2015流体力学实验

实验一流体流速和流量的测量方法

一、实验目的

1．熟悉大气压力计、毕托管、热球式风速计的工作原理、结构和使用方法。 2．学会使用毕托管和热球式风速计测量矩形断面上的流速并计算流量。 3．掌握毕托管的校正方法，确定毕托管的校正系数。

二、实验原理

1．流体流动时总的能量包括：静压能、动压能和位压能，对于不可压缩的理想流体，这三种能量之和为一常数。当水平流动时，流体的位能保持不变，其静压能与动压能之和为常数，称为全压能。即：

P （静压能）＋（动压能）=P 0（全压能）（1－1）

毕托管测量流速的原理就是根据式（1－1），通过测得流体的P 0（全压能） 和P （静压能）来算出流体速度的大小。式（1－1）亦可写为：

P 0－P =ρ2

2V 即：V =

ρ－P P )

(20（1－2） 式中：P 0——全压能，即全压力。（

2

M N ） P ——静压能，即静压力。（2M

N

）

ρ——流体的密度（Kg/m 3

）。

全压力和静压力通常用毕托管来测量，它实际上是由全压力管和静压力管组成的复合测

量。毕托管它由二个同心套管所构成，中心管头部敝开孔（全压孔），而侧面开有许多孔（静压孔），测量时，毕托管全压孔必须迎向气流方向（零夹角），把全压孔和静压孔用胶管分别接到压力计上，测得全压力与静压力的压差，其测量原理如图1－1。

实际上毕托管测得的为某点的速度，为了确保某截面上的平均速度，必须将该截面均分若干份（矩形截面上的测点位置如图1-2所示）。测定各份的速度然后再求其平均值:

V 均=n nF V ΣF i i i 1

=（V 1+V 2……V n ）（1－3）

当测得平均流速后，根据截面积F 的大小，即可求得流量：

Q=V 均×F （1－4）

2．全压力与静压力可用U 形管压力计或斜管压力计综合测得其差值（动压差值）。用斜管压力计测压前首先调整其水平，即利用底盘上的调整螺丝，观察水准泡的位置，使其处于正中位置。调整缸内液体酒精的高度，使通大气的液柱位置处于某个合适的刻度上(零刻度)，接上引压管，即可测得压力的大小，待其液柱稳定后，这时即可读数。读数时按柱内液面的最低点为标准（若为水银时则读最高点）。如果所测压力波动较大，则可在管路上加一段阻尼管（例如用一段玻璃毛细管连通，或用螺旋夹住，使流通面积减小，但不得夹死）。由于毕托管的几何形状及制造工艺水平不同，使测得的动压力（P 0－P ）并非真正的实际动压力，因为严格说，测得的全压力是驻点附近的平均全压力，而不是驻点的全压力，同时静压力孔附近的流体静压力要受到毕托管头部形状的影响很难测得真正的静压力，故必须引入校正系数ξ，校正后的关系式如下：

（P 0－P ）ξ=ρV 2

2

（1－5） 式中：ξ——毕托管校正系数，一般其值大于1。

每支毕托管必须校正确定ξ值后才能使用。结构良好的毕托管其值ξ接近于1。在实验中利用已知校正系数ξ

已

值的标准毕托管，采用比较法来校正未知ξ

未

的实用毕托管。校正时，把

两只毕托管分别置于流场中同一点，通过测量值比较，算出被校正毕托管的ξ

未

值。

根椐：V=

ρ

ξ－P）（P 未

未

02 =

未

已已

－P）（P ξ－P）（P 002

由此得出：ξ

未=

未

已已

－P）（P ξ－P）（P 00

式中：（P 0－P ）未——用未知ξ的毕托管测得的动压力。 （P 0－P ）已——用已知ξ的标准毕托管测得的动压力。 在不同的流速下，有不同的ξ未

值，可以画出校正曲线，为了使用方便起见，亦可求其平均

值来确定ξ未

。

3．流体流过被电加热的球体表面时产生热量传输，使其温度降低，流速越大，传输的热量越多，在供热电流一定的情况下，被冷却的球体表面温度越低。热球式风速计就是根据这个原理来测量流体的速度。热球式风速计由热球式测量杆和测量仪表两部分构成，测量杆头部有一个直径约0.6毫米的玻璃球，球内绕有加热用的镍络丝和二个串联的热电偶，热电偶的冷端连接在磷铜质的支柱上，直接暴露在气流中，其温度与气流温度一致，当一定大小的电流通过镍铬丝加热后，玻璃球温度升高。由于受到温度较低的气流通过而产生热量传输其温度发生改变，流速小升温高，反之流速大升温低，其流速值可直接由仪表上读出。测量前，仔细阅读热球式风速计说明书。

三、实验设备

1．流体力学综合实验装置系统，该系统包括：风机、空气流量计、蝶阀、三维坐标架、和U 形管压力计及实验段构成。换不同的实验段可以做不同的实验（图1－3）。 2．测试设备：毕托管，热球风速计、斜管压力计、数字式压力计。

