流體力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)超 編寫(xiě)適用專(zhuān)業(yè)： 環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)理工學(xué)院環(huán)境工程系2011年06月、A、刖 百 一、實(shí)驗(yàn)的意義和目的實(shí)驗(yàn)是流體力學(xué)課程的組成部分之一。流體力學(xué)問(wèn)題是錯(cuò)綜復(fù)雜 的，其復(fù)雜性在于其影響因素很多。由于人們對(duì)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律認(rèn)識(shí)的 局限性，因此還有多問(wèn)題并非由理論分析就能解決，往往有賴于實(shí)驗(yàn)； 在某些場(chǎng)合，實(shí)驗(yàn)已成為解決問(wèn)題的主要途徑。通過(guò)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)其目的在于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)流動(dòng)現(xiàn)象的感性認(rèn) 識(shí)，驗(yàn)證所學(xué)理論，提高理論分析能力；培養(yǎng)基本實(shí)驗(yàn)進(jìn)呢過(guò)，了解 現(xiàn)代量測(cè)技術(shù)；培養(yǎng)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)作風(fēng)。二、實(shí)驗(yàn)須知1、實(shí)驗(yàn)前必須預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及有關(guān)的教 材資料，明確實(shí)驗(yàn)的目的、要求和有關(guān)

2、的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。到實(shí)驗(yàn)室后，必須保持安靜，不得談笑喧 嘩，不準(zhǔn)碰動(dòng)與本實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的設(shè)備。實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按實(shí)驗(yàn)書(shū)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(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，多思考分析 問(wèn)題，及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)。3 .保持良好的科學(xué)作風(fēng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)尊重原始數(shù)據(jù)，不得任意更 改；實(shí)驗(yàn)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(kāi) 實(shí)驗(yàn)室；應(yīng)及時(shí)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，認(rèn)真編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于時(shí)間倉(cāng)促，水平有限，書(shū)中的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，懇切希 望讀者批評(píng)指正。實(shí)驗(yàn)一、流體靜壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二、平面靜水總壓力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三、能量程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四、動(dòng)量程實(shí)驗(yàn)

3、實(shí)驗(yàn)五、沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六、局部水頭損失實(shí)驗(yàn).頁(yè)腳實(shí)驗(yàn)一：靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí) 實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)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(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、法和手段靜水壓強(qiáng)測(cè)定及靜水壓強(qiáng)基本程p Po ghZ -p- C(2)gZ -被測(cè)點(diǎn)在基準(zhǔn)面以上的位置高度;P-被測(cè)點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)；Po -水箱中液面的表面壓強(qiáng)； h-被測(cè)點(diǎn)的淹沒(méi)深度利用等壓面與連通器原理。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用分組集中授課形式五、實(shí)驗(yàn)條件(1)P0 Pa(2) Po Pa Po Pa六、實(shí)驗(yàn)步驟1、將調(diào)壓桶放置適當(dāng)高度，打開(kāi)

4、排氣閥，使水箱中的液面與大氣相通，待測(cè) 壓管水位穩(wěn)定后，觀察各壓差計(jì)的液面位置，驗(yàn)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(cè)壓管液面 高度變化，并測(cè)液面標(biāo)高，繼續(xù)提高調(diào)壓桶，再做兩次。3、打開(kāi)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(shí)Po Pa,觀察各測(cè)壓管的液面變化，并測(cè)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(kāi)排氣閥，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。七、思考題1、同一靜止水的測(cè)壓管水頭線是根什么線？2、絕對(duì)壓強(qiáng)與相對(duì)壓強(qiáng)、真空值的關(guān)系是什么?八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)條件各測(cè)壓管液向標(biāo)圖讀數(shù)(cm)1234561P Pa2P0>

5、;Pa345P0<pa67實(shí)驗(yàn)二：平面靜水總壓力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战馕龇ㄅc圖解法，測(cè)定矩形平面上的靜水總壓力。二、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、法和手段作用在平面上的靜水總壓力解析法的計(jì)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(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用分組集中授課形式五、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉儀器，記錄整碼到支點(diǎn)的距離 L。、扇形體寬度B、扇形體底部到支 點(diǎn)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(kāi)進(jìn)水閥門(mén)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(shí)記錄水位刻度數(shù)。7、計(jì)算受力面積A8、利用圖解法計(jì)算靜水總壓力作用點(diǎn)位置、 作用點(diǎn)至支點(diǎn)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(shí)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(kāi)放水閥門(mén)，將水排凈，實(shí)驗(yàn)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(shuō)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(yàn)？為什

7、么？七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理Lo=, B=? L =實(shí)驗(yàn)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(diǎn)位臂(F)計(jì)算出(g)(m2)置e(mm )的P(mm )123456實(shí)驗(yàn)三：能量程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證.頁(yè)腳實(shí)驗(yàn)要求：必修 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察恒定流動(dòng)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(cè)定并繪制管道的測(cè)壓管水頭線及總水頭線，驗(yàn)證能量程；二、實(shí)驗(yàn)容驗(yàn)證能量程實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理、法和手段能量程（伯努利程）的驗(yàn)證22PliVlP22v2 uzi - Z2 hwg 2gg 2g四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)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(shí)驗(yàn)管9.測(cè)壓管10.調(diào)節(jié)閥11.活動(dòng)計(jì)量管12.回水箱13.計(jì)量杯14.回水管15.實(shí)驗(yàn)桌 六、實(shí)驗(yàn)步驟1、開(kāi)動(dòng)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(cè)壓管與畢托管的液面是否持平，3、打開(kāi)尾閥K,量測(cè)測(cè)壓管與畢托管水頭。繼續(xù)打開(kāi)尾閥K,重復(fù)兩次七、思考題1、測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有不同？2、流量增加，測(cè)壓管水頭線有變化？為什么？八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理量測(cè)（Z ）,計(jì)入下表g點(diǎn)編號(hào)1234體積cm 3時(shí)間s測(cè)壓管畢托管測(cè)壓管畢托管測(cè)壓管畢托管測(cè)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(cè)點(diǎn)編號(hào)1234Q(cm 3/s)實(shí)驗(yàn)次序123單位：cm.頁(yè)腳.頁(yè)腳實(shí)驗(yàn)四：動(dòng)量程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)射流對(duì)平板的作用力法驗(yàn)證恒定動(dòng)量程、實(shí)驗(yàn)容驗(yàn)證動(dòng)量程實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)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(duì)X軸列動(dòng)量程:.頁(yè)腳FxRxQ(a02v2

