1、流體力學實驗說明1、 每個班5人一組，每組選做2個實驗；2、 實驗地點：東二樓老樓一樓流體力學實驗室（進大門左手邊）；3、4、 實驗完成后第八周由各班班長將實驗報告上交至張維處。（實驗報告中只需寫做過的兩個試驗）工 程 流 體 力 學 實 驗指 導 書 與 報 告 班級：_ 姓名：_華 中 科 技 大 學 船 海 學 院性 能 實 驗 室(一) 不可壓縮流體恒定流能量方程(伯諾里方程)實驗 一、實驗目的要求 1驗證流體恒定總流的能量方程； 2通過對動水力學諸多水力現象的實驗分析研討，進一步掌握有壓管流中動水力學的能量轉換特性；3掌握流速、流量、壓強等動水力學水力要素的實驗量測技能。 二、實驗裝

2、置 本實驗的裝置如圖21所示。說明本儀器測壓管有兩種： 1畢托管測壓管(表21中標*的測壓管)，用以測讀畢托管探頭對準點的總水頭，須注意一般下H與斷面總水頭不同(因一般)，它的水頭線只能定性表示總水頭變化趨勢； 2普通測壓管(表21未標*者)，用以定量量測測壓管水頭。實驗流量用閥13 調節，流量由體積時間法(量筒、秒表另備)、重量時間法(電子稱另備)或電測法測量(以下實驗類同)。 三、實驗原理 在實驗管路中沿管內水流方向取n個過水斷面。可以列出進口斷面(1)至另一斷面(i)的能量方程式(i=2，3，n)取，選好基準面，從已設置的各斷面的測壓管中讀出值，測出通過管路的流量，即可計算出斷面平均流速

3、及，從而即可得到各斷面測管水頭和總水頭。 四、實驗方法與步驟 1熟悉實驗設備，分清哪些測管是普通測壓管，哪些是畢托管測壓管，以及兩者功能的區別。 2打開開關供水，使水箱充水，待水箱溢流，檢查調節閥關閉后所有測壓管水面是否齊平。如不平則需查明故障原因(例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等)并加以排除，直至調平。 3打開閥13，觀察思考 1)測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢；2)位置水頭、壓強水頭之間的相互關系；3)測點(2)、(3)測管水頭同否?為什么? 4)測點(12)、(13)測管水頭是否不同?為什么? 5)當流量增加或減少時測管水頭如何變化? 4調節閥13開度，待流量穩定后，測記各測壓管液面讀數，

4、同時測記實驗流量(畢托管供演示用，不必測記讀數)。 5改變流量2次，重復上述測量。其中一次閥門開度大到使19號測管液面接近標尺零點。 五、實驗成果及要求 1記錄有關常數均勻段D1= cm 縮管段D2= cm 擴管段D3= cm水箱液面高程 cm 上管道軸線高程 cm實驗裝置臺號No_表2.1 管徑記錄表測點編號1*23456*78*9101112*1314*1516*1718*19管徑cm兩點間距cm4466413.5610291616注：(1)測點6、7所在斷面內徑為D2，測點16、17為D3，余均為D1。 (2)標“*”者為畢托管測點(測點編號見圖22)。 (3)測點2、3為直管均勻流段同

5、一斷面上的兩個測壓點，10、11為彎管非均勻流段同一斷面上的兩個測點。2量測()并記人表2.2表2.2 測記()數值表 (基準面選在標尺的零點上) 單位：cm測點編號234579101113151719QCm3/s實驗次序123 3計算流速水頭和總水頭。 4繪制上述成果中最大流量下的總水頭線EE和測壓管水頭線PP(軸向尺寸參見圖2.2，總水頭線和測壓管水頭線可以繪在圖2.2上)。 提示： 1PP線依表22數據繪制，其中測點10、11、13數據不用； 2EE線依表23(2)數據繪制，其中測點10、11數據不用； 3在等直徑管段EE與PP線平行。圖2.2六、成果分析及討論 1測壓管水頭線和總水頭線

6、的變化趨勢有何不同?為什么? 2流量增加，測壓管水頭線有何變化?為什么? 3測點2、3和測點10、11的測壓管讀數分別說明了什么問題?4試問避免喉管(測點7)處形成真空有哪幾種技術措施?分析改變作用水頭(如抬高或降低水箱的水位)對喉管壓強的影響情況。 5畢托管所顯示的總水頭線與實測繪制的總水頭線一般都略有差異，試分析其原因。表2.3 計算數值表(1) 流速水頭管徑d(cm)Q= (cm3/s)Q= (cm3/s)Q= (cm3/s)A(cm2)v(cm/s)(cm)A(cm2)v(cm/s)(cm)A(cm2)v(cm/s)(cm)(2) 總水頭() 單位：cm測點編號Q(cm3/s)實驗次序