图1－3

四、实验内容

1.流体流过矩形管(100*50)横截面的平均流速和流量。

2. 毕托管的校正系数ξ

未

值。

五、实验步骤

1. 首先将实验段安装在流体力学综合实验装置上（见图1－3），把出口横截面分成16个等分小格（见图1－2）。

2. 把微压计与毕托管用橡胶管连接起来，调整好微压计的水平和初始值。

3.打开风机，调整风量（不要过大）在相同的流量情况下，分别用毕托管和热球式风速计配合三维坐标架测出每一小格中心处的速度。

六、数据整理：

1．流体性质计算：

P 全（mm 水柱）=9.81P 全（N/m 2） P 静（mm 水柱）=9.81P 静（N/m 2） P 动（mm 水柱）=9.81P 动（N/m 2）

2．利用下式得求得各点速度

V=

ξρ

）

－P （P .静全8192

式中：ξ—— 毕托管校正系数。

P 金－P 静——测得的动压力（mm 水柱） ρ—— 流体的密度（Kg/m 3）；

用公式：1-3、1-4算出平均速度和流量。

3. 将原始记录数据和计算结果整理列表如下：（表1-1供参考，表格形式可自行设计）

七、实验要求

1．实验前认真阅读实验内容与有关知识，写好实验预习报告。 2．实验报告的内容一定要含实验原始数据和经过计算得到的数据表格。 3．实验原理可以简写（要顺畅），复杂的原理图可以不画。

八、思考题

1．如果所测管道为圆形截面，应如何来求其平均流速，从而确定流量。2．毕托管的校正系数受到那些因素的影响？

3．用毕托管测量流速为什么一定要对准来流方向，还应注意些什么？

表1-1

实验二沿圆柱体绕流时的阻力系数测定

一、实验目的

1．通过实验加深对实际流体绕过物体流动时产生阻力的概念。

2．研究圆柱体后尾涡中的速度分布，并根据动量平衡原理确定在圆柱体上的阻力和阻力系数。

3．掌握通过测定圆柱体表面上的压力分布，确定阻力系数的方法。

二、实验原理

流体绕过圆柱体流动时（图2-1），由于流体粘性的作用，在圆柱体表面上形成附面层，附面层脱离后，在圆柱体后面形成尾涡区，根据动量平衡原理，可以确定流体流过圆柱体时单位长度上所受到的阻力。

图2-1

在流体密度ρ不变的稳定流场中，取控制体ABCD ，厚度为1，通过AB 截面流入控制

体的质量流率为υρ∞2h 。单位时间在X 方向流入的动量为υρ22∞h 。通过CD 截面流出控制体的质量流率为dy h h ρυ+-?，单位时间在x 方向流出的动量为：

dy h h 2

ρυ+-?

由于连续性条件，通过AB 和CD 截面的质量流率之差：

υρ∞2h －dy h h ρυ+-?=0 （2－1）

而单位时间在x 方向流入和流出动量差为υρ2

2∞h －dy h h 2ρυ+-?=0 （2－2）

作用在圆柱体上的阻力为：

F D =υρ2

2∞h －dy h h 2ρυ+-?＋2（P ∞静－P 静）h （2－3）

式中：h ——控制体高度之半；h=50 mm ； P ∞静、υ∞—— 来流的静压力和速度； P 静、υ—— 尾流的静压力和速度；ρ—— 流体的密度（Kg/m 3）； 同时可求得阻力系数为：

C D =d ρυF D

22∞=）ρυ－P P （d h ）dy＋υυ－（d 静

静h

h

2222

1212

∞∞+-∞?（2－4） 如取y=ηh 更为方便，η为h 的部分值，这时

η）d υ

υ

－（h ）dy υ

υ

－

（－h h

2

21

1

2211∞

?=?∞

+-

最后得到：C D =）ρυ－P P （d h ）d υυ－（d h 静

静22

2112

1212∞∞∞

-?＋η（2-5） C D 值还可以通过测定圆柱体表面上的压力分布来定（图2-2）。在圆柱体表面上开有一个很小的测压孔, 旋转时可测得不同角度时表面上的压力分布,积分后（公式：2-6）即可求得C D 值。 θ

?θπd ）ρυ－P P （C 静

θD cos 2

21220∞∞?=

（2-6）

式中：P θ——在θ角度位置上，测压孔测得的压力。而2

2

1∞ρυ值。图2-2

由测得来流的全压力和静压力之差求得。即P ∞全－P ∞静=

22

1∞ρυ 三、实验设备

主要设备同实验一，只要把不同的实验段安置在实验装置上即可。实验原理如图2-3。在实验段的入口和出口处，用毕托管和斜管微压计测得来流速度、来流静压和尾流静压、速度分布。转动圆柱体，测得取压孔在不同角度上表面的压力分布。

