流体力学综合实验
实验一 流体力学综合实验
一、实验目的
1. 测定水在管道内流动时的直管阻力损失，作出与Re的关系
曲线；
2. 测定水在管道内流动时的局部阻力损失，测量和计算不同
开度下截止阀的局部阻力系数或当量长度l e；
3. 测定一定转速下，离心泵的特性曲线；
4. 观察水在直管内的流动类型。
二、实验原理
1. 摩擦阻力系数～Re
流体在管道内流动时，由于内摩擦力的存在，必然有能量损耗，此损耗能量为直管阻力损失。在流经阀门、管件时，由于流道方向或大小的改变，造成流体的剧烈湍动，造成的能量损失称为局部阻力损失。根据柏努利方程，对等直径的1、2两截面间的直管阻力损失为：
图2－1 直管阻力测量原理示意图
（1）
由因次分析法得（2）
（3）
（4）
式中：h f 直管阻力损失 (J/kg)；
摩擦阻力系数；
l 、d 、直管的长度、管内径和绝对粗糙度 (m)；
p流体流经直管的压降 (Pa)；
、分别是流体的密度 (kg/m3) 和粘度 (Pas)；
u流体在管内的平均流速 (m/s)。
由公式（2）可以看出，流体流动时的摩擦阻力损失与管道的长度
成正比，与管道的直径成反比。流体的平均速度越高，阻力损失越大。利用公式（2）计算直管阻力损失时，需要知道不同雷诺数下摩擦阻力系数的值。穆迪图给出了~Re的关系曲线。本实验装置可以利用上面的公式来验证直管阻力损失计算，测定~Re的关系曲线。
流体在长度和直径一定的管道内流动时，利用U型管压差计实验测出一定流量下流体流经该长度管段所产生的压降，即可算得h f，利用公式（2）可得到，根据流速和物性数据可按公式（5）计算出对应的雷诺数Re，从而关联出与Re的关系曲线。
改变实验管可得出不同粗糙度（不同材质直管）的与Re的关系曲线。
2. 局部阻力系数和当量长度l e
对于由阀门或管件造成的局部阻力损失，可以用以下的公式计算：当量长度法（5）
局部阻力系数法（6）
式中：h f 局部阻力损失 (J/kg)；
局部阻力系数；
l e当量长度 (m)；
图2－2 局部阻力测量原理示意图
测出一定流速时流体通过阀门或管件的压降h f，就可利用公式（5）、（6）计算出对应的当量长度或局部阻力系数。
3.离心泵的特性曲线
离心泵的特性，可用该泵在一定转速下，流量与扬程，流量与功率以及流量与效率三种曲线表示，即，，曲线。若将H、N和对Q间的关系分别标绘在同一直角坐标上所得的三条曲线，即为离心泵的特性曲线。
经离心泵输送的流量Q由涡轮流量计测定。
如果水箱液面和离心泵入口高度相同，在水箱液面和离心泵出口压力表之间列出柏努利方程式，可确定水经离心泵所增加的能量
（mH2O），此能量称为扬程H，其计算式为：
其中H — 离心泵扬程(mH2O)；
p表—离心泵出口表压(Pa)；
p真—离心泵入口真空度(Pa)；
u — 离心泵出口管内流速(m/s)；
流体密度(kg/m3)；
离心泵的轴功率N（kW）是指泵轴所消耗的电功率，实验采用功率表测定后，以下式进行计算。
式中：N — 离心泵轴功率（kW）；
— 电动机效率，近似取为0.75；
电
— 机械传动效率，近似取为0.95；
传
N电— 电动机的输入功率，由功率表测定。
离心泵的效率是理论功率与轴功率的比值。即
而理论功率N t是离心泵对水所作的有效功，即
（kW）
三、实验流程和主要设备
1．综合流体力学实验流程
综合流体力学实验流程
1－离心泵 2－电机 3－水箱 4－涡轮流量计及变送器 5－差压变送器6, 7－DN40闸阀 8, 9, 10－球阀 11～18－小球阀 19－DN25闸阀 20－压力表 21－真空表
22－小球阀 23－转速传感器
a －252.5不锈钢管
b －52.5碳钢管
c －252.5不锈钢管
2. 主要设备及仪表
（1）供水系统：循环水箱、离心泵IS50-32-125、电机
2200W；
（2）测压系统：差压变送器、测压环、连接管路、小球阀；
（3）流量系统：涡轮流量计LWGW40、变送器；
（4）控制柜：智能数显仪、功率表SWP-W-C80、转速表、变频器；
（5）管路系统：由不锈钢管、碳钢管构成循环体系。四．实验操作步骤
摩擦阻力系数～Re及截止阀的局部阻力系数测定
1. 根据现场实验装置，按照实验指导书上的实验设备示意图理清
流程，检查设备的完好性，熟悉各仪表的使用。未经指导教师
同意，不能随意开机。
2. 检查水箱内是否有足够的水。接通总电源，检查三相指示灯是
否正常。打开仪表电源，检查各仪表显示是否正常。
3. 打开球阀22，用清水灌泵，待水灌满后关闭球阀22。
4. 关闭闸阀6、7，打开小球阀11～18，球阀8、9、10和截止阀
19，打开水泵电源，水泵开始工作，检查转速表、电机功率表
读数。检查泵进口真空表21、出口压力表20是否有读数。如果
压力表有读数，说明水泵工作正常。打开闸阀6、7，水开始循
环。
5. 观察小球阀17、18出口胶管中排气的情况，等管路中的空气全
部排尽后，才能关闭小球阀17、18。
6. 关闭闸阀6、7，进行摩擦阻力系数及截止阀的局部阻力系数测
定。
7. 关闭小球阀11～14，球阀8、9，保持小球阀15、16和球阀10打
开。测量实验管a的直管阻力损失。
8. 缓慢打开闸阀7，同时读取差压计的读数，直到可测量的最大量
程（10000Pa），记录压差和流量读数。逐步关小闸阀7，测定不同流量时的阻力损失（压差），直到最小流量时，结束实验管a的测定。关闭闸阀7，球阀10和小球阀15、16。
9. 打开小球阀13、14和球阀9，按步骤10测量实验管b的直管阻力
损失。完成后关闭闸阀7，球阀9和小球阀13、14。
10. 打开小球阀11、12和球阀8，按步骤10测量实验管c上截止阀19
的局部阻力损失。完成后关闭闸阀7，球阀8和小球阀11、12。
离心泵的特性曲线
1. 全开闸阀6，分别读取流量、进口真空度、出口压力和电机功率
读数。
2. 将最大流量读数10等分，逐步关小闸阀6，每减小一次流量，重
复读取以上数据。
3. 直到测定流量为零的数据后，结束实验。
4. 利用变频器调节转速，按上面的步骤可测定不同转速下的离心
泵特性曲线。
5. 依次关闭水泵电源、仪表电源和总电源。
6. 所有参数测定完后，关闭所有阀门，经指导教师同意后，方能
离开。
五. 实验数据记录及整理
实验数据记录必需可靠、如实、不能任意改动数据，数据一律记在预习实验时所拟表格中。
直管阻力和局部阻力测定：
数据记录表
实验管号：管长： m 内径： m
水温：o C
序号
流量
（m3/h）
压差
（Pa）
备注
1
2
：
：
数据整理
实验管号：管长： m 内径： m 水温：o C 密度： kg/m3 黏度： Pa.s
