1、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)趙超編寫適用專業(yè)：環(huán)境工程專業(yè)廈門理工學(xué)院環(huán)境工程系2011年06月、八刖一、實(shí)驗(yàn)的意義和目的實(shí)驗(yàn)是流體力學(xué)課程的組成部分之一。流體力學(xué)問題是錯(cuò)綜復(fù)雜 的，其復(fù)雜性在于其影響因素很多。由于人們對流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律認(rèn)識的 局限性，因此還有許多問題并非由理論分析就能解決，往往有賴于實(shí) 驗(yàn)；在某些場合，實(shí)驗(yàn)已成為解決問題的主要途徑。通過流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)其目的在于加強(qiáng)學(xué)生對流動(dòng)現(xiàn)象的感性認(rèn) 識，驗(yàn)證所學(xué)理論，提高理論分析能力；培養(yǎng)基本實(shí)驗(yàn)進(jìn)呢過，了解 現(xiàn)代量測技術(shù)；培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)作風(fēng)。二、實(shí)驗(yàn)須知1. 實(shí)驗(yàn)前必須預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書及有關(guān)的教 材資料，明確實(shí)驗(yàn)的目的、要求和有關(guān)

2、的實(shí)驗(yàn)原理，了解操作步驟和 有關(guān)的儀器設(shè)備，做到心中有數(shù)。2. 嚴(yán)肅認(rèn)真的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。到實(shí)驗(yàn)室后，必須保持安靜，不得談笑 喧嘩，不準(zhǔn)碰動(dòng)與本實(shí)驗(yàn)無關(guān)的設(shè)備。實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按實(shí)驗(yàn)書的要求， 全神貫注地按步驟進(jìn)行操作，并注意多觀察流體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，多思考分 析問題，及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)。3. 保持良好的科學(xué)作風(fēng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)尊重原始數(shù)據(jù)，不得任意 更改；實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)進(jìn)行必要的檢查和補(bǔ)充，經(jīng)指導(dǎo)教師同意后，方可 離開實(shí)驗(yàn)室；應(yīng)及時(shí)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，認(rèn)真編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于時(shí)間倉促，水平有限，書中的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，懇切希 望讀者批評指正實(shí)驗(yàn)一、流體靜壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)二、平面靜水總壓力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三、能量方程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四、動(dòng)量

3、方程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五、沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六、局部水頭損失實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一：靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證靜止液體中，Z C 0g2、建立液體表面壓強(qiáng)po Pa , Po Pa的概念，并觀察真空現(xiàn)象。、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段靜水壓強(qiáng)測定及靜水壓強(qiáng)基本方程P PoghZ C(2)gZ-被測點(diǎn)在基準(zhǔn)面以上的位置高度;P-被測點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)；Po -水箱中液面的表面壓強(qiáng)；h-被測點(diǎn)的淹沒深度利用等壓面與連通器原理。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用分組集中授課形式 五、實(shí)驗(yàn)條件(1) PoPa(2) Po Pa(3) Po Pa六、實(shí)驗(yàn)步驟1、將調(diào)壓桶放置適當(dāng)高度，打

4、開排氣閥，使水箱中的液面與大氣相通，待測 壓管水位穩(wěn)定后，觀察各壓差計(jì)的液面位置，驗(yàn)證等壓面原理。2、關(guān)閉排氣閥，調(diào)整調(diào)壓桶位置，使水箱上部 Po Pa ,觀察各測壓管液面 高度變化，并測液面標(biāo)高，繼續(xù)提高調(diào)壓桶，再做兩次。3、打開排氣閥與大氣相通，待液面穩(wěn)定后，再關(guān)閉排氣閥，將調(diào)壓桶降至一 定高度，此時(shí)Po Pa，觀察各測壓管的液面變化，并測液面標(biāo)高，重復(fù)兩次。4、講調(diào)壓桶調(diào)至適當(dāng)位置，打開排氣閥，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。七、思考題1、同一靜止水內(nèi)的測壓管水頭線是根什么線？2、絕對壓強(qiáng)與相對壓強(qiáng)、真空值的關(guān)系是什么？八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)條件各測壓管液面標(biāo)咼讀數(shù)(cm)1234561PPa23P0&g

5、t;Pa456PoVPa7實(shí)驗(yàn)二：平面靜水總壓力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战馕龇ㄅc圖解法，測定矩形平面上的靜水總壓力二、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段作用在平面上的靜水總壓力解析法的計(jì)算公式:P PcAPc-形心處壓強(qiáng)A-平面面積由力矩平衡原理：G*L。 F LiFGL0Li四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用分組集中授課形式五、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉儀器，記錄砝碼到支點(diǎn)的距離Lo、扇形體寬度B、扇形體底部到支點(diǎn)的垂直距離L 02、調(diào)整底座螺絲，使儀器水平。3、調(diào)整平衡錘，使平衡桿處于水平狀態(tài)（桿下緣與紅色箭頭平齊）°4、 打開進(jìn)水閥門k，放水進(jìn)入水箱，待水流上