7、123(二)不可壓縮流體恒定流動量定律實驗 一、實驗目的要求 1驗證不可壓縮流體恒定流的動量方程； 2. 通過對動量與流速、流量、出射角度、動量矩等因素間相關性的分析研討，進一步掌握流體動力學的動量守恒定理； 3了解活塞式動量定律實驗儀原理、構造，進一步啟發與培養創造性思維的能力。 二、實驗裝置本實驗的裝置如圖31所示。 自循環供水裝置1由離心式水泵和蓄水箱組合而成。水泵的開啟、流量大小的調節均由調速器3控制。水流經供水管供給恒壓水箱5，溢流水經回水管流回蓄水箱。流經管嘴6的水流形成射流，沖擊帶活塞和翼片的抗沖平板9，并以與入射角成90o的方向離開抗沖平板。抗沖平板在射流沖力和測壓管8中的水壓

8、力作用下處于平衡狀態。活塞形心水深hc可由測壓管8測得，由此可求得射流的沖力，即動量力F。沖擊后的棄水經集水箱7匯集后，再經上回水管10流出，最后經漏斗和下回水管流回蓄水箱。 為了自動調節測壓管內的水位，以使帶活塞的平板受力平衡并減小摩擦阻力對活塞的影響，本實驗裝置應用了自動控制的反饋原理和動摩擦減阻技術，其構造如下：帶活塞和翼片的抗沖平板9和帶活塞套的測壓管8如圖3.2所示，該圖是活塞退出活塞套時的分部件示意圖。活塞中心設有一細導水管a，進口端位于平板中心，出口端伸出活塞頭部，出口方向與軸向垂直。在平板上設有翼片b，活塞套上設有窄槽c。 圖3.2 圖3.3 工作時，在射流沖擊力作用下，水流經

9、導水管a向測壓管內加水。當射流沖擊力大于測壓管內水柱對活塞的壓力時，活塞內移，窄槽c關小，水流外溢減少，使測壓管內水位升高，水壓力增大。反之，活塞外移，窄槽開大，水流外溢增多，測管內水位降低，水壓力減小。在恒定射流沖擊下，經短時段的自動調整，即可達到射流沖擊力和水壓力的平衡狀態。這時活塞處在半進半出、窄槽部分開啟的位置上，過a流進測壓管的水量和過c外溢的水量相等。由于平板上設有翼片b，在水流沖擊下，平板帶動活塞旋轉，因而克服了活塞在沿軸向滑移時的靜摩擦力。 為驗證本裝置的靈敏度，只要在實驗中的恒定流受力平衡狀態下，人為地增減測壓管中的液位高度，可發現即使改變量不足總液柱高度的±5(約

10、0.5lmm)，活塞在旋轉下亦能有效地克服動摩擦力而作軸向位移，開大或減小窄槽c，使過高的水位降低或過低的水位提高，恢復到原來的平衡狀態。這表明該裝置的靈敏度高達0.5，亦即活塞軸向動摩擦力不足總動量力的5。 三、實驗原理 恒定總流動量方程為取脫離體如圖3.3所示，因滑動摩擦阻力水平分力，可忽略不計，故x方向的動量方程化為即 式中： 作用在活塞形心處的水深； D活塞的直徑； Q射流流量； 射流的速度； 動量修正系數。 實驗中，在平衡狀態下，只要測得流量Q和活塞形心水深hc，由給定的管嘴直徑d和活塞直徑D，代入上式，便可率定射流的動量修正系數值，并驗證動量定律。其中，測壓管的標尺零點已固毫在活塞

11、的園心處，因此液面標尺讀數，即為作用在活塞園心處的水深。 四、實驗方法與步驟 1準備 熟悉實驗裝置各部分名稱、結構特征、作用性能，記錄有關常數。 2開啟水泵 打開調速器開關，水泵啟動23分鐘后，關閉23秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內滯留的空氣。 3調整測壓管位置 待恒壓水箱滿頂溢流后，松開測壓管固定螺絲，調整方位，要求測壓管垂直、螺絲對準十字中心，使活塞轉動松快。然后旋轉螺絲固定好。 4測讀水位 標尺的零點已固定在活塞園心的高程上。當測壓管內液面穩定后，記下測壓管內液面的標尺讀數，即hc值。 5測量流量 用體積法或重量法測流量時，每次時間要求大于20秒，若用電測儀測流量時，則須在儀器量程范圍