序号流速（m/s）压差
（kPa）
Re备注
1
2
：
：
离心泵的特性曲线
离心泵型号：水温o C
序号转速
rpm 流量读
数m3/h
压力表读
数/(kPa)
真空表读
数/(kPa)
功率表
读数/(W)
备注
1
2
：
：数据整理
序号
流量
Q/(m3/h)
扬程H/(m)轴功率N/(W)效率备注
1
2
：
：
六. 实验思考与讨论问题
1. 直管阻力产生的原因是什么？如何测定及计算？
2. 影响本实验测量准确度的原因有哪些？怎样测准数据？
3. 根据实验测定数据，如何确定离心泵的工作点？
水平或垂直管中，对相同直径、相同实验条件下所测出的阻力损失是否相同？
实验二 对流传热实验
一、实验目的
1. 测定空气－水换热过程的总传热系数K；
2. 测定不同空气流量时，Nu与Re之间的关系曲线，拟合准数方程式；
3. 测定污垢对总传热系数K的影响。
二、实验原理
1．总传热系数K的计算
空气－水逆流换热系统的传热速率方程为
（1）
其中，逆流传热对数平均温差为
（2）
传热面积为
（3）
在计算换热面积时，应该注意内、外径的区别。热负荷为
（4）
式中：Q — 单位时间内的传热量（W）；
A — 传热面积（m2）；
t m — 传热对数平均温差（C或K）；
K — 总传热系数（W/m2·C）；
d1、d2— 换热管的内、外径（m）；
l — 换热管长度（m）；
V— 空气流量（m3/s）；
、C p— 分别是热空气平均密度（kg/m3）和比热（J/kg）；
T1、T2— 分别是热空气进、出换热器的温度（C）；
t1、t2—分别是水进、出换热器的温度（C）。
通过实验测量V、T1、T2、t1 、t2，即可按公式（1）～（4）计算K。
2．空气在管内强制对流给热系数h的计算
空气与水的传热过程是由水在管外的对流传热、间壁的固体热传导热和壁面对空气的对流传热串联组成，其总热阻（以管内径d1为基准）为
（5）
式中：h1、h2 —分别为空气的对流给热系数和水的对流给热系数（W/m2 C）；
d1、d m、d2—分别为换热管的内径、平均直径和外径（m）；
b—换热管的壁厚（m）；
—换热管的导热系数（W/m C），对钢管一般可取45。
对公式（5）中各阻力项进行分析后可以发现，因水的给热系数h2较大，对水平单管，可以达到2000（W/m2C）左右，所以之值较小；对金属间壁，较大，b很小，所以之值也较小，与项相比均可忽略，故有。通过实验测量V、T1、T2、t1 、t2，即可按公式（1）～（4）计算不同流速（雷诺数）时的K1（即h1），查出定性温度下空气的物性，则可根据定义计算出不同雷诺数时的努塞尔数。
式中： Nu努塞尔准数；
热空气密度（kg/m3）；
u热空气在管内的流速（m/s）；
— 空气的导热系数（W/m C）；
1
Re — 雷诺准数。
t m — 空气的定性温度，(T1＋T2)/2。
当流量改变后，将改变热平衡关系，Re、Nu也随之改变，进而可在双对数坐标下作出Re与Nu的关系曲线，拟合出准数方程。
3．污垢对传热系数的影响
公式（5）所描述的传热阻力中，没有考虑由于换热管内外表面形成垢层后所造成的热阻。若考虑污垢热阻，则公式（5）就变为（以管内径d1为基准）
（6）
式中：R S1、R S2 —分别为换热管内、外侧的污垢热阻（m2 C / W）。若用R f表示管壁内外两侧污垢热阻之和，则
（7）
K1、K′1‘— 分别为清洁管和污垢管的总传热系数。
通过测量相同雷诺数时清洁管和污垢管的总传热系数，则可计算出污垢管的总污垢热阻。通过该实验，可以让学生了解污垢对传热的削弱作用。
4. 孔板流量计原理
流体流经一个小于管径的锐孔时将产生压降，而此压降将随流体的流量大小而变化，它们之间的关系可由柏努利方程式得出：（6）
式中：R U型管差压计读数（m）；
C0孔流系数；
U型管差压计指示液密度（kg/m3）；
流体密度（kg/m3）；
u0孔口的流体流速（m/s）；
V 管道内流体的流量（m3/s）；
S0 孔口截面积（m2）；
g重力加速度（m/s2）。g = 9.81
装置中使用孔板流量计来测量空气的流量。通过标定和数据处理，孔板流量计的体积流量V（m3/h）与压差p（Pa）的关系式可表示为（7）
或可直接从附图查取。
三、实验流程及设备
1. 实验流程
冷空气由漩涡风机送入电加热器，经孔板流量计计量后进入套管换热器的管程。冷却水进入换热器的壳程，水和空气在套管换热管内进行逆流换热。对流传热对比实验流程如下图所示。
图1 对流传热对比实验流程
2．设备及仪表
热空气系统：电加热器、变压器、电流表、电压表、漩涡风机；
流量测量：孔板流量计、差压变送器、智能数值显示表；
温度测量：热电偶、温度数显表；
套管换热器：内管尺寸，202.5mm，有效换热长度1.2m，套管尺寸，463mm。
换热管类型：清洁管202.9mm、污垢管202.9mm、紫铜管202mm
四、实验操作步骤
1. 熟悉传热实验流程及仪表使用，检查设备，作好运转操作准
备。
2. 打开要测量的换热器的冷却水进口阀，保证水量达到湍流。
3. 将要测量的实验管空气流量调节闸阀全开，其它实验管关
闭。
4. 依次开启控制柜总电源开关、仪表开关、风机开关和加热器
开关。观察空气温度变化。由于风机的压缩作用，空气温度
会缓慢上升。实验时空气的进口温度一般控制在80o C左右，
如果温度过高，可调节加热电压，直到稳定。
5. 在空气全开的状态下，直到温度稳定后，可以读取第一组数
据。
6. 调节空气流量调节闸阀，改变空气流量，等温度稳定后（3~5
分钟），读取数据。
7. 重复步骤6，直到最小流量。
8. 切换实验管，按照上述步骤重复实验。
9. 待全部数据测定完毕，关闭电加热器电源，让空气继续排
出，直到空气出口温度降至室温。
10. 依次关闭风机电源、仪表电源和总电源。
11. 将实验数据交实验指导教师检查合格后，方可离开。
注意：本实验采用电加热器加热空气，加热器及部分管路温度较高。实验过程中应注意避免接触高温部位，防止烫伤。
五、设备保养及简单故障排除
测量温度的仪表应该定期进行标定。
定期检查套管换热器端口的密封圈情况，发现冷却水渗漏，应及时更换密封圈。
六、实验数据记录及整理
1. 实验数据记录
换热管：内径：；外径：；管长：；
表2－3 传热实验数据记录参考表
序号孔板流量
计压差读
数
（Pa）
空气流
量/(m3/h)
空气进
口温度
T1/(C)
空气出
口温度
T2/(C)
水进口
温度
t1/(C)
水出口
温度
t2/(C)
备注
1
2
：
：
2. 数据整理