四、验内容

1.通过测量来流静压、来流速度、尾流静压、尾流速度分布值，根据公式（2-5） 求得阻力系数C D 的值。

2.通过测定圆柱体表面上的压力分布，根据公式（2-6）求得阻力系数C D 的值。

五、实验数据及处理

①室温t =

℃

②大气压力= ③圆柱体直径d = 30mm

④毕托管校正系数ξ=

⑤来流的全压力P ∞全= mm 水柱 ⑥流的静压力P ∞静= mm 水柱 ⑦尾流的静压力P 静= mm 水柱 ⑧流通截面宽度之半 = 50 mm

⑨流通截面长度之半L =25 mm 1. 利用测量尾流速度分布来确定C D 值

来流速度计算公式：ρ

）ξ

－P （P .υ

静全∞∞∞

?=

8192

同理计算尾流速度：ρ

）ξ

－P （P .υ静全8192?=

而）

（t .P P RT P ρ静大气绝

2732287++=

=

，将实验数据整理成表2-1，（供参考） 表2-1

C D 值由公式（2-5）求出：

C D =η）d υυ－（d h ρυ）－P （P d h 静静22

11212212∞

+-∞∞?+ 其中：η）d υυ－（22

11

1∞

+-?值可采用下列方法之一求得：

（1）将图画在方格纸上，用数格的办法求其面积，参考图2-4。 （2）用面积仪求得其面积； （3）用计算机求得其面积；

2．利用测得圆柱体表现上的压力分布来确定C D 值。

C D =

θθd C P πcos 2120? 其中：C P =22

1∞

∞ρυ

　－ＰP 静

θ为压力系数，

将数据整理成表2-2、图2-5 （供参考）

图2-4 图2-5

表2-2

六、实验要求

1．实验前预习与实验有关的知识，写出实验预习报告。 2．实验报告的内容一定要包含原始数据和结果。（阻力系数的值）

七、讨论

通过沿圆柱体的表面压力测量和尾流速度的测量而得到的阻力系数分别为：1

D C 和

2D C ，一般来说，1D C 值比较标准、可靠、而测得的2D C 由于紊流影响，压力计读数很

不稳定，因而影响实验的精度，同时测量平面到圆柱体的距离太近，由于紊流的影响，测量平面处静压力的不均匀分布，也可能是造成误差的一个原因。最后在推导式（2－3）过程上曾忽略了壁面摩擦阻力，也会对结果带来一定的影响。 八、思考题

1．如果在圆柱体的后面加上一个流线型的尖尾，其阻力是增大还是减小？ 2．如果圆柱体的表面很粗糙，其阻力是增加还是减小？

实验三流体能量转换——伯努力方程应用

一、实验目的

1．加深对“无粘性，不可压缩流体沿管道作稳定流动时其总能量（即动压能、静压能和位压能之和）保护不变”的伯努利方程的理解。

2. 了解实际流体由于粘性的存在和附面层的产生，在运用伯努力方程式进行计算所造成的偏差。

二、实验原理

理想流体在管道内作稳定流动时，遵守能量守恒定律——伯努利方程。

Z 1ρg ＋P 1＋

ρυρρυ2

＋

P ＋Z 2

22

222

1g ==常数（3－1）

或者写为：

Z ρg ＋P ＋

ρυ2

2

＝常数（3－2）

考虑气体的密度很小，在高度变化不大的情况下，略去位压能的影响，则：

P ＋

022

P ρυ=（总压能）（3－3）

即：

ρ

－P）

（P υ02=

（3－4）

而实际流体都具有粘性，在流动过程中有能量损失，其能量平衡方程式：

Z 1ρg ＋P 1＋

失h P g ＋2

＋

＋Z 2

2

2

222

1ρυρρυ=（3－5）

或写为：P 01=P 02＋h 失

截面2处的总压能不再等于截面1处的总压能，沿途有能量损失。该实验通过测量流体流过一个截面逐渐收缩的锥体、截面不变的喉管和截面逐渐扩大的锥体的实验段，动压力和静压力因截面不同的变化及相互转换的关系，深入理解能量转换规律。为了更清楚地表明其转换关系，选取喉管处，即最小截面处的流速υt 为标准，这时得到： V t =ρ

）

－Ｐ（P t 02，任意截面的速度与喉管速度之比：

t

t P P P P V V

--=

00（3－6）

式中：P t ——喉管处的静压力。

如果将流动看成是一维管流，即认为在管道任一横截面上的流速都是均匀的，同时管道的横截面是变化的，根据连续性方程可以写为：

Q=V ×A= V t ×A t 即：

A

A V V

t t =（3-7） 由于实验段的深度是一定的，仅是其宽度发生变化，所以横截面之比即为宽度之比。

（3-7）式可以写成：

B

B V V t

t

（3-8） 式中：B t ——喉管处的截面宽度。 B ——任一截面的宽度。

将实验测得结果代入（3－6）式与理论计算结果（3－8）式相比较，即可验证伯努利方程能量转换的关系。

三、实验设备

实验设备同实验一，换上实验三所需实验段即可。如图3－1所示。

图3－1

实验段尺寸如下：

上口宽度：B 1=98mm ；上锥体高度：H 1=180 mm ；喉管宽度：B 2=50 mm 喉管高度：H 2=50 mm ；下口宽度：B 3=98 mm ；下锥体高度：H 3=80 mm 高度X 与宽度B 之间的关系为：下锥体：B= B 3－（B 3－B 2）