12、內。均需重復測三次再取均值。 6改變水頭重復實驗 逐次打開不同高度上的溢水孔蓋，改變管嘴的作用水頭。調節調速器，使溢流量適中，待水頭穩定后，按35步驟重復進行實驗。 7驗證對的影響 取下平板活塞，使水流沖擊到活塞套內，調整好位置，使反射水流的回射角度一致，記錄回射角度的目估值、測壓管作用水深hc和管嘴作用水頭Ho。五、實驗成果及要求1記錄有關常數。 實驗裝置臺號NO_管嘴內徑d= cm，活塞直徑D= cm。2設計實驗參數記錄、計算表，并填入實測數據。3取某一流量，繪出脫離體圖，闡明分析計算的過程。 六、實驗分析與討論 1實測(平均動量修正系數)與公認值()符合與否？如不符合，試分析原因。 2帶

13、翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對分析射流沖擊無翼片的平板沿x方向的動量方程有無影響?為什么? 3若通過細導水管的分流，其出流角度與相同，對以上受力分析有無影響？ 4滑動摩擦力為什么可以忽略不計?試用實驗來分析驗證的大小，記錄觀察結果。(提示：平衡時，向測壓管內加入或取出1mm左右深的水量，觀察活塞及液位的變化)。 5若不為零，會對實驗結果帶來什么影響？試結合實驗步驟7的結果予以說明。測次體積V時間T管嘴作用水頭Ho活塞作用水頭Hc流量Q流速v動量力F動量修正系數123(三)畢托管測速實驗 一、實驗目的和要求 1通過對管嘴淹沒出流點流速及點流速系數的測量，掌握用畢托管測量點流速的技能； 2.

14、 了解普朗特型畢托管的構造和適用性，并檢驗其量測精度，進一步明確傳統流體力學量測儀器的現實作用。 二、實驗裝置 本實驗的裝置如圖41所示。圖41 畢托管買驗裝置圖 1自循環供水器； 2實驗臺； 3可控硅無級調速器； 4水位調節閥； 5恒壓水箱； 6管嘴； 7畢托管； 8尾水箱與導軌； 9測壓管； 10測壓計； 11滑動測量尺(滑尺)； 12上回水管。 說明 經淹沒管嘴6，將高低水箱水位差的位能轉換成動能，并用畢托管測出其點流速值。測壓計10的測壓管1、2用以測量高、低水箱位置水頭，測壓管3、4用以測量畢托管的全壓水頭和靜壓水頭。水位調節閥4用以改變測點的流速大小。三、實驗原理 (4.1)式中

15、u畢托管測點處的點流速； c畢托管的校正系數； 畢托管全壓水頭與靜水壓頭差。 (4.2)聯立求解上兩式可得 (4.3)式中 u測點處流速，由畢托管測定； 測點流速系數； H管嘴的作用水頭。 四、實驗方法與步驟 1準備 (a)熟悉實驗裝置各部分名稱、作用性能，搞清構造特征、實驗原理。(b)用醫塑管將上、下游水箱的測點分別與測壓計中的測管1、2相連通。(c)將畢托管對準管嘴，距離管嘴出口處約23cm，上緊固定螺絲。 2開啟水泵 順時針打開調速器開關3，將流量調節到最大。 3排氣 待上、下游溢流后，用吸氣球(如醫用洗耳球)放在測壓管口部抽吸，排除畢托管及各連通管中的氣體，用靜水匣罩住畢托管，可檢查測

16、壓計液面是否齊平，液面不齊平可能是空氣沒有排盡，必須重新排氣。 4測記各有關常數和實驗參數，填入實驗表格。 5改變流速 操作調節閥4并相應調節調速器3，使溢流量適中，共可獲得三個不同恒定水位與相應的不同流速。改變流速后，按上述方法重復測量。 6完成下述實驗項目： (1)分別沿垂向和沿流向改變測點的位置，觀察管嘴淹沒射流的流速分布； (2)在有壓管道測量中，管道直徑相對畢托管的直徑在610倍以內時，誤差在25以上，不宜使用。試將畢托管頭部伸入到管嘴中，予以驗證。 7實驗結束時，按上述3的方法檢查畢托管比壓計是否齊平。 五、實驗成果及要求實驗裝置臺號No_表4.1 記錄計算表 校正系數c= ，k=

17、 cm0.5/s實驗次序上、下游水位差(cm)畢托管水頭差(cm)測點流速(cm/s)測點流速系數h1h2Hh3h4h六、實驗分析與討論1利用測壓管測量點壓強時，為什么要排氣?怎樣檢驗排凈與否？2畢托管的壓頭差h和管嘴上、下游水位差H之間的大小關系怎樣?為什么？3所測的流速系數說明了什么？4據激光測速儀檢測，距孔口23cm軸心處，其點流速系數為0996，試問本實驗的畢托管精度如何？如何率定畢托管的校正系數c？5普朗特畢托管的測速范圍為0.22m/s，流速過小過大都不宜采用，為什么？另，測速時要求探頭對正水流方向(軸向安裝偏差不大于10度)，試說明其原因(低流速可用傾斜壓差計)。6為什么在光、聲