表2－4 传热实验数据处理参考表
序号
V
/(m3/h)
t m
/(C)
A
m2
t m
/(C)
Q
/(J)
K
/( W/m2 C)
Nu Re备注
1
2
：
：
七、实验讨论与思考题
1．分析影响传热系数及给热系数的因素？
2．取何种措施可提高K和h1值
3．t m、 t m的物理意义是什么？如何确定？
附图－孔板流量计体积流量与压差的关系
实验三 气体吸收实验
一、实验目的
1. 观察气、液在填料塔内的操作状态；
2. 测定气、液在填料塔内的流体力学特性；
3. 测定在填料塔内用水吸收CO2的K X a~L关系；
4. 对不同填料的填料塔进行性能测试比较。
二、实验原理
1. 气体吸收是运用混合气体中的各组分在同一溶剂中的溶解度差异，通过气、液充分接触，溶解度较大的气体组分较多地进入液相而与其它组分分离的操作。
图1 填料塔压降与空塔气速的关系
气体混合物以一定速度通过填料塔内的填料时，与溶剂液相接触，进行物质传递。气液两相在吸收塔内的流动相互影响，具有自己的流体力学特性。填料塔的流体力学特性是以气体通过填料层所产生的压降来表示。该压力降在填料因子、填料层高度，液体喷淋密度一定的情况下随气体速度的变化而变化。如图1所示。
在一定喷淋量下，通过改变气体流量而测定床层压降，即可确定填料塔的流体力学特性。
2. 常压下CO2在水中的溶解度比较小，用水吸收CO2的操作是液膜控制的吸收过程，所以填料层高度的计算式为：
（1）
即：（2）
当气液平衡关系符合亨利定律时，上式可整理为：
（3）
（4）
式中：L — 吸收剂用量（kmol/h）；
— 填料塔截面积（m2）；
X m — 平均浓度差；
K X a — 液相体积传质系数（kmol/m2 h X m）；
H — 填料层高度(m)；
X1，X2—分别为吸收剂（水）的出、进塔浓度（摩尔比）；
X1*，X2*—分别为与气体进、出塔浓度Y1，Y2（摩尔比）成平衡的液相浓度，可通过平衡关系得到（亨利定律）；
由于实验中使用的吸收剂为清水，所以X2=0。吸收剂出塔浓度X1可通过物料衡算得出：
（5）
式中V为空气的摩尔流率（kmol/h）。应注意与流量计所读到的体积流率的区别。
通过测定水温和当地大气压可确定亨利系数。改变可变参数CO2和空气的混合气量、吸收剂水用量、混合气进、出填料塔的CO2含量，即可测定不同操作条件下，不同填料的液相体积传质系数K X a。
三、吸收实验流程及设备
1. 吸收实验流程
空气由风机送出，经转子流量计7（或8）计量，由钢瓶来的CO2气体经转子流量计9计量。空气和CO2气体在混合器20混合后，经管路进入吸收塔底部。混合气进入各塔通过阀门16～19切换。吸收剂（水）经转子流量计6计量后进入塔的顶部。水进入各塔通过阀门12～15切换。水通过喷嘴喷洒在填料层上，与上升的气体逆流接触，进行吸收传质，尾气从塔顶排出，而吸收后的液体经塔底液封装置后排出。其流程示意图如下所示。
图2 吸收实验流程
1，2，3，4－填料塔 5－旋涡风机 6－水转子流量计 7－大流量空气转子流量计
8－小流量空气转子流量计 9－CO2转子流量计 10－差压变送器 11－空气放空阀
12，13，14，15－水切换阀 16，17，18，19－混合气切换阀 20－气体混合器
21－混合气取样口 22，23，24，25－出口气体取样
26，27，28，29－压差测压管切换阀 30－水调节阀 31－空气调节阀
2. 设备及仪表
填料塔：塔内径100mm 、填料层高度1m。填料类型：陶瓷拉辛环1010，陶瓷拉辛环1515，不锈钢鲍尔环1010，丝网规整填料；
气体转子流量计：LZB-4，LZB-10、液体转子流量计；旋涡风机；
气体差压变送器，智能数值仪表；
CO2气体分析仪CYES-II型。
四、实验操作步骤
1. 理清流程，熟悉测试仪表的使用。
2. 确定要进行实验的填料塔，打开对应的塔切换开关（注意：每次只能开启一个塔，其余三塔保持关闭状态）。打开仪表开关。
3. 全开空气进口阀31和放空阀11，启动风机，让空气进入填料塔底部，用空气进口阀31调节空气流量，流量从小到大，每调一次风量，测定一次填料层压降p，共采集7~10组数据，由此可作出在干填料时，风量与压力降的关系线。
4. 通过调节阀30调节水量，维持喷淋量不变，用空气进口阀31调节空气流量，流量从小到大，每调一次风量，测定一次填料层压降p，共采集7~10组数据，由此可作出在湿填料操作时，风量与压力降p的关系线。在操作过程中，注意观察液封装置，以避免空气从液封装置流出。
5. 通过调节阀30，改变入塔水量，重复第4操作步骤，可测定不同水量下风量与压力降p的变化曲线，完成气、液在填料塔内的流体力学性能测定。
6. 开启CO2钢瓶阀，调节减压阀，使CO2出口压力维持在0.2MPa左右，通过CO2转子流量计9计量后进入混合器与空气混合后进入填料塔底部。
7. 通过进口取样点21取样，用CO2气体分析仪分析其CO2含量。调节混合气或者CO2转子流量计上的旋钮，改变空气和CO2的混合比，实
验要求配制的混合气中CO2浓度约为10%（体积），并始终保持稳定不变。
8. 调节清水阀30，流量从小调大，需采集4~6组数据。每调节一次，稳定3~5分钟，记录清水量，混合气流量，用取样针筒抽取在进口取样点21和出塔取样点22～25抽取混合气进行CO2分析，确定Y1和Y2，完成填料塔液相体积传质系数的测定。
9. 重复以上操作步骤2~8可完成其余填料塔的实验操作。
10. 测定水温和大气压，用于计算亨利系数。
11. 所有实验数据记录完后，经指导教师同意，关闭CO2液化气钢瓶，关闭进水阀30，关闭风机，关闭总电源。
11. 在实验操作过程中，注意CO2液化气钢瓶的使用安全，未经教师同
意，学生不能乱动。
五、实验数据记录及整理
1. 实验数据记录
填料塔：塔内径：；填料层高度：；
水温：；大气压；
表1 填料塔流体力学特性数据记录参考表
水流量L0 /(m3/h)水流量L1
/(m3/h)
水流量L3
/(m3/h)
序号
空气
流
量/(m3/h)
u
/(m/s)
填料层
压
降/(Pa)
空气
流
量/(m3/h)
u
/(m/s)
填料层
压
降/(Pa)
空气
流
量/(m3/h)
u
/(m/s)
填料层
压
降/(Pa)
1
2
：
：
2. 数据整理
表2 填料塔流体力学特性数据处理参考表
序号
V
/(m3/h)
u
/(m/s)
P备注
L0L1
m3/h
L2
m3/h
1
2
：
：
六、实验讨论与思考题
1．分析影响传质系数的因素？
2．填料吸收塔塔底为什么有液封装置？液封采用了什么原理?