3

H x 喉管：B=B 2（H 3＜x ＜H 2＋H 3）；上锥体：B= B 2＋（B １－B 2）

1

32）

＋－（H H H x

四、实验内容

1．根据能量守恒定律原理，用理论计算的方法（3－8公式）推导从实验段入口（x=0）到实验段出口（x=310 mm ）中心速度的变化规律

（每隔20mm 一点，绘成图，其坐标如图3－2所示）。 2. 用毕托管从实验段入口（x=0）到出口（x=310 mm ）

沿管道中心每隔20mm 测一点，绘出速度变化规律图。 （说明：两条曲线绘在同一张坐标低上）

五、实验数据处理

大气温度t = ℃；毕托管校正系数ξ= 空气密度ρ= （Kg/m 3）

1．数据处理图3-2

P 动=（P 全－P 静）[mm 水柱]=9.81（P 全－P 静）[N/m 2]

ρ

）ξ

－P （P .υ静全8192?=

2．实验数据整理

将实验测试、理论计算数据整理成表格(参考表格见表3-1），根据表格中的数据 绘图。（坐标系统如图3－2）

表3-1

六、实验要求

1．预习实验内容，实验前写出实验预时报告。

2．实验数据整理成的表格形式可以任意，但一定要完整、清楚。表3-1可供参考。

七、讨化

由测得结果可以看出：沿管道长度方向上的全压力下降很少。入口处与出口处的全压力非常接近，而这时静压力和动压力的变化却非常大，这就很好地证明了流体流动时，能量守恒与转换原理——伯努利方程的正确性。

通过实验和理论计算所得数据还可以看出：由测得压力变化算出的速度比( V 测/V 喉)和由宽度变化计算出的速度比( V 计/V 喉)，在收缩段和喉管处数值非常接近，图示曲线比较吻合，而在扩张段则出现较大的偏差，越向出口端，其偏差越大，造成这种偏差的原因是由于附面层影响。在收缩段和流速较快的喉管，附面层较薄，故其对速度比(V 测/V 喉)的影响较小。而在扩张段，附面层厚度不断增厚,故其影响也就增大。由于附面层中流体速度逐渐降低，当壁面粘附层具有一定厚度（可达2－3毫米）时,实际上就等于减小了管道的宽度, B

喉

/B 值增大。这就是为什么根据管道宽度变化B 喉/B 计算得到的( V/V 喉)计算值与测量得到的

( V/V 喉)测量值差别的原因。 八、思考题

1．从绘出的两条曲线图上看：从喉部出口开始到实验段出口结束，两条曲线（理论计算和实际测量）之间的距离逐渐拉大，除了上述的附面层影响外，还受哪些因素影响？

实验四园形湍流自由射流

一、实验目的

1．了解圆形湍流自由射流的速度分布规律。

2．加深对圆形湍流自由射流中断面“动量流量不变”概念的理解。

二、实验原理

射流根据不同的特征可分为层流射流与湍流射流。本实验要解决的主要问题是：确定湍流射流的速度分布及射流的扩展范围。湍流射流的基本特点是：射流在形成稳定的流动形态后，沿流向分成初始段和基本段（自模化段），在初始阶段中有一等速三角区（核心区)，其速度V m 等于喷出口速度V∞。等速区外为混合区。由于湍流的脉动，沿流向射流流股不断卷吸四周的流体而逐渐扩大，中心速度逐渐衰减，但仍为最大值。基本段速度分布的特点是在各截面具有速度相似的规律，即具有自模化的性质，以上所述的射流分布特点可用下图4-1表示。

图4-1

由于射流流股对周围流体的卷吸作用，使得流股的质量流率逐渐增加，但射流流股的动量则是守恒的，这是因为沿射流轴向不存在力的作用。在射流初始段，射流的三角区内速度保持与出口速度υ∞一致。

即：

）（

∞

υυm

=1 在基本段，射流中心速度V 0与距喷口距离X 成反比。

x

C Vm V =0 其中：C ──系数

另外，在射流基本段上任一点的速度分布可用半径经验公式表示为：

25.10])(1[R

r

V V -=（4-1）

其中：V ——r 点处的速度；

V 0——截面轴心的速度； r ——截面上任意点至轴心距离； R ——截面上的射流半径（半宽度）

流体通过某一截面上的流体流量流率为：m =πrdr ρυR

20? 而通过整个射流流股截面的动量流率为：J =dr r ρR πυυ20?

