流体力学实验黄 勇 赵庆贤 环境与安全工程学院实验一实验一 流体静力学实验流体静力学实验 一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的 1 1、测测定定静静止止液液体体内内部部某某点点的的静静水水压压强强，加加深深对对流流体静力学基本方程式的理解。体静力学基本方程式的理解。 2 2、理理解解位位置置水水头头、压压强强高高度度及及测测压压管管水水头头的的基基本本概概念念，并并观观察察静静水水中中任任意意两两点点测测压压管管水水头头静静水水头头为为常数常数现象。现象。 3 3、建建立立液液体体表表面面压压强强的的概概念念，搞搞清清楚楚绝绝对对压压强强、相对压强、表压强及真空度等概念。相对压强、表压强及真空度等概念。 4 4、了了解解在在压压强强相相同同的的条条件件下下不不同同容容重重的的液液体体具具有有不同压强高度值不同压强高度值。二、实验装置二、实验装置二、实验装置二、实验装置 流体静力学实验仪：主要由调压筒、贮液容器、流体静力学实验仪：主要由调压筒、贮液容器、U U型管压差计、通气阀等组成。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、实验步骤三、实验步骤 1 1、熟悉装置，掌握测量过程和操作方法；、熟悉装置，掌握测量过程和操作方法； 2 2、检检查查装装置置的的气气密密性性，调调节节平平衡衡，读读取取A A、B B点点标高标高Z ZA A、Z ZB B； 3 3、打打开开气气阀阀，此此时时P P0 0= =P Pa a，平平衡衡后后，关关闭闭气气阀阀，提提升升调调压压筒筒，使使P P0 0 P Pa a，待待稳稳定定后后，读读取取各各压压差差计计液液面读数记入表面读数记入表1 1中。中。 4 4、保保持持P P0 0 P Pa a的的条条件件，缓缓慢慢提提升升调调压压筒筒，改改变变容容器中压力，重复测量器中压力，重复测量3 3次。次。 5 5、打打开开气气阀阀，待待平平衡衡后后，关关闭闭气气阀阀，下下调调调调压压筒筒，使使P P0 0P Pa a ，调节三次记录各压差计读数于表，调节三次记录各压差计读数于表1 1中。中。四、数据记录及计算表格四、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型管压差之间关系如何，为什么？一、实验目的一、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) 。实验二实验二 雷诺实验雷诺实验二、实验原理二、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：Re2000为层流，Re为2300为紊流。 三、实验装置三、实验装置1. 1.水水泵泵；2. 2.蓄蓄水水箱箱；3. 3.上上水水阀阀；4. 4.溢溢流流管管；5. 5.高高位位水水箱箱；6. 6.色色液液调调节节阀阀；7. 7.色色液液瓶瓶；8. 8.测测压压板板；9. 9.雷雷诺诺实实验验管管；10.10.流流量量调调节节阀阀；11.11.出出水水口口；12.12.计量水箱；计量水箱；13.13.放水阀放水阀图图2-1 2-1 雷诺实验装置雷诺实验装置四、实验内容及步骤四、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五、数据记录及计算项目表 雷诺实验管段内径：雷诺实验管段内径： mm mm 水温：水温： 水的运动粘度：水的运动粘度： mm2 2/s /s 计量水箱截面积：计量水箱截面积： cmcm2 2表表2-1 2-1 数据记录表数据记录表 六、注意事项六、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、思考题七、思考题 1、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？实验三实验三 能量方程实验能量方程实验一、实验目的一、实验目的 1 1、加加深深对对总总水水头头、测测压压管管水水头头、水水头头损损失失等等概概念的理解。念的理解。 2 2、观观察察流流体体流流经经能能量量方方程程试试验验管管时时能能量量的的转转化化情情况况，对对实实验验中中出出现现的的现现象象进进行行分分析析，加加深深对对能能量量方方程式的理解。程式的理解。 3 3、测测定定水水流流各各项项水水头头和和水水头头损损失失，绘绘制制测测压压管管水水头线和总水头线。头线和总水头线。 4 4、掌掌握握一一种种测测量量流流体体流流速速的的方方法法，熟熟悉悉毕毕托托管管测测流速的原理。流速的原理。二、实验原理二、实验原理 1 1、对于理想流体的流动，有、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、实验步骤三、实验步骤 1 1、熟悉装置，看懂流程，了解实验的大体过程。、熟悉装置，看懂流程，了解实验的大体过程。 2 2、关关闭闭所所有有阀阀门门，启启动动水水泵泵，缓缓慢慢开开启启上上水水阀阀门门，使上位水箱保持恒定液位，溢流管中有一定量的溢流。使上位水箱保持恒定液位，溢流管中有一定量的溢流。 3 3、开开启启能能量量方方程程管管进进口口阀阀门门（即即流流量量调调节节阀阀）及及下下游游各各阀阀门门，使使水水流流流流过过能能量量方方程程试试验验段段。对对试试验验管管段段及及各各断断面面处处的的测测压压管管进进行行排排气气调调整整，并并注注意意随随时时调调整整上水阀门上水阀门使高位水箱液位保持恒定使高位水箱液位保持恒定。 4 4、测测定定流流量量，记记录录各各测测量量断断面面测测管管的的高高度度，填填入入表表中。中。 5 5、改改变变阀阀门门开开度度，调调节节流流量量，测测定定几几组组流流量量和和水水头头高度，填入表中。高度，填入表中。 6 6、关闭，停泵。、关闭，停泵。四、注意事项四、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五、数据记录及计算项目表表3-1 数据记录表六、思考题六、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。实验四实验四 沿程阻力实验沿程阻力实验一、实验目的一、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。二、实验原理二、实验原理 1 1、沿程水头损失与流速的关系、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，所以因实验管段水平，且为均匀流动，所以 由此得由此得 即管路两点的沿程水头损失等于测压管水头差。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。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、实验装置三、实验装置 管道阻力实验装置如图所示：图图4-1 管道阻力实验装置管道阻力实验装置四、实验步骤四、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、数据记录计算表格五、数据记录计算表格表4-1 数据记录表六、思考题六、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. 1.陈陈卓卓如如. .工工程程流流体体力力学学（第第二二版版）M.M.北北京京：高高等等教育出版社教育出版社. 2019.1. 2019.1.2. 2.丁丁祖祖荣荣. .流流体体力力学学M.M.北北京京：高高等等教教育育出出版版社社.2019.12.2019.12.