在填料塔的流体力学特性中，确定最佳操作空塔气速是多少？
实验四 筛板精馏塔实验
一、实验目的：
1． 了解精馏塔设备的结构，熟悉精馏操作方法；
2． 观察筛板精馏塔内汽液两相的流动状况，不正常操作现象（漏液、雾沫夹带、液泛等）
3．测定精馏塔的全塔效率和个别板效率。
二、实验原理
精馏操作是用来分离液体均相混合物的常用方法。其原理是利用液体混合物中各组分的挥发性的差异，通过多次部分汽化和部分冷凝，使混合物得到分离。精馏操作使用的设备一般是塔设备，包括板式塔和填料塔。对不同的塔设备，由于塔板结构和填料种类的不同，其传质能力
（分离效果）也不尽相同。对板式塔，可以用全塔效率和板效率来描述设备的分离效果。
单板效率（默弗里板效率）E mV是通过第n板的实际气相组成变化值与此板是理论板时气相组成变化值之比来描述该实际板的分离能力与一块理论板分离能力的差异，即
（1）
式中 ——进入第n板的汽相组成；
——离开第n板的汽相组成；
——与离开第n板液相成平衡的汽相组成。
在实验操作中，由于汽相取样比较困难，所以需要通过一些方法，用液相的浓度来代替汽相的浓度。
全回流情况下，在y～x图上，精馏段操作线和提馏段操作线都与对角线重合，所以有，带入（1）中可得
（2）
式中 ： ——第n－1板的液相组成；
——第n板的液相组成。
精馏塔的全塔效率E T是理论塔板数N T （不包括再沸器）与实际塔板数N之比，即
（3）
可以根据实验测定的塔顶和塔底产品的浓度x D、x W，用作图法得出全回流情况下的理论板数N T。本实验装置的实际塔板数为15，则全塔效率为
（4）
三、实验流程及设备
1. 实验流程
实验设备采用 50筛板塔，全塔共15块实际塔板（不包括蒸馏釜）。精馏采用乙醇－水溶液双组分体系。塔顶采用全凝器，蒸馏釜采用电加热加热釜液，其实验装置流程见图1。
图1 精馏实验流程
1－排空阀 2－冷却水进口 3－冷却水出口 4－冷凝器5－气液分离器
6,10,20－热电偶 7－筛板塔 8,9－取样点 11－回流转子流量计
12－产品转子流量计 13,14,30,33－考克 15－测量槽 16,17－进料阀 18－进料转子流量计 19－切换阀 21－压力表 22－釜液加料阀 23－考克 24,27－液位计 25－再沸器 26－加料泵 28－产品储罐 29－原料槽
31－釜液排空阀 32－原料排空阀 34－产品排空阀
2. 实验设备及仪表
筛板精馏塔：SBJL-2型；
阿贝折射仪WZS-I、加料泵JCB22、转子流量计（LZB－3）；
恒温水浴CS501、控制箱。
四、实验操作步骤
设备预热：
1. 理清流程，检查设备，电加热，加料系统及冷却水系统的完好性。
2. 开启排空阀，通冷却水。
3. 配15%乙醇－水溶液在料槽中，打开总电源，启动加料泵加料到釜的液位刻度线。
4. 打开恒定加热器和可调加热器电源，调节变压器预热釜液，注意电压、电流不要超过满量程，以免烧坏仪表。
5. 加热约20分钟，从观察罩观察有鼓泡发生，塔顶放空阀有乙醇蒸汽溢出时，关闭该排空阀1，进行粗馏。
全回流实验：
1. 开启回流转子流量计11，关闭产品转子流量计12，让全部塔顶产品回流塔内。调节加热电压，使塔内操作处于正常状态（无漏液和过量雾沫夹带）。
2. 塔内所示温度、压力及回流量稳定后，即可进行取样分析。
3. 开启回流转子流量计下方考克13，用5mL试管抽取回流液不超过1mL，在阿贝折射仪上测出折射率，查图得x D。
4. 开启釜液液位指示仪下方的考克30，用5mL试管抽取釜液不超过
流体力学实验指导书( 建环专业)
目录 实验一静水压强实验???????????????????????????????????????????1实验二伯努利方程式的验证?????????????????????????????????????3实验三雷诺实验??????????????????????????????????????????????6实验四管道沿程阻力实验??????????????????????????????????????9实验五管道局部阻力系数的测定????????????????????????????????12
实验一静水压强实验 （一）实验目的 1、测定静止液体中某点的静水压强，加深对静压公式p=p0+γh的理解； 2、测定有色液体的重度，并通过实验加深理解位置水头，压强水头及测压管水 头的基本概念，观察静水中任意两点测压管水头Z+p/γ=常数。 p=p0+γh 式中：P——被测点的静水压强； P0——水箱中水面的表面压强； γ——液体重度； h——被测点在表面以下的竖直深度。 可知在静止的液体内部某一点的静水压强等于表面压强加上液体重度乘以该点在液面下的竖直深度。 （四）实验步骤 1、打开密封水箱E顶上空气阀门a，此时水箱内水面上的压强p0=p a。观察各测压连通管内液面是否平齐，如果不齐则检查各管内是否阻塞并加以勾通。
2、读取A点、B点的位置高度Z A、Z B。 3、关闭空气阀门a，转动手柄，抬高长方形小水箱F至一定高度，此时表面压力P0＞P a，待水面稳定后读各测压管中水位标高▽=▽I（I=1、2、3、 4、5），并记入表中。 4、在保持P0＞P a的条件下，改变长方形小水箱F高度，重复进行2-3次。 5、打开空气阀门a，使水箱内的水面上升，然后关闭空气阀门a，下降长方形小水箱。 6、在P0＜P a的条件下，改变水箱水位重复进行2-3次。 （五）对表中数据进行分析 单位：mm
流体力学
福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心 学生实验报告 流体力学实验 题目： 实验项目1：毕托管测速实验 实验项目2：管路沿程阻力系数测定实验 实验项目3：管路局部阻力系数测定实验 实验项目4：流体静力学实验 实验一毕托管测速实验 一、实验目的要求： 1．通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用测压管测量点流速的技术和使用方法。
2．通过对毕托管的构造和适用性的了解及其测量精度的检验，进一步明确水力学量测仪器的现实作用。 3.通过对管口的流速测量，从而分析管口淹没出流，流线的分布规律。 二、实验成果及要求 实验装置台号 20040268 表1 记录计算表 校正系数c= 1.002 ，k= 44.36 cm 0.5/s 三、实验分析与讨论 1．利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？ 答：若测压管内存有气体，在测量压强时，测压管及其连通管只有充满被测液体，即满足连续条件，才有可能测得真值， 否则如果其中夹有气柱， 就会使测压失真， 从而造成误差。 误差值与气柱高度和其位置有关。对于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若不排除，实验过程中很可能变成堵塞性气柱而影响 量测精度。 检验的方法：是毕托管置于静水中，检查分别与毕托管全压孔及静压孔相连通的两根测压 管液面是否齐平。如果气体已排净，不管怎样抖动塑料连通管，两测管液面恒齐平。 2．毕托管的压头差Δh 和管嘴上、下游水位差ΔH 之间的大小关系怎样？为什么？ 答：由于 且 即 这两个差值分别和动能及势能有关。在势能转换为动能的
过程中，由于粘性力的存在而有能量损失，所以压头差较小。 ?'说明了什么？ 3．所测的流速系数 答：若管嘴出流的作用水头为，流量为Q，管嘴的过水断面积为A，相对管嘴平均流速v，则有 称作管嘴流速系数。 若相对点流速而言，由管嘴出流的某流线的能量方程，可得 式中：为流管在某一流段上的损失系数；为点流速系数。 本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得=0.990，表明管嘴轴心处的水流由势能转换为动能的过程中有能量损失，但甚微。
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论 实验一流体静力学实验 验原理 重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 (1.1) 中： z被测点在基准面的相对位置高度； p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0水箱中液面的表面压强； γ液体容重； h被测点的液体深度。 对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系： (1.2) 此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。 验分析与讨论 同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根。 当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分：
)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真。 )同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油 至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛由下式计算 中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有 单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？
2018流体力学实验指导书
《流体力学》实验指导书 杨英俊 2018.