若射流以均匀速度从喷口喷出，则园管出口处的质量、动量流率分别为：

M=∞ρυπR 2；J 0=2

2∞ρυπR （R ——喷口半径）

三、实验设备

实验设备同实验一，换上实验四所需实验段即可，实验系统如同4－1所示。 圆形湍流射流是从圆短管内流出，圆短管半径R=33mm ，毕托管安装在上下左右可以移动的坐标架上，静压力和全压力由毕托管、斜管（或U 型管）压力计测出。

图4－1

四、实验内容

1．从射流出口的中心处（X=0）开始，并记下轴向坐标X 和径向尺寸r 的值，作为计量的开始点，然后将风量调到一定值并保持不变，待系统稳定后，沿射流轴向每隔20mm 测一个数据，（从x=0到x=300）可得到射流中心速度的衰减规律。

2．选择三个不同轴向长度x 作为测量截面，沿射流径向每隔5mm 测一个数据，测到

边界为止，可得到不同截面径向速度分布规律。

五、实验数据整理

圆管出口处P ∞全= mm 水柱； P ∞静= mm 水柱；出口速度V∞= 米/秒； 空气温度= ℃；空气密度ρ=（Kg/m 3）毕托管校正系数ξ= 气体的速度V =

ρ

－P P 静全)

(81.92???ξ米/s ；

把实验记录数据整理成表格。形式自己确定（表4-1、4-2作参考）

表4-1 沿轴向x 方向的中心速度规律数据表（可以与表格不同）

其中：V 0——轴心速度；V ∞——圆管中心出口速度（即：x=0时的速度） 表4-2 沿不同的射流截面径向速度分布数据表

其中：V 0——测量截面上轴心速度；

V ——测量截面上离轴心距离为r 点处的速度；

根据实验所得数据，可以绘成所需要的曲线图。下面以r/R 为横坐标，R

r

)(

∞υυ为坚坐标，则可表示成右侧的函数图象 形式(图4-2所示)。

其中：

r —— 截面上任意点至轴心距离； R —— 射流圆管半径；

V —— 截面上与r 相对应的速度；图4-2 V ∞——射流出口速度；

六、实验要求

1．预习实验内容，并写实验预习报告。

2．射流中心速度的衰减规律图的横坐标为X ，坚坐标为V （所测中心速度）。 3．不同的射流截面的径向速度分布图的横坐标为热r /R ，坚坐标为V/V o

其中: V —— r 点处的速度；

V 0 —— 截面轴心的速度； r —— 截面上任意点至轴心距离； R —— 截面上的射流半径;；

实验五管道内气体速度分布实验

一、实验目的

1．了解气流在管道中的流动规律。

2．掌握利用毕托管、微压计怎样选点测定管道内气流速度分布的方法。

二、实验基本原理

对于不可压缩的理想流体，流体质点微团沿水平管道流动时，其流动的位压 能保持不变，静压能和动压能之和为常数——称之为全压能。原理公式如下：

ρ2

2

V －P P =静全（5-1）

式中：P 全——测点气流的全压（N/m 2

）； P 静——测点气流的静压（N/m 2

）； ρ——被测气体的密度（Kg/m 3）

。 在湍流运动中，流体质点微团之间通过脉动相互剧烈地交换着能量、动量和质量，从而产生了湍流扩散、湍流摩阻和湍流热传导。它们的强度比起分子运动所引起的扩散、摩阻和热传导大得多。所以湍流一旦发生后，其运动性质就和层流大不相同。对圆管流动来讲，由于激烈掺混的结果，管内的速度分布曲线为对数型曲线。即在管壁附近出现极大的速度梯度，而在其他区域，速度几乎是一常数。如图5－1。

图5－1 湍流圆管内的速度部面图5－2 实验原理图

三、实验装置

本实验装置安装在流体力学综合实验装置系统的送风管道上，它主要由实验段、孔 板流量计、斜管压力计、U 型管压力计、进气碟阀构成。管道内直径为200mm ，材质为透明有机玻璃，实验时把毕托管从密封的测压孔插入，并将毕托管上的全压孔和静压孔连接到斜管微压计或U 型管压力计上，见实验原理图5－2。

四、实验内容

1．在三个不同的流量下，测出道管内某截面的速度分布规律（绘成曲线图）。 2．分析不同的流量与速度分布规律的关系。

五、实验步骤

1. 实验前，检查电源插头是否完好，风机进气阀要处于关闭状态。一切正常后合上电源

开关，风机启动，然后缓慢打开风机进气阀，待风量稳定后即可进行实验。（提示：风量由孔板流量计确定）

2. 把初测点（第一测点）放在管壁上，并记下坐标值（提示：毕托管的全压孔一定要对准气流来流方向且与流向平行），待斜管微压计（测风速动压力）和U 型管压力计（测流量压力差）稳定后，记下压差值。然后沿管道径向移动20mm 测第二点，总共测11点（每隔20mm 测一点）。