6、升到一定的高度，關(guān)閉k°5、加砝碼到砝碼架上，使平衡桿恢復(fù)到水平狀態(tài)。如有微差，則再加水或放水直 至平衡為止。6、記錄砝碼質(zhì)量 M同時(shí)記錄水位刻度數(shù)。7、計(jì)算受力面積A&利用圖解法計(jì)算靜水總壓力作用點(diǎn)位置、作用點(diǎn)至支點(diǎn)o的垂直距離9、根據(jù)力距平衡公式，求出鉛垂平面上所受的靜水總壓力F;同時(shí)用靜水壓力理論公式求出相應(yīng)鉛垂平面上的靜水總壓力P°10、重復(fù)上述步驟6次，水位讀數(shù)在100 mm以上做三次，以下做三次，共 做六次。11、將砝碼放入盒中，打開放水閥門，將水排凈，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。六、思考題1、仔細(xì)觀察刀口位置，與扇形體有何關(guān)系，并說明為何要放在該位置2、如將扇形體換成正

7、方體能否進(jìn)行試驗(yàn)？為什么？七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理Lo=, B=， L =實(shí)驗(yàn)次數(shù)砝碼質(zhì) 量(g)水位 (mrh受力面 積(m2)壓力作 用點(diǎn)位置e (mr)i靜壓力力 臂(mr)i靜水壓力(F)解析法 計(jì)算出的P123456實(shí)驗(yàn)三：能量方程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察恒定流動(dòng)情況下，有壓管流的能量轉(zhuǎn)換特性，加深能量方程物理和 幾何意義的理解。2、測定并繪制管道的測壓管水頭線及總水頭線，驗(yàn)證能量方程；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容驗(yàn)證能量方程實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段能量方程（伯努利方程）的驗(yàn)證22V2Z1p121W_ Z2g2gg2g四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用分組集中授課

8、形式五、實(shí)驗(yàn)條件1.潛水泵2.蓄水箱3.溢流管4.給水調(diào)節(jié)閥5.上水箱6.溢流板7.水堰板8.實(shí)驗(yàn)管9.測壓管10.調(diào)節(jié)閥11.活動(dòng)計(jì)量管12.回水箱13.計(jì)量杯14.回水管15.實(shí)驗(yàn)桌六、實(shí)驗(yàn)步驟1開動(dòng)水泵，使水箱充水并保持溢流，使水位恒定。2、關(guān)閉尾閥K,檢查測壓管與畢托管的液面是否持平，K,重復(fù)兩次3、打開尾閥K,量測測壓管與畢托管水頭。繼續(xù)打開尾閥七、思考題1、測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢有何不同?2、流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理 量測(Z )，計(jì)入下表g點(diǎn)編號 序號1234體積3cm時(shí)間s測壓管畢托管測壓管畢托管測壓管畢托管測壓管畢托管123流速

9、水頭管徑d(cm)3Qi =(cm/s)3Q2=(cm/s)3Q3=(cm/s)A(cm2)v(cm/s)2v /2g (cm)A(cm2)v(cm/s)2v /2g (cm)A(cm2)v(cm/s)2v / 2g (cm)did2d3d4總水頭（Z專詡測點(diǎn)編號1234Q(cnVs)實(shí)驗(yàn)次序123單位:cm實(shí)驗(yàn)四：動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^射流對平板的作用力方法驗(yàn)證恒定動(dòng)量方程二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容驗(yàn)證動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段Q(a°2V取噴嘴出口斷面i i,與平板接觸的n n為控制面，對X軸列動(dòng)量方程:式中：Rx 平板對水流的反作用

10、力；V1X 噴嘴出口平均流速在X軸的投影，即流速;v2X n n斷面平均流速在 X軸的投影，取c2Xa01V1X )由對轉(zhuǎn)軸計(jì)算力矩M求得RXM=RX * L1QvL1式中：L1 水流沖擊點(diǎn)至轉(zhuǎn)軸的距離； d噴嘴的內(nèi)徑；v噴嘴出口的平均速度。添加砝碼得到實(shí)測力矩 Mo :Mo G* L2式中：G砝碼重量；L2 砝碼作用點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用集中授課形式 五、實(shí)驗(yàn)條件1. 實(shí)驗(yàn)水箱2.控制閥門3.高位水孔4低位水孔5.砝碼6.轉(zhuǎn)動(dòng)軸承7.擋板8. 固定插銷9.水平儀10.噴嘴11.水泵12.水箱13.擋水板14.實(shí)驗(yàn)臺支架六、實(shí)驗(yàn)步驟(1) 在拉鏈端部加重量50克砝碼，然后開啟

