123.頁腳實驗五：沿程水頭損失實驗實驗學(xué)時：1課時實驗類型：驗證實驗要求：必修、實驗?zāi)康? .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(shù)和應(yīng)用壓差計的法

12、；、實驗容驗證沿程水頭損失公式、實驗原理、法和手段由達(dá)西公式hfd 2g.頁腳得沿程阻力系數(shù)其中:對于水平放置的等直徑圓管,2dg hfT2Khfv2dgl由能量程可得:hfPi P2g四、實驗組織運行要求采用集中授課形式五、實驗條件64.穩(wěn)壓罐5.壓差板6.后調(diào)節(jié)閥門9.計量杯10.回水管11.實驗桌7 :; ; d1= mmd2= mm,d3= mm1.水泵2.循環(huán)水箱3.前調(diào)節(jié)閥門7.計量移動管 8.回水箱本裝置有下水箱、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(yīng)將管道、膠管及壓差計的空氣排出,接通電源水泵啟動，全開供水閥，逐次開大流量調(diào)節(jié)

13、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(yīng)掛在水箱中讀數(shù)。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(guān)小，共測10次。七、數(shù)據(jù)記錄與處理常數(shù)K型= l次序體積cm3時問s8M:Qcm 5 /s流速v cm /s水溫C粘度Vcm 2/s雷諾數(shù)Re壓占計cm沿程損失hfcm沿程損失系數(shù)人hih212345678910實驗六：局部水頭損失實驗實驗學(xué)時：1課時實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗?zāi)康?1)掌握管道局部阻力系數(shù)的測定法。(2)通過

14、對圓管突擴(kuò)局部阻力系數(shù)的包達(dá)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(jī)理的理解；二、實驗容驗證局部水頭損失公式三、實驗原理、法和手段圖1突擴(kuò)突縮的局部水頭損失測壓管段寫出局部阻力前后兩斷面的能量程根據(jù)推導(dǎo)條件，扣除沿程水頭損失可得：1）突然擴(kuò)大采用三點法計算，A為突擴(kuò)點。下式中hfi-2由hf2-3按流長比例換算得出。22P1V1P2 V2 hj Z1 Z2 hf1 2g 2gg 2ghj2V2g突然擴(kuò)大管 理論公式'（1 A）2A22）突然縮小采用四點法計算，下式中B點為突縮點，hf3 B由hf2 3換算得出，hfB4由hf4 5 換算得出。實測_2_ _2_hjZ3P3/V3/2ghf3 bZ4P4/V4/2g hfB42-hj/U4 /2g突然縮小管理論公式0.5（1 &）A2四、實驗組織運行要求采用集中授課形式 五、實驗條件圖2實驗儀器簡圖1.水有I 2.蓄水箱3.溢流管4.進(jìn)水閥門5.有機(jī)玻璃上水箱 6.水堰板7.溢流板8.突擴(kuò)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(1)測記實驗有關(guān)常數(shù)。(2)打開水泵，排出實驗管道中滯留氣體及測壓