3．调整进气阀（改变空气流量）重复步骤2过程。 4．实验做完后，先关闭风机进气阀，再关闭电源开关。

六、实验数据处理

1．实验空气流量的确定：

ρπ

ε

β/24

12P d －C Q ４

?=

（5-2）

其中：Q —— 空气流量 m 3/h C —— 流出系数：0.605316

ε—— 可膨胀性系数：0.988468 β——节流的直径比：0.546

d —— 节流件开孔直径d 20∶109mm

△P ——进出孔板流量计的压差，Pa （由U 型管压力计测量确定）

ρ——空气密度 kg/m 3

2．把记录的实验数据用表格形式表示。（表格形式，自由确定，但一定要完整，清楚） 3．根据实验数据绘制实验曲线（三个流量下的三条管道速度分布曲线）。 4．分析不同流量与速度分布规律的关系。

七、实验要求

1．实验前，必须写实验预习报告。

2．计录数据表格自由设计。（反映在预习报告中）

3. 三条速度分布曲线绘制在同一坐标中（每条曲线必须注明流量）。

实验六绕流机翼表面的压力分布测定

一、实验目的

（1）学习测量流体绕流机翼时，机翼表面压力分布的方法。 （2）测定在不同冲角下机翼的表面压力分布。

二、实验原理

将机翼置于均匀定常的气流中，在机翼的表面可以测得其压力分布。测定实际流体绕机翼的压力分布具有很大的实际意义，因为压力分布反映了机翼的真实绕流特性。由压力分布曲线可以得到此机翼的升力系数和机翼表面的速度分布。

机翼表面压力分布常用无因次压力系数C P 来表示。即

∞∞

∞∞--=-=h h h h V P P CP 01212/1ρ

其中 V ∞——无穷远处流体速度 [m/s]

h 0——气体来流总压p 0的测量值（表压）[mmH 2O] h ∞——气体来流静压p ∞的测量值（表面）[mmH 2O]

h 1——机翼表面上某一点压力p 1的测量值（表压）[mmH 2O]

实验条件下的雷诺数为：v

b

V ∞=Re

其中：b ——机翼的弦长[m]

ν ——气流运动粘性系数[m 2/s]

ρ

μ=

v 对空气]·)[

000015.00028.01(1072.122

5m

S

N t t -+?=-μ t ：为气流温度[℃]

三、实验设备

图6-1 实验装置简图（测压计未示出）

实验装置见简图6-1，实验风洞为吸气式风洞。它是由一台风机将空气经过收敛段、工作段、过渡段，最后通过风机排入大气。在工作段内可得到平行均匀的气流。调节风机出口的风门可以改变气流速度。在工作段内装有速度测针一根，可以测得h 0和h ∞（或h 0－h ∞和h ∞）。实验时将实验用的机翼模型装入工作段内，在此机翼上沿机翼表面开有24个测压小孔，并在其端部引出其测压接管。将这些测压接管与多管倾斜压力计相连，就可测得机翼表面的压力分布。机翼是NACA 4412型线，测点位置如下图。测点的X 座标见表6-1、6-2

机翼表面24个测点的位置表6-2

（1）首先熟悉实验设备各部分的作用与调节方法，

（2）将多管压力计的水平泡调到中心位置。检查各压力管内是否有气泡，有汽泡应排出。

使各压力管的水柱高度齐平。将单管倾斜压力计的水平泡调到中心，并使液面为零，记下有关初始数据。

（3）将速度测针测静压的接管通过三通，一端与多管压力计的一支管相连，以测得来流静

压h∞；另一端与单管倾斜压力计的（－）端相接，而测针测总压的接管与单管倾斜压力计的（+）端相接，这样测得来流动压（h 0－h∞）。 （4）将机翼24个测点的测压接管顺次与多管倾斜压力计相接。

（5）开启风机，记下（h 0－h∞）、1h h '∞和ι各值，同时记下多管压力计中通大气管的

液面值（参考零位值），1h h '∞和ι与此零位值的差值即为h∞和h 1。 （6）暂时停机，改变机翼的冲角α。

（7）启动风机，再次测量在α冲角下的机翼表面压力分布。 （8）实验完毕后，关闭风机。

五、实验报告内容

（1）实验数据整理：把实验结果整理成表6-3的形式

（2）以C p 为纵座标，x/L 为横座标，作出在不同冲角下的C p =f （x/L ）的分布曲线。 试验段长= [m]； 大气压力P A = [N/m 2]； 机翼长L= [m] 试验段宽= [m]； 室温t= [℃]； 空气运动精度v = [m/s] 试验段高= [m]； 气体密度ρ= [kg/m 3]

表6-3

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

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

工程流体力学基础作业答案

工程流体力学基础作业 1-9 已知椎体高为H ，锥顶角为α2，锥体与锥腔之间的间隙为δ，间隙内润滑油的动力黏度为μ，锥体在锥腔内以ω的角速度旋转，试求旋转所需力矩M 的表达式。 解：以锥顶为原点，建立向上的坐标z δμτv = αωωtan z r v == 4cos tan 2d cos tan 2d tan cos tan 2d cos 24 303302202 H z z z z z z r M H H H ααδωπμα δαπμωδαωμααπτα π====???