18、、電技術高度發展的今天，仍然常用畢托管這一傳統的流體測速儀器？（四）雷諾實驗一、實驗目的要求1觀察層流、紊流的流態及其轉換特征；2測定臨界雷諾數，掌握圓管流態判別準則；3學習古典流體力學中應用無量綱參數進行實驗研究的方法，并了解其實用意義。二、實驗裝置本實驗的裝置如圖51所示。 圖51 自循環雷諾實驗裝置圖 1自循環供水器； 2實驗臺； 3可控硅無級調速器； 4恒壓水箱； 5有色水水管； 6穩水孔板； 7溢流板； 8實驗管道； 9實驗流量調節閥。 供水流量由無級調速器調控使恒壓水箱4始終保持微溢流的程度，以提高進口前水體穩定度。本恒壓水箱還設有多道穩水隔板，可使穩水時間縮短到35分鐘。有色水經

19、有色水水管5注入實驗管道8，可據有色水散開與否判別流態。為防止自循環水污染，有色指示水采用自行消色的專用色水。 三、實驗原理四、實驗方法與步驟1. 測記本實驗的有關常數。2. 觀察兩種流態。打開開關3使水箱充水至溢流水位，經穩定后，微微開啟調節閥9，并注入顏色水于實驗管內，使顏色水流成一直線。通過顏色水質點的運動觀察管內水流的層流流態，然后逐步開大調節閥，通過顏色水直線的變化觀察層流轉變到紊流的水力特征，待管中出現完全紊流后，再逐步關小調節閥，觀察由紊流轉變為層流的水力特征。 3. 測定下臨界雷諾數。 (1) 將調節閥打開，使管中呈完全紊流，再逐步關小調節閥使流量減小。當流量調節到使顏色水在全

20、管呈現出一穩定直線時，即為下臨界狀態； (2) 待管中出現臨界狀態時，用體積法或電測法測定流量； (3) 根據所測流量計算下臨界雷諾數，并與公認值(2320)比較，偏離過大，需重測； (4) 重新打開調節閥，使其形成完全紊流，按照上述步驟重復測量不少于三次； (5) 同時用水箱中的溫度計測記水溫，從而求得水的運動粘度。注意：a、 每調節閥門一次，均需等待穩定幾分鐘；b、 關小閥門過程中，只許漸小，不許開大；c、 隨出水流量減小，應適當調小開關（右旋），以減小溢流量引發的擾動。4. 測定上臨界雷諾數。逐漸開啟調節閥，使管中水流由層流過渡到紊流，當色水線剛開始散開時，即為上臨界狀態，測定上臨界雷諾

21、數l2次。五、實驗成果及要求1記錄、計算有關常數： 管徑d= cm， 水溫 t 運動粘度 v= 計算常數 K= 2整理、記錄計算表表51實驗次序顏色水線形態水體積V()時間T(s)流量雷諾數閥門開度增()或減（)備注實測下臨界雷諾數(平均值) 注：顏色水形態指：穩定直線，穩定略彎曲，直線擺動，直線抖動，斷續，完全散開等 六、買驗分析與討論 1流態判據為何采用無量綱參數，而不采用臨界流速? 2為何認為上臨界雷諾數無實際意義，而采用下臨界雷諾數作為層流與紊流的判據?實測下臨界雷諾數為多少? 3雷諾實驗得出的園管流動下臨界雷諾數為2320，而目前有些教科書中介紹采用的下臨界雷諾數是2000，原因何在

22、? 4試結合紊動機理實驗的觀察，分析由層流過渡到紊流的機理何在? 5分析層流和紊流在運動學特性和動力學特性方面各有何差異?（五）局部阻力損失實驗一、實驗目的要求 1掌握三點法、四點法量測局部阻力系數的技能； 2通過對圓管突擴局部阻力系數的包達公式和突縮局部阻力系數的經驗公式的實驗驗證與分析，熟悉用理論分析法和經驗法建立函數式的途徑； 3加深對局部阻力損失機理的理解。 二、實驗裝置 本實驗裝置如圖81所示圖81 局部阻力系數實驗裝置圖1自循環供水器； 2實驗臺； 3可控硅無級凋速器； 4恒壓水箱； 5溢流板； 6穩水孔板； 7突然擴大實驗管段； 8測壓計； 9滑動測量尺； 10測壓管； 11突然收縮實驗管段； 12實驗流量調節閥實驗管道由小大小三種已知管徑的管道組成，共設有六個測壓孔，測孔13和36分別測量突擴和突縮的局部阻力系數。其中測孔1位于突擴界面處，用以測量