目录 实验一平面上静水总压力测量实验 (4) 实验二恒定总流动量方程验证实验 (7) 实验三流态演示与临界雷诺数量测实验 (10) 实验四沿程水头损失测量实验 (13) 实验五文透里流量计率定实验 (16) 实验六局部水头损失测量实验 (19) 实验七恒定总流能量方程演示实验 (22)
前言 流体力学是一门重要的技术基础课，它的主要研究内容为流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，它涉及到建筑、土木、环境、水利造船、电力、冶金、机械、核工程、航天航空等许多学科。在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。例如水利工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等，因此流体力学是高等学校众多理工科专业的必修课。 流体力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。因此，掌握流体力学的基本概念、基本理论和解决流体力学问题的基本方法，具备一定的实验技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。 流体力学和其它学科一样，大致有三种研究方法。一是理论方法，分析问题的主次因素，提出适当的假定，抽象出理论模型（如连续介质、理想流体、不可压缩流体等），运用数学工具寻求流体运动的普遍解。二是实验方法，将实际流动问题概括为相似的实验模型，在实验中观察现象、测定数据，并进而按照一定方法推测实际结果。第三种方法是数值计算，根据理论分析与实验观测拟订计算方案，通过编制程序输入数据，用计算机算出数值解。三种方法各有千秋，既是互相补充和验证，但又不能互相取代。实验方法仍是检验与深化研究成果的重要手段，现代实验技术的突飞猛进也促进了流体力学的蓬勃发展。因此，流体力学实验在流体力学学科及教学中占有重要位置，也是在学习流体力学课程中一个不可缺少的重要教学环节。目前，针对我院各专业本科生，流体力学实验包括以下7个实验： 1)平面上静水总压力测量实验 2)恒定总流动量方程验证实验 3)流态演示与临界雷诺数量测实验 4)沿程水头损失测量实验 5)文透里流量计率定实验
流体力学实验-参考答案
流体力学实验思考题 参考答案 流体力学实验室 静水压强实验
1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指p z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 γ θσd h cos 4= 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5
流体力学实验指导书
流体力学 实验指导书与报告 （第二集） 动量定律实验 毕托管测速实验 文丘里流量计实验 局部阻力实验 孔口与管嘴实验 静压传递自动扬水演示实验 中国矿业大学能源与动力实验中心
学生实验守则 一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。 二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。 三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。 四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。 五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。 六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。 七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。 八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。 九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。 十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。 1984年5月制定 2014年4月再修订 中国矿业大学能源与动力实验中心
流体力学实验报告
流体力学 实验指导书与报告 静力学实验 雷诺实验 中国矿业大学能源与动力实验中心
学生实验守则 一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。 二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。 三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。 四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。 五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。 六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。 七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。 八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。 九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。 十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。 1984年5月制定 2014年4月再修订 中国矿业大学能源与动力实验中心
重大流体力学实验1(流体静力学实验)
《流体力学》实验报告 开课实验室：年月日 学院年级、专业、班姓名成绩 课程名称流体力学实验 实验项目 名称 流体静力学实验 指导教 师 教师 评语教师签名： 年月日 一、实验目的 1、验证静力学的基本方程； 2、学会使用测压管与U形测压计的量测技能； 3、理解绝对压强与相对压强及毛细管现象； 4、灵活应用静力学的基本知识进行实际工程测量。 二、实验原理 流体的最大特点是具有易动性，在任何微小的剪切力作用下都会发生变形，变形必将引起质点的相对运动，破坏流体的平衡。因此，流体处于静止或处于相对静止时，流体内部质点之间只体现出压应力作用，切应力为零。此应力称静压强。静压强的方向垂直并指向受压面，静压强大小与其作用面的方位无关，只与该点位置有关。 1、静力学的基本方程静止流体中任意点的测压管水头相等，即：z + p /ρg=c 在重力作用下， 静止流体中任一点的静压强p也可以写成：p=p + ρg h 2、等压面连续的同种介质中，静压强值相等的各点组成的面称为等压面。质量力只为重力时， 静止液体中，位于同一淹没密度的各点的静压强相等，因此再重力作用下的静止液体中等压面是水平面。若质量有惯性时，流体做等加速直线运动，等压面为一斜面；若流体做等角速度旋转运动，等压面为旋转抛物面。 3、绝对压强与相对压强流体压强的测量和标定有俩种不同的基准，一种以完全真空时绝对压强 为基准来计量的压强，一种以当地大气压强为基准来计量的压强。