10、Xa01v1X式中：Rx 一平板對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)軸計(jì)算力矩M求得RxM= Rx * L1QvL1式中：L1 水流沖擊點(diǎn)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(shí)測(cè)力矩M O :M O G * L2式中：G一整碼重量；L2 整碼作用點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用集中授課形式1.實(shí)驗(yàn)水箱2.控制閥門(mén)3.高位水4.低位水5.整碼6.轉(zhuǎn)動(dòng)軸承7.擋板8.固定插銷(xiāo)9.水平儀10.噴嘴11.水泵12.水箱13.擋水板14.實(shí)驗(yàn)臺(tái)支架六、實(shí)驗(yàn)步驟(1)在拉鏈端部加重量5

11、0克整碼，然后開(kāi)啟并調(diào)節(jié)閥門(mén)，使平板保持垂直位置,記下整碼位置，用體積法測(cè)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(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生什么影響?八、實(shí)驗(yàn)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(yè)腳實(shí)驗(yàn)五：沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修、實(shí)驗(yàn)?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(cè)技術(shù)和應(yīng)用壓差計(jì)的法

12、；、實(shí)驗(yàn)容驗(yàn)證沿程水頭損失公式、實(shí)驗(yàn)原理、法和手段由達(dá)西公式hfd 2g.頁(yè)腳得沿程阻力系數(shù)其中:對(duì)于水平放置的等直徑圓管,2dg hfT2Khfv2dgl由能量程可得:hfPi P2g四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用集中授課形式五、實(shí)驗(yàn)條件64.穩(wěn)壓罐5.壓差板6.后調(diào)節(jié)閥門(mén)9.計(jì)量杯10.回水管11.實(shí)驗(yàn)桌7 :; ; d1= mmd2= mm,d3= mm1.水泵2.循環(huán)水箱3.前調(diào)節(jié)閥門(mén)7.計(jì)量移動(dòng)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(shí)驗(yàn)管道、流量調(diào)節(jié)閥,計(jì)量水杯、回水管、壓差計(jì)等組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將管道、膠管及壓差計(jì)的空氣排出,接通電源水泵啟動(dòng)，全開(kāi)供水閥，逐次開(kāi)大流量調(diào)節(jié)

13、閥，每次調(diào)節(jié)流量時(shí)，均需穩(wěn)定2-3分鐘，流量愈小，穩(wěn)定時(shí)間愈長(zhǎng)；測(cè)流量時(shí)間 不小于8-10秒；測(cè)流量的同時(shí)，需測(cè)記壓差計(jì)、溫度計(jì)應(yīng)掛在水箱中讀數(shù)。六、實(shí)驗(yàn)步驟1 .開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥門(mén)，測(cè)讀測(cè)壓計(jì)水面差；2 .用體積法測(cè)量流量，并計(jì)算出平均流速;3 .調(diào)節(jié)閥門(mén)逐次由大關(guān)小，共測(cè)10次。七、數(shù)據(jù)記錄與處理常數(shù)K型= l次序體積cm3時(shí)問(wèn)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(jì)cm沿程損失hfcm沿程損失系數(shù)人hih212345678910實(shí)驗(yàn)六：局部水頭損失實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握管道局部阻力系數(shù)的測(cè)定法。(2)通過(guò)

14、對(duì)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(yàn)公式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析，熟悉用理論分析法和經(jīng)驗(yàn)法建立函數(shù)式的途徑；(3)加深對(duì)局部阻力損失機(jī)理的理解；二、實(shí)驗(yàn)容驗(yàn)證局部水頭損失公式三、實(shí)驗(yàn)原理、法和手段圖1突擴(kuò)突縮的局部水頭損失測(cè)壓管段寫(xiě)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(diǎn)法計(jì)算，A為突擴(kuò)點(diǎn)。下式中hfi-2由hf2-3按流長(zhǎng)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(diǎn)法計(jì)算，下式中B點(diǎn)為突縮點(diǎn)，hf3 B由hf2 3換算得出，hfB4由hf4 5 換算得出。實(shí)測(cè)_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(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用集中授課形式 五、實(shí)驗(yàn)條件圖2實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)圖1.水有I 2.蓄水箱3.溢流管4.進(jìn)水閥門(mén)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(cè)試 管9.測(cè)壓板10.閥門(mén)阻力測(cè)試管11.測(cè)壓板12.活動(dòng)管13.回水箱14.計(jì)量杯15.回水管16.實(shí)驗(yàn)桌六、實(shí)驗(yàn)步驟(1)測(cè)記實(shí)驗(yàn)有關(guān)常數(shù)。(2)打開(kāi)水泵，排出實(shí)驗(yàn)管道中滯留氣體及測(cè)壓