1-10 已知动力润滑轴承内轴的直径2.0=D m ，轴承宽度3.0=b m ，间隙8.0=δmm ，间隙内润滑油的动力黏度245.0=μPa ·s ，消耗的功率7.50=P kW ，试求轴的转速n 为多少？ 解：力矩 ωδ μππδωμτ422223b D D Db D D A D F T =??=== 角速度 ω μπδω143b D P T P == μ πδωb D P 34= 转速 283042602603=== μπδπωπb D P n r/min

2-10 如果两容器的压强差很大，超过一个U 形管的测压计的量程，此时可 以将两个或两个以上的U 形管串联起来进行测量。若已知601=h cm ， 512=h cm ，油的密度8301=ρkg/m 3，水银的密度136002=ρkg/m 3。试求A 、B 两点的压强差为多少？ 解：A 1A 1gh p p ρ+= 1212gh p p ρ-= C 123gh p p ρ+= 2234gh p p ρ-= ()2B 14h h g p p B --=ρ

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

大学工程流体力学实验-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z p ，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p B 0 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 p B 0 ，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0 。 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h0 ，由式w h w 0h0 ，从而求得0 。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，为表面张力系数；为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水， 0.073N m ，0.0098N m3。水与玻璃的浸润角很小，可以认为cos 1.0。 于是有 h 29.7 d （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10 mm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；当采用有机下班玻璃作测压管时，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 和水箱中的液体而言，该水平面不是水平面。

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

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。

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 ，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

工程流体力学第二版标准答案

工程流体力学 第二章 流体静力学 2-1．一密闭盛水容器如图所示，U 形测压计液面高于容器内液面h=1.5m ，求容器液面的相对压强。 [解] gh p p a ρ+=0 kPa gh p p p a e 7.145.1807.910000=??==-=∴ρ 2-2．密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa 。压力表中心比A 点高0.5m ，A 点在液面下1.5m 。求液面的绝对压强和相对压强。 [解] g p p A ρ5.0+=表 Pa g p g p p A 49008.9100049005.10-=?-=-=-=ρρ表 Pa p p p a 9310098000490000 =+-=+=' 2-3．多管水银测压计用来测水箱中的表面压强。图中高程的单位为m 。试求水面的绝对压强p abs 。 [解] )2.13.2()2.15.2()4.15.2()4.10.3(0-+=-+---+g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ1.13.11.16.10+=+-+ kPa g g p p a 8.3628.9109.28.9106.132.2980009.22.2330=??-???+=-+=水汞ρρ

2-4． 水管A 、B 两点高差h 1=0.2m ，U 形压差计中水银液面高差h 2=0.2m 。试求A 、B 两点的压强差。（22.736N ／m 2） [解] 221)(gh p h h g p B A 水银水ρρ+=++ Pa h h g gh p p B A 22736)2.02.0(8.9102.08.9106.13)(33212=+??-???=+-=-∴水水银ρρ 2-5．水车的水箱长3m,高1.8m ，盛水深1.2m ，以等加速度向前平驶，为使水不溢出，加速度a 的允许值是多少？ [解] 坐标原点取在液面中心，则自由液面方程为： x g a z - =0 当m l x 5.12-=- =时，m z 6.02.18.10=-=，此时水不溢出 20/92.35 .16 .08.9s m x gz a =-?-=-=∴ 2-6．矩形平板闸门AB 一侧挡水。已知长l=2m ，宽b=1m ，形心点水深h c =2m ，倾角α=45，闸门上缘A 处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力。 [解] 作用在闸门上的总压力： N A gh A p P c c 392001228.91000=????=?==ρ

土木工程流体力学实验报告谜底

实验一 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 ，，由能量方程可得 21v v =∑=0j h ? ?? ? ??+-???? ?? +=-γγ221121p Z p Z h f 1 112222 1 6.136.13H H h h H h h H p p +?-?-?+?+?-?+-= γ γ 1 12226.126.12H h h H p +?+?+-=γ ∴()()1 22211216.126.12h 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。 ～曲线的斜率m=1.0～1.8，即与成正比，表明流动为层流 f h l g v lg f h 8.10.1-v （m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。 卷连接管口处理高中资电保护进行整核对定值试卷破坏范围，或者对某

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。

工程流体力学(含实验演示)