三、使用仪器、材料 使用仪器：盛水密闭容器、连通管、U 形测压管、真空测压管、通气管、通气阀、截止阀、加 压打气球、减压阀 材 料：水、油 四、实验步骤 1、熟悉一起的构成及其使用方法； 2、记录仪器编号及各点标高，确立测试基准面； 测点标高a ?=1.60CM b ?=-3.40CM c ? =-6.40CM 测点位能a Z =8.00CM b Z = 3.00CM c Z =0.00CM 水的容重为a=0.0098N/cm 3 3、测量各点静压强：关闭阀11，开启通气阀6，0p =0，记录水箱液面标高0?和测管2液面标高2?（此时0?=2?）；关闭通气阀6和截止阀8，开启减压放水阀11，使0p > 0，测记0?及2?（加压3次）；关闭通气阀6和截止阀8，开启减压放水阀11，使0p < 0（减压3次，要求其中一次，2?< 3?），测记0?及2?。 4、测定油容量 （1）开启通气阀6，使0p =0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，加压打气球7，使0p > 0，并使U 形测压管中的油水界面略高于水面，然后微调加压打气球首部的微调螺母，使U 形测压管中的油水界面齐平水面，测记0?及2?，取平均值，计算 0?-2?=H 1。设油的容重为r ，为油的高度h 。由等压面原理得：01p =a H=r h （1.4） a 为水的容重 （2）开启通气阀6，使0p =0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，开启放水阀11减压，使U 形管中的水面与油面齐平，测记0?及2?，取平均值，计算0?-2?=H 2。得：02p =-a H 2=(r-a)h （1.5） a 为水的容重 式（1.4）除以式（1.5），整理得：H 1/ H 2=r/(a-r) r= H 1a/( H 1+ H 2)
最新大学工程流体力学实验-参考答案
最新大学工程流体力学实验-参考答案 参考答案 流体力学实验室 二○○六年 静水压强实验 1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指γp z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。
流体力学实验指导书
《流体力学》实验指导书 郭广思王连琪 沈阳理工大学 2006年10月
一伯努利方程综合性实验 （一）实验目的 伯努利方程是水力学三大基本方程之一，反映了水流在流动时，位能、压能、动能之间的关系。 1．了解总水头线和测压管水头线在局部阻力和沿程阻力处的变化规律； 2．了解总水头线在不同管径段的下降坡度，即水力坡度J的变化规律； 3．了解总水头线沿程下降和测压管水头线升降都有可能的原理； 4．用实例流量计算流速水头去核对测压板上两线的正确性； 不同管径流速水头的变化规律 （二）设备简图 本实验台由高位水箱、供水箱、水泵、测压板、有机玻璃管道、铁架、量筒等部件组成，可直观地演示水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，上述三种能量之间的复杂变化关系。
（三）实验原理 过水断面的能量由位能、压能、动能三部分组成。水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，三种能量不断地相互转化，在实验管道各断面设置测压管及测速管，即可演示出三种能量沿程变化的实际情况。 测压管中水位显示的是位能和压能之和，即伯努利方程中之前两项：g p Z ρ+，测速管 中水位显示的是位能、压能和动能之和。即伯努利方程中三项之和：g v g p Z 22 ++ρ。 将测压管中的水位连成一线，称为测压管水头线，反映势能沿程的变化；将测速管中的水位连成一线，称为总水头线，反映总能量沿程的变化，两线的距离即为流速水头g v 2/2。 本实验台在有机玻璃实验管道的关键部位处，设置测压管及测速管，适当的调节流量就可把总水头线和测压管水头线绘制于测压板上。 注：计算所的流速水头值是采用断面平均流速求得，而实测流速水头值是根据断面最大速度得出，显然实测值大于计算值，两者相差约为1.3倍。 （四）实验步骤 1．开动水泵，将供水箱内之水箱至高位水箱； 2．高位水箱开始溢流后，调节实验管道阀门，使测压管，测速管中水位和测压板上红、黄两线一致； 3．实验过程中，始终保持微小溢流； 4．如水位和红黄两线不符，有两种可能：一是连接橡皮管中有气泡，可不断用手挤捏橡皮管，使气泡排出；二是测速管测头上挂有杂物，可转动测头使水流将杂物冲掉。 （五）报告要求 实验报告是实验后要完成的一份书面材料。实验报告的内容一般包括实验名称、班级、实验人姓名、实验时间、实验目的、实验步骤、实验数据记录及处理、结论与讨论等多项内容。实验报告一律用流体力学实验报告用纸书写。 （六）讨论题 1. 什么是速度水头，位置水头，压力水头？速度水头、测压管水头和总水头什么关系？ 2. 总水头线和测压管水头线在局部阻力和沿程阻力处有怎样的变化？为什么？
工程流体力学及水力学实验报告(实验总结)
工程流体力学及水力学实验报告实验分析与讨论 1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测 压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2.当P B <0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分： (1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。 (2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 (3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ 。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂 直高度h和h 0，由式，从而求得γ 。 4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm， =0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有(h、d单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5.过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。 6.用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？ 关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由c进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与c点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒
土木工程流体力学实验报告实验分析-与讨论答案
管路沿程阻力系数测定实验 1． 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影 响实验成果？ 现以倾斜等径管道上装设的水银多管压差计为例说明（图中A —A 为水平线）： 如图示O —O 为基准面，以1—1和2—2为计算断面，计算点在轴心处，设21v v =， ∑=0j h ，由能量方程可得 ??? ? ??+-???? ?? +=-γγ221121p Z p Z h f 1112222 1 6.136.13H H h h H h h H p p +?-?-?+?+?-?+-= γ γ 11222 6.126.12H h h H p +?+?+-= γ ∴ ()()122211216.126.12h h H Z H Z h f ?+?++-+=- )(6.1221h h ?+?= 这表明水银压差计的压差值即为沿程水头损失，且和倾角无关。 2．据实测m 值判别本实验的流动型态和流区。 f h l g ～v lg 曲线的斜率m=1.0～1.8，即f h 与8.10.1-v 成正比，表明流动为层流 （m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。