11、并調(diào)節(jié)閥門，使平板保持垂直位 置，記下砝碼位置，用體積法測流量；(2) 改變砝碼重量，重復(fù)步驟(1)。七、思考題反射水流的回射角度若不等于 90°，會(huì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生什么影響？八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理儀器常數(shù)：d= cm ，L1= cm ，L2=cmG(N)MoG L2 (N M)W(m3)t(s)Q(m7s)v(m/s)RxQv(N)MRx Li (N M)M0/M (%)123實(shí)驗(yàn)五：沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 加深了解圓管層流和紊流的沿程損失隨平均流速變化的規(guī)律2. 掌握管道沿程阻力系數(shù)的量測技術(shù)和應(yīng)用壓差計(jì)的方法；、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容驗(yàn)證沿程水

12、頭損失公式三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段由達(dá)西公式hfd 2g得沿程阻力系數(shù)2dgIhf2v其中:2dgI對于水平放置的等直徑圓管，由能量方程可得:hfPlP2g四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用集中授課形式 五、實(shí)驗(yàn)條件1.水泵2.循環(huán)水箱3.前調(diào)節(jié)閥門4.穩(wěn)壓罐5.壓差板6.后調(diào)節(jié)閥門7.計(jì)量移動(dòng)管 8.回水箱9.計(jì)量杯10.回水管11.實(shí)驗(yàn)桌本裝置有下水箱、自循環(huán)水泵、供水閥、穩(wěn)壓罐、實(shí)驗(yàn)管道、流量調(diào)節(jié)閥， 計(jì)量水杯、回水管、壓差計(jì)等組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將管道、膠管及壓差計(jì)內(nèi)的空氣排 出，接通電源水泵啟動(dòng)，全開供水閥，逐次開大流量調(diào)節(jié)閥，每次調(diào)節(jié)流量時(shí)， 均需穩(wěn)定2-3分鐘，流量愈小，穩(wěn)定時(shí)間愈長；測流量時(shí)間

13、 不小于8-10秒；測流 量的同時(shí)，需測記壓差計(jì)、溫度計(jì)應(yīng)掛在水箱中讀數(shù)。六、實(shí)驗(yàn)步驟1 開啟調(diào)節(jié)閥門，測讀測壓計(jì)水面差；2 用體積法測量流量，并計(jì)算出平均流速;3 調(diào)節(jié)閥門逐次由大關(guān)小，共測10次。七、數(shù)據(jù)記錄與處理常數(shù)K警次 序體 積3cm時(shí) 間s流量Q cm/ s流速v cm/s水溫粘度V2 cm/ s雷 諾 數(shù)R壓差計(jì)cm沿程 損失hfcm沿程 損失 系數(shù)入hih212345678910實(shí)驗(yàn)六：局部水頭損失實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：1課時(shí)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握管道局部阻力系數(shù)的測定方法。（2）通過對圓管突擴(kuò)局部阻力系數(shù)的包達(dá)公式和突縮局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公 式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與

14、分析，熟悉用理論分析法和經(jīng)驗(yàn)法建立函數(shù)式的途徑；（3）加深對局部阻力損失機(jī)理的理解；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容驗(yàn)證局部水頭損失公式三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段圖1突擴(kuò)突縮的局部水頭損失測壓管段寫出局部阻力前后兩斷面的能量方程根據(jù)推導(dǎo)條件，扣除沿程水頭損失可得:1）突然擴(kuò)大采用三點(diǎn)法計(jì)算，A為突擴(kuò)點(diǎn)。下式中hf1-2由hf2-3按流長比例換算得出hj乙2P1 V1 Z2 g 2gP2g23 h2gf 1 2hj2 v2g突然擴(kuò)大管理論公式'(1A1 )2A2)2）突然縮小采用四點(diǎn)法計(jì)算，下式中B點(diǎn)為突縮點(diǎn)，hf3 B由hf2 3換算得出，hfB 4由hf45換算得出實(shí)測2 2hjZ3P3 / V3/2ghf3bZ4P4/ V4 /2g hfB42hj/比 /2g突然縮小管理論公式'0.5（1 A1 ）A2四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用集中授課形式五、實(shí)驗(yàn)條件圖2實(shí)驗(yàn)儀器簡圖1.水箱2.蓄水箱3.溢流管4.進(jìn)水閥門5.有機(jī)玻璃上水箱6.水堰板7.溢流板8.突擴(kuò)突縮局部阻力測試管9.測壓板10.閥門阻力測試管11.測壓板12.活動(dòng)管13.回水箱14.計(jì)量杯15.回水管16.實(shí)驗(yàn)六、實(shí)驗(yàn)步驟（1）測記實(shí)驗(yàn)有關(guān)常數(shù)。（2）打開水泵，排出實(shí)驗(yàn)管道中滯留氣體及測壓管氣體。（3