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1、流体力学实验,黄 勇 赵庆贤 环境与安全工程学院,实验一 流体静力学实验,一、实验目的 1、测定静止液体内部某点的静水压强，加深对流体静力学基本方程式的理解。2、理解位置水头、压强高度及测压管水头的基本概念，并观察静水中任意两点测压管水头静水头为常数现象。3、建立液体表面压强的概念，搞清楚绝对压强、相对压强、表压强及真空度等概念。4、了解在压强相同的条件下不同容重的液体具有不同压强高度值。,二、实验装置 流体静力学实验仪：主要由调压筒、贮液容器、U型管压差计、通气阀等组成。,图1-1 流体静力学实验仪示意图,三、实验步骤,1、熟悉装置，掌握测量过程和操作方法；2、检查装置的气密性，调节平衡，读
2、取A、B点标高ZA、ZB；3、打开气阀，此时P0=Pa，平衡后，关闭气阀，提升调压筒，使P0Pa，待稳定后，读取各压差计液面读数记入表1中。4、保持P0Pa的条件，缓慢提升调压筒，改变容器中压力，重复测量3次。5、打开气阀，待平衡后，关闭气阀，下调调压筒，使P0Pa，调节三次记录各压差计读数于表1中。,四、数据记录及计算表格,表1-1 原始数据记录表,五、注意事项,1、移动调节筒要缓慢平稳。2、读数要仔细准确。3、压力调节的差距尽量拉大，合理策化实验方案。,六、思考题,1、如何检验装置的气密性？2、在实验过程中，欲使容器中的压强为最大应如何进行操作？3、调压筒与贮液容器两液面间压差和各U型管压
3、差之间关系如何，为什么？,一、实验目的,1、观察流体流动的两种状态层流、紊流；2、观察流体在不同流动状态下质点的运动规律，并测定其雷诺数(Re)，了解流态和Re的关系；3、测定流体在圆管中流动时的临界雷诺数(Recr)。,实验二 雷诺实验,二、实验原理,1、流体流动的状态 a.层流：流速低、流动慢、流体质点平行、不互相混杂、层次分明，颜色水呈直线。b.紊流：流速大、流动快、流体质点作复杂紊乱的无规则运动。颜色水线破碎、完全与水混合。c.处于两种状态之间为过渡流，颜色水线曲折、脉动、断续。,2、流态的鉴别及雷诺数的测定 判别流体流动状态的准数雷诺数Re 或 一般情况下，对于圆管中的液体：Re20
4、00为层流，Re为2300为紊流。,三、实验装置,1.水泵；2.蓄水箱；3.上水阀；4.溢流管；5.高位水箱；6.色液调节阀；7.色液瓶；8.测压板；9.雷诺实验管；10.流量调节阀；11.出水口；12.计量水箱；13.放水阀图2-1 雷诺实验装置,四、实验内容及步骤,1、关闭所有阀门，启动水泵。打开上水阀，使恒流水箱充满水。2、缓慢开启雷诺试验管段的出口调节阀门并打开下游各阀门，使圆管中水在较低流速下稳定流动。3、微启色液调节阀，使颜色水以微小流束在玻璃管中呈直线流动，测定流量，计算Re，保持颜色水直线状态，再调节测定次流量。,4、逐渐开大出水阀，观察水从层流到紊流的过度过程及质点的变化，并
5、在这种过渡状态下测定两次流量。5、继续开大阀门到紊流状态。颜色水与水流完全混合，看不出颜色水线的迹象，测定两次流量，计算Re。6、再缓慢平稳地把阀门逐渐关小，测定从紊流到层流过渡时的临界流量。7、关闭颜色水阀，停泵，结束实验。,五、数据记录及计算项目表,雷诺实验管段内径：mm 水温：水的运动粘度：m2/s 计量水箱截面积：cm2表2-1 数据记录表,六、注意事项,1、实验中要经常观察水箱恒流情况，保证高位水箱的液位恒定。2、阀门调节要缓慢平稳，尤其在过渡状态时尽量避免设备融碰及振动。3、在流量从最小逐渐到最大，或从最大到最小的调节过程中，阀门只允许往一个方向旋转，中间不得逆转。,七、思考题,1