3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。 通常试验点所绘得的曲线处于光滑管区，本报告所列的试验值，也是如此。但是，有的实验结果相应点落到了莫迪图中光滑管区的右下方。对此必须认真分析。 如果由于误差所致，那么据下式分析 d和Q的影响最大，Q有2%误差时，就有4%的误差，而d有2%误差时，可产生10%的误差。Q的误差可经多次测量消除，而d值是以实验常数提供的，由仪器制作时测量给定，一般< 1%。如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只能从细管的水力特性及其光洁度等方面作深入的分析研究。还可以从减阻剂对水流减阻作用上作探讨，因为自动水泵供水时，会渗入少量油脂类高分子物质。总之，这是尚待进一步探讨的问题。
流体力学实验指导书(雷诺、伯努利)
工程流体力学 实 验 指 导 书 河北理工大学给排水实验室 编者：杨永 2014 . 5 . 12 适用专业：给排水工程专业、建筑环境与设备工程专业 实验目录：
实验一：雷诺实验 实验二：伯努利方程实验 实验三：阻力及阻力系数测定实验 实验四：孔口管嘴实验 实验操作及实验报告书写要求： 一、实验课前认真预习实验要求有预习报告。 二、做实验以前把与本次实验相关的课本理论内容复习一下。 三、实验要求原始数据必须记录在原始数据实验纸上。 四、实验报告一律用标准实验报告纸。 五、实验报告内容包括： 1. 实验目的； 2. 实验仪器； 3. 实验原理； 4. 实验过程； 5. 实验数据的整理与处理。 六、实验指导书只是学生的指导性教材，学生在写实验报告时指导书制作 为参考，具体写作内容由学生根据实际操作去写。 七、根据专业不同以及实验学时，由任课教师以及实验老师选定实验内容。 建筑工程学院给排水实验室 编者：杨永 2014.5
实验一 雷诺实验指导书 一、实验目的： （一）观察实验中实验线的现象。 （二）掌握体积法测流量的方法。 （三）观察层流、临界流、紊流的现象。 （四）掌握临界雷诺数测量的方法。 二、实验仪器： 实验中用到的主要仪器有：雷诺实验仪、1000mL 量筒、秒表、10L 水桶等 三、实验原理： 有压管路流体在流动过程中，由于条件的改变（例如，管径改变、温度的改变、管壁的粗糙度改变、流速的改变）会造成流体流态的变化，会出现层流、临界流、紊流等现象。英国科学家雷诺（Reynolds ）在1883年通过系统的实验研究，首先证实了流体的流动结构有层流和紊流两种形态。层流的特点是流体的质点在流动过程中互不掺混呈线状运动，运动要素不呈现脉动现象。在紊流中流体的质点互相掺混，其运动轨迹是曲折混乱的，运动要素发生脉动现象。 雷诺等人经过大量的实验发现临界流速与过流断面的特征几何尺寸管径d 、流体的动力粘度μ和密度ρ有关，即()ρμ、、d f u k =。由以上四个量组成一个无量纲数，称为雷诺数e R ,即ν μρ ud ud R e ==
流体力学-伯努利方程实验报告
中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告 实验日期：2014.12.11成绩： 班级：石工12-09学号：12021409姓名：陈相君教师：李成华 同组者：魏晓彤，刘海飞 实验二、能量方程（伯诺利方程）实验 一、实验目的 1．验证实际流体稳定流的能量方程； 2．通过对诸多动水水力现象的实验分析，理解能量转换特性； 3．掌握流速、流量、压强等水力要素的实验量测技能。 二、实验装置 本实验的装置如图2-1所示。 图2-1 自循环伯诺利方程实验装置 1.自循环供水器； 2.实验台； 3.可控硅无极调速器；4溢流板；5.稳水孔板； 6.恒压水箱； 7.测压机；8滑动测量尺；9.测压管；10.试验管道； 11.测压点；12皮托管；13.试验流量调节阀 说明 本仪器测压管有两种： （1）皮托管测压管（表2-1中标﹡的测压管），用以测读皮托管探头对准点的总水头； （2）普通测压管（表2-1未标﹡者），用以定量量测测压管水头。 实验流量用阀13调节，流量由调节阀13测量。
三、实验原理 在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i ）的能量方程式（i =2,3,…,n ） i w i i i i h g v p z g p z -++ + =+ + 1222 2 111 1αγυαγ 取12n 1a a a ==???==，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出 z+p/r 值，测 出透过管路的流量，即可计算出断面平均流速，从而即可得到各断面测压管水头和总水头。 四、实验要求 1．记录有关常数实验装置编号 No._4____ 均匀段1d = 1.40-210m ?；缩管段2d =1.01-210m ?；扩管段3d =2.00-2 10m ?； 水箱液面高程0?= 47.6-2 10m ?；上管道轴线高程z ?=19 -2 10m ? （基准面选在标尺的零点上） 2．量测（p z γ + ）并记入表2-2。 注：i i i p h z γ =+ 为测压管水头，单位：-2 10m ，i 为测点编号。 3．计算流速水头和总水头。
实验流体力学作业
实验流体力学作业答案 第一题 假设水翼所受到的升力用L 表示，由题目可知，升力L 与速度v ，水的气化压力v P ，流体密度ρ，水翼弦长b ，攻角α，水翼吃水深度h ，以上这些因素都会影响升力的大小，本题采用π定理的方法来解决，首先写出下列函数关系式： (,,,,,)v L f v P b h ρα= ○ 1 取ρv b 三个量作为基本单位，其他物理量用无量纲数π来表示： 22L L v b πρ= ，2 v v P P Eu v πρ==，h h b π=，απα= 式中Eu 为欧拉数，由于角度本来就是无量纲量，故不需要做无量纲化处理， 由π定理得到下式： (,,)v L P h f αππππ= ○ 2 习惯上用 22 12 L v b ρ代替 22 L v b ρ，故将○1按照○2的型式写出来，得到下式： 22(,,)12 L h f Eu b v b αρ= ○ 3 由上式可知，欧拉数Eu 是与水翼所受到的升力相关的相似准则数。 第二题 流体力学的实验设备品种繁多，主要实验设施有两大类型：一类是进行水动力学实验研究的水槽、水池、水洞等；另一类是进行空气动力学实验研究的风洞。 第一类实验设施以循环水槽为例，其主要特点如下：便于观测，测量时间不受限制，可以对物体四周的流态进行充分的观察。不需要占用大量的建筑面积。存在的主要问题是水流的均匀度和水面的平滑性不容易满足准确测定阻力的要求。实验安装方便，实验模型小，有利于进行原理性、探索性的教学和科研实验，工作效率高。 第二类实验设施以风洞为例，其主要的特点如下：风洞与循环水槽的结构组成类似，都是由收缩段、实验段等组成，唯一的不同是风洞的实验段可以是敞开式，空气不像循环水槽里的水一样要循环利用，而是直接排出到室外，其次流动条件容易控制。
流体力学实验指导书
流体力学实验指导书 上海海洋大学工程学院 二零零七年一月
实验须知 进行一个流体力学实验，必须经过实验预习、实验操作、实验总结等几个主要环节。 一、实验前的准备 （1）在实验课开始之前，应分好实验小组。 （2）每次实验课前，要求学生阅读实验指导书，明确本次实验的目的、实验原理、实验步骤以及注意事项；复习教材中有关内容，搞清楚实验原理和有关理论知识；对某些实验，还应该进行必要的设计、计算，同时回答书中提出的思考题。 二、实验操作 （1）实验课开始应认真听取指导教师对实验的介绍。 （2）分组后先检查仪器设备是否齐全和是否完好，如发现问题应及时报告指导教师。 （3）实验过程中，必须爱护仪器设备，遵守操作规程，严禁乱动、乱拆。如有损坏丢失，必须立即报告指导教师，由实验室酌情处理。因违反规章制度、不遵守操作规程而造成仪器损坏者，需按规定进行赔偿。 （4）实验室内严禁吸烟、吐痰、吃东西和乱扔纸屑。除实验必须的讲义、记录纸及文具以外，个人的书包及衣物等一概不要放在实验台上。实验室不得大声喧哗，注意保持肃静。 （5）实验做完后，需先经指导教师审查数据并签字，然后在将仪器设备按原样整理完毕，搞好实验室卫生，经教师允许后方可离去。 三、实验总结 学生必须在实验的基础上，对实验现象及数据进行整理计算和总结分析，然后认真写好实验报告。编写报告的过程是一个从感性认识到理论认识的提高过程，也是一个加深理解和巩固理论知识的过程。因此必须重视并写好实验总结报告，在规定的时间内交给教师批阅。批阅后的实验报告由学生妥善保管，以备考核。