工程流体力学（含实验演示） 一、选择题 (共26题) 1、 以下物理量中,量纲与运动粘度相同的是（） A、 动力粘度 B、 粘性力 C、 压强与时间的乘积 D、 面积除以时间 考生答案：D 2、 在源环流动中,等势线是（） A、 平行直线 B、 同心圆 C、 过圆心的半辐射线 D、 螺旋线 考生答案：D 3、 己知某井筒环形截面管路的内径d1为10cm,外径d2为15cm,则水力半径与之相等的圆形截面的管路半径为（） A、 2.5 B、 5 C、 7.5 D、 10 考生答案：B 4、

并联管段AB有3条管线并联,设流量Q1>Q2>Q3,则三段管路水头损失的关系为（）A、 B、 C、 D、 考生答案：B 5、 以下物理量中,量纲与动力粘度相同的是（） A、 运动粘度 B、 粘性力 C、 密度 D、 压强与时间的乘积 考生答案：D 6、 在点汇流动中,等势线是（） A、 平行直线 B、 同心圆 C、 过圆心的半辐射线 D、 螺旋线 考生答案：B 7、 己知某管路截面为正方形,边长为12cm,其水力半径为（） A、 12cm B、 6cm C、 4cm D、 3cm

考生答案：D 8、 理想流体是一种通过简化得到的流体模型,在理想流体中不存在（） A、 体积力 B、 惯性力 C、 压力 D、 粘性力 考生答案：D 9、 以下物理量中,量纲与应力相同的是（） A、 动力粘度 B、 总压力 C、 压强 D、 表面张力 考生答案：C 10、 在纯环流中,等势线是（） A、 平行直线 B、 同心圆 C、 过圆心的半辐射线 D、 螺旋线 考生答案：C 11、 己知某管路截面为正方形,边长为10cm,则其水力半径为（） A、 2.5 B、 5 C、 7.5

流体力学实验指导书

篇一：流体力学实验指导书1 流体力学（水力学） 实验指导书 黎强张永东编 西南大学工程技术学院建筑系 二零零八年九月 流体力学综合实验台简介 流体力学综合实验台为多用途实验装置，其结构示意图如图1所示。 图1 流体力学综合试验台结构示意图 1.储水箱 2.上、回水管 3.电源插座 4.恒压水箱 5.墨盒 6.实验管段组 7.支架 8.计量水箱 9.回水管 10.实验桌 利用这种实验台可进行下列实验：一、雷诺实验；二、能量方程实验； 三、管路阻力实验；1．沿层阻力实验2．局部阻力实验；四、孔板流量计流量系数和文丘里流量系数的测定方法；五、皮托管测流速和流量的方法。 一、雷诺实验 1．实验目的 （1）观察流体在管道中的流动状态；（2）测定几种状态下的雷诺数；（3）了解流态与雷诺数的关系。 2．实验装置 本实验的实验装置为：（1）流体力学综合实验台；（2）雷诺实验台。 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、雷诺数实验管、阀门、伯努力方程实验管道、颜料水（蓝墨水）盒及其控制阀门、上水阀、出水阀，水泵和计量水箱等，秒表及温度计自备。 雷诺实验台部件种类同综合实验台雷诺实验部分。 3．实验前准备 （1）、将实验台的各个阀门置于关闭状态。开启水泵，全开上水阀门，把水箱注满水，再调节上水阀门，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不变。（2）、用温度计测量水温。 4．实验方法（1）、观察状态 打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针流出，颜料水和雷诺实验管中的水迅速混合成均匀的淡颜色水，此时雷诺实验管中的流动状态为紊流；随着出水阀门的不断的关小，颜料水与雷诺实验管中的水渗混程度逐渐减弱，直至颜料水与雷诺实验管中形成一条清晰的线流，此时雷诺实验管中的流动为层流。（2）测定几种状态下的雷诺系数 全开出水阀门，然后在逐渐关闭出水阀门，直至能开始保持雷诺实验管内的颜料水流动状态为层流状态。按照从小流量到大流量的顺序进行实验，在每一个状态下测量体积流量和水温，并求出相应的雷诺数。 实验数据处理举例： 设某一工况下具体积流量q=3.467×10-5m3/s，雷诺实验管内径d=0.014m，实验水温t=5℃，查水的运动粘度与水温曲线，可知微v=1.519×10-6m2/s 。q3.467?10?5 ?0.255m/s 流速 v?? f ?0.01424 ?6?207 5 根据实验数据和计算结果，可绘制出雷诺数与流量的关系曲线（图2）。不同温度下，对应的曲线斜率不同。 3）测定下临界雷诺数 调整出水阀门，使雷诺实验管中的流动处于紊流状态，然后缓慢地逐渐关小出水阀门，观察管内颜色水流的变动情况。当关小某一程度时，管内的颜料水开始成为一条线流，即为紊流

工程流体力学实验报告之实验分析与讨论

工程流体力学实验报告之分析与讨论 实验一流体静力学实验 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水界面至油面的 垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 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