6、、从层流到紊流与从紊流到层流所测得的雷诺数是否相同？为什么？2、如果实验装置不变，改用其他液体为流动介质，或改变管径，其临界雷诺数是否改变？为什么？,实验三 能量方程实验,一、实验目的 1、加深对总水头、测压管水头、水头损失等概念的理解。2、观察流体流经能量方程试验管时能量的转化情况，对实验中出现的现象进行分析，加深对能量方程式的理解。3、测定水流各项水头和水头损失，绘制测压管水头线和总水头线。4、掌握一种测量流体流速的方法，熟悉毕托管测流速的原理。,二、实验原理,1、对于理想流体的流动，有：,流体的总机械能保持不变，总水头线是一条水平直线。2、对于实际流体，由于流体的粘滞性和水流紊动，一定会
7、产生水头损失。所以，粘性流体总流的伯努利方程为：,三、实验步骤,1、熟悉装置，看懂流程，了解实验的大体过程。2、关闭所有阀门，启动水泵，缓慢开启上水阀门，使上位水箱保持恒定液位，溢流管中有一定量的溢流。3、开启能量方程管进口阀门（即流量调节阀）及下游各阀门，使水流流过能量方程试验段。对试验管段及各断面处的测压管进行排气调整，并注意随时调整上水阀门使高位水箱液位保持恒定。4、测定流量，记录各测量断面测管的高度，填入表中。5、改变阀门开度，调节流量，测定几组流量和水头高度，填入表中。6、关闭，停泵。,四、注意事项,1、实验过程中，要经常观察高位水箱的恒流情况，随时调整上水阀门，保证液位恒定。2、测
8、压管中液位要适中，方便读数。3、流量调节要缓慢平稳，测点并尽量拉开。4、备好记录纸，分工明确，读数仔细准确。,五、数据记录及计算项目表,表3-1 数据记录表,六、思考题,1、为什么实际流体的总水头线是沿流向逐渐降低的？2、在调节流量时，沿能量方程试验段，请问哪根测管内的液面变动最大，试分析原因？3、根据能量转换关系，并结合实验结果，绘制某一流量下能量方程管段的测压管水头线和总水头线。,实验四 沿程阻力实验,一、实验目的 1、研究稳定状态下均匀流动时压力管中水流沿程阻力的变化规律。2、管道阻力的类型和计算方法，了解阻力系数在不同的流态，不同雷诺数下的变化情况。3、学会测定管道沿程阻力系数的方法。
9、,二、实验原理,1、沿程水头损失与流速的关系 对沿程阻力两测点的断面列伯努利方程 因实验管段水平，且为均匀流动，所以 由此得 即管路两点的沿程水头损失等于测压管水头差。由此式求得沿程水头损失，同时根据实测流量计算平均流速，将所得和数据绘在对数坐标纸上，就可确定沿程水头损失与平均流速的关系。,2、沿程阻力系数的测定 由上面的分析可以得到：由达西公式：用体积法测得流量，并计算出断面平均流速，即可求得沿程阻力系数：,三、实验装置,管道阻力实验装置如图所示：,图4-1 管道阻力实验装置,四、实验步骤,1、熟悉装置、原理、流程。2、调整流程，检查压差计，排气、调平衡。3、调节尾阀，待管道流量稳定后，测定流量，记下压差计读数。流量可通过磅秤、水桶、秒表，求出体积流量。4、改变尾阀的开度，调节流量，共测量10次，记录压差，测定流量。,五、数据记录计算表格,表4-1 数据记录表,六、思考题,1、在测定管道的沿程阻力系数时，对测量段前后管道有何要求，为什么？2、压差计中的读数是否随着实验管道的倾斜放置而发生变化？为什么？,参考文献,1.陈卓如.工程流体力学（第二版）M.北京：高等教育出版社.2004.1.2.丁祖荣.流体力学M.北京：高等教育出版社.2003.12.,