实验一雷诺实验指导书 一、实验目的 （1）观察流体在管道中的两种流动状态； （2）测定几种流速状态下的雷诺数，并学会用质量测流量Q方法； （3）了解流态与雷诺数的关系，并验证下临界雷诺数Re c=2000。 二、实验设备 如图所示，在流体力学综合实验台中，雷诺实验涉及的部分有高位水箱、雷诺实验管、阀门、颜料水（红墨水）盒及其控制阀门、上水阀、出水阀、水泵和计量水箱等，此外，还有秒表、水杯、电子称及温度计。 图1-1 三、实验原理 层流和紊流的根本区别在于层流各流层间互不掺混，只存在粘性引起的各流层间的滑动摩擦力；紊流时则有大小不等的涡体动荡于各流层间。当流速较小时，会出现分层有规则的流动状态即层流。当流速增大到一定程度时，液体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分流体互相剧烈掺混，就是紊流。 反之，实验时的流速由大变小，则上述观察到的流动现象以相反程序重演，但由紊流转变为层流的临界流速νc小于由层流转变为紊流的临界流速νc′。称νc′为上临界流速，νc为下临界流速。雷诺用实验说明流动状态不仅和流速ν有关，还和管径d、流体的动力粘滞系数μ、和密度ρ有关。以上四个参数可组合成一个无因次数，叫做雷诺数，用Re表示。 Re ＝ρνd/μ＝νd／υ (1-1) 对应于临界流速的雷诺数称临界雷诺数，用Re c表示。 Re c＝ρνc d/μ＝2000 (1-2) 工程上，假设流速时，流动处于紊流状态，这样，流态的判别条件是
工程流体力学实验指导书
工程流体力学实验指导书与报告 华中科技大学交通学院 性能实验室 2 00 6．9
(一) 不可压缩流体恒定流能量方程 (伯诺里方程)实验 一、实验目的要求 1．验证流体恒定总流的能量方程； 2．通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性； 3．掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。 二、实验装置 本实验的装置如图2．1所示。 说明 本仪器测压管有两种： 1．毕托管测压管(表2．1中标*的测压管)，用以测读毕托管探头对准点的总水头 )2(2g u p Z H ++='γ，须注意一般下H ’与断面总水头)2(2 g v p Z H + +=γ不同(因一般v u ≠)，
它的水头线只能定性表示总水头变化趋势； 2．普通测压管(表2．1未标*者)，用以定量量测测压管水头。 实验流量用阀13 调节，流量由体积时间法(量筒、秒表另备)、重量时间法(电子称另备)或电测法测量(以下实验类同)。 三、实验原理 在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式(i=2，3，……，n) i i i i i hw g v a p Z g v a p Z ,122 111 122+++=++γγ 取121====n a a a Λ，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出γ p Z + 值，测出 通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v 及g av 22 ，从而即可得到各断面测管水头和总水 头。 四、实验方法与步骤 1．熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。 2．打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因(例连通管受阻、漏气或夹气泡等)并加以排除，直至调平。 3．打开阀13，观察思考 1)测压管水头线和总水头线的变化趋势；2)位置水头、压强水头之间的相互关系；3)测点(2)、(3)测管水头同否?为什么? 4)测点(12)、(13)测管水头是否不同?为什么? 5)当流量增加或减少时测管水头如何变化? 4．调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(毕托管供演示用，不必测记读数)。 5．改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。 五、实验成果及要求 ’ 1．记录有关常数 均匀段D1= cm 缩管段D2= cm 扩管段D3= cm 水箱液面高程=?0 cm 上管道轴线高程=?z cm 实验装置台号No______________
流体力学实验
演示实验三流谱流线显示实验（一） (一) 实验目的要求 演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流的定常流动，运用电化学法显示流场，使同学们对这些基本流动有一个直观了解。 (二) 实验装置 本实验的装置如图I-3-1所示。 图I-3-1 流谱流线显示仪 1．显示盘；2．机翼；3．孔道；4．圆柱；5．孔板；6．闸板；7．文丘里管；8．突扩和突缩；9．侧板；10．泵开关；11．对比度调解开关；12．电源开关；13. 电极电压测点；14．流速调节阀；15. 放空阀。（14、15内置于侧板内） 本实验装置配备有： 流线显示盘、前后罩壳、照明灯、小水泵、直流供电装置。 (三) 实验原理 现有的三种流谱仪，分别用于演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流。 1、Ⅰ型单流道，演示机翼绕流的流线分布。由图可见，机翼向天侧（外包线曲率较大）流线较密，由连续方程和能量方程知，流线密，表明流速大，压强低：而在机翼向地侧，流线较疏，压强较高。这表明整个机翼受到一个向上的合力，该力被称为升力。实验中为了显示升力方向，在机翼腰部开有沟通两侧的孔道，孔道中有染色电极。在机翼两侧压力差的作用下，必有分流经孔道从向地侧流至向天侧，这可通过孔道中染色电极释放的色素显现出来，染色液体流动的方向，即为升力方向。 此外，在流道出口端（上端）还可观察到流线汇集到一处，并无交叉，从而验证流线不会重合的特性。
2、Ⅱ型单流道，演示圆柱绕流。因为流速很低（约为0.5～1.0cm/s），这是小雷诺数的无分离流动。因此所显示的流谱上下游几乎完全对称。这与圆柱绕流势流理论流谱基本一致；零流线（沿圆柱表面的流线）在前驻点分为左右两支，经900点（u＝u max），而后在背滞点处二者又合二为一。 驻点的流线为何可分可合，这与流线的定义是否矛盾呢？这是不矛盾的。因为在驻点上流速为零，方向是不确定的。然而，当适当增大流速，Re数增大，此时虽圆柱上游流谱不变，但下游原合二为一的染色线被分开，尾流出现。 3、Ⅲ型双流道。演示文丘里管、孔板、渐缩和突然扩大、突然缩小、明渠闸板等流段纵剖面上的流谱。演示是在小Re数下进行，液体在流经这些管段时，有扩有缩。由于边界本身亦是一条流线，通过在边界上特别布设的电极，该流线亦能得以演示。同上，若适当提高流动的雷诺数，经过一定的流动起始时段后，就会在突然扩大拐角处流线脱离边界，形成漩涡，从而显示实际流体的总体流动图谱。 利用该流线仪，还可说明均匀流、渐变流、急变流的流线特征。如直管段流线平行，为均匀流。文丘里管的喉管段，流线的切线大致平行，为渐变流。突缩、突扩处，流线夹角大或曲率大，为急变流。 特别强调的是，上述实验中，其流道中的流动均为恒定流。因此，所显示的染色线既是流线，又是迹线和脉线（染色线）。因为流线是某一瞬时的曲线，线上任一点的切线方向与该点的流速方向相同；迹线是某一质点在某一时段内的运动轨迹线；脉线是源于同一点的所有质点在同一时刻的连线。固定在流场的起始段上的电极，所释放的颜色流过显示面后，会自动消色。放色——消色对流谱的显示均无任何干扰。另外，在演示中如将泵关闭一下再重新开启的话，还可看到流线上各质点流动方向的变化。 演示实验四流谱流线显示实验（二） (一) 实验目的要求 演示流体在多种不同形状流道中的非定常流动图案，鲜明地显示不同边界流场的迹线、边界层分离、尾流、涡旋等流动图谱，便于学生们直观理解流体非定常流动的基本特征及其产生机理。