2022年2022年流体力学课程实验指导书 .pdf

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1、. .页脚流体力 学实验赵超编 写适用专业：环境工程专业厦 门 理 工 学 院 环 境 工 程 系2011 年 06 月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚前言一、实验的意义和目的实验是流体力学课程的组成部分之一。流体力学问题是错综复杂的，其复杂性在于其影响因素很多。由于人们对流体运动规律认识的局限性，因此还有许多问题并非由理论分析就能解决，往往有赖于实验；在某些场合，实验已成为解决问题的主要途径。通过流

2、体力学实验教学其目的在于加强学生对流动现象的感性认识，验证所学理论，提高理论分析能力；培养基本实验进呢过，了解现代量测技术；培养严谨踏实的科学作风。二、实验须知1、实验前必须预习。预习时，应仔细阅读实验指导书及有关的教材资料，明确实验的目的、要求和有关的实验原理，了解操作步骤和有关的仪器设备，做到心中有数。2. 严肃认真的进行实验。到实验室后，必须保持安静，不得谈笑喧哗，不准碰动与本实验无关的设备。实验时，应按实验书的要求，全神贯注地按步骤进行操作，并注意多观察流体运动现象，多思考分析问题，及时记录实验原始数据。3. 保持良好的科学作风，实验时，应尊重原始数据， 不得任意更改；实验后，应进行必

3、要的检查和补充，经指导教师同意后，方可离开实验室；应及时整理实验数据，认真编写实验报告。由于时间仓促，水平有限，书中的缺点和错误在所难免，恳切希望读者批评指正。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚目录实验一、流体静压强实验实验二、平面静水总压力实验实验三、能量方程实验实验四、动量方程实验实验五、沿程水头损失实验实验六、局部水头损失实验名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

4、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚实验一：静水压强实验实验学时： 1 课时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的1、验证静止液体中，CgpZ。2、建立液体表面压强app0，app0的概念，并观察真空现象。二、实验仪器三、实验原理、方法和手段静水压强测定及静水压强基本方程ghpp0 (1) CgpZ (2) Z - 被测点在基准面以上的位置高度；p - 被测点的静水压强；0p- 水箱中液面的表面压强；h-被测点的淹没深度名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -

5、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚利用等压面与连通器原理。四、实验组织运行要求采用分组集中授课形式五、实验条件（1）app0（2）app0（3）app0六、实验步骤1、将调压桶放置适当高度，打开排气阀，使水箱中的液面与大气相通，待测压管水位稳定后，观察各压差计的液面位置，验证等压面原理。2、关闭排气阀，调整调压桶位置，使水箱上部app0，观察各测压管液面高度变化，并测液面标高，继续提高调压桶，再做两次。3、打开排气阀与大气相通， 待液面稳定后，再关闭排气阀

6、，将调压桶降至一定高度，此时app0，观察各测压管的液面变化，并测液面标高，重复两次。4、讲调压桶调至适当位置，打开排气阀，结束实验。七、思考题1、同一静止水内的测压管水头线是根什么线？2、绝对压强与相对压强、真空值的关系是什么？八、实验结果与数据处理实验条件各测压管液面标高读数（）1 2 3 4 5 6 1 app2 p0pa3 4 5 p0pa名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚6 7 实验二：平面静

7、水总压力实验实验学时： 1 课时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的掌握解析法与图解法，测定矩形平面上的静水总压力。二、实验仪器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚三、实验原理、方法和手段作用在平面上的静水总压力解析法的计算公式：ApPccp- 形心处压强A-平面面积由力矩平衡原理：10*LFLG10LLGF名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

8、- - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚四、实验组织运行要求采用分组集中授课形式五、实验步骤1、熟悉仪器，记录砝码到支点的距离0L、扇形体宽度B、扇形体底部到支点的垂直距离 L 。2、调整底座螺丝，使仪器水平。3、调整平衡锤，使平衡杆处于水平状态(杆下缘与红色箭头平齐 )。4、打开进水阀门 k，放水进入水箱，待水流上升到一定的高度，关闭k。5、加砝码到砝码架上，使平衡杆恢复到水平状态。如有微差，则再加水或放水直至平衡为止。6、记录砝码质量 M，同时记录水位刻度数。7、计算受力面积 A 8、利用图解法计

9、算静水总压力作用点位置、作用点至支点o 的垂直距离1L。9、根据力距平衡公式，求出铅垂平面上所受的静水总压力F；同时用静水压力理论公式求出相应铅垂平面上的静水总压力P。10、重复上述步骤 6 次，水位读数在 100 mm 以上做三次，以下做三次，共名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚做六次。11、将砝码放入盒中，打开放水阀门，将水排净，实验结束。六、思考题1、仔细观察刀口位置，与扇形体有何关系，并说明为何

10、要放在该位置? 2、如将扇形体换成正方体能否进行试验?为什么 ? 七、实验结果与数据处理0L=_, B=_， L =_, 实验次数砝码质量（g）水位（mm）受力面积（m2）压力作用点位置e（mm）静压力力臂（mm）静水压力（F）解析法计算出的 P 1 2 3 4 5 6 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚实验三：能量方程实验实验学时： 1 课时实验类型：验证名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -

11、- - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚实验要求：必修一、实验目的1、观察恒定流动情况下，有压管流的能量转换特性，加深能量方程物理和几何意义的理解。2、测定并绘制管道的测压管水头线及总水头线，验证能量方程；二、实验内容验证能量方程实验三、实验原理、方法和手段能量方程（伯努利方程）的验证Whgvgpzgvgpz222222221111四、实验组织运行要求采用分组集中授课形式五、实验条件名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

12、- - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚1.潜水泵2.蓄水箱3.溢流管4.给水调节阀5.上水箱6.溢流板7.水堰板8.实验管9. 测压管10.调节阀11.活动计量管12.回水箱13.计量杯14.回水管15.实验桌六、实验步骤1、开动水泵，使水箱充水并保持溢流，使水位恒定。2、关闭尾阀 K，检查测压管与毕托管的液面是否持平，3、打开尾阀 K，量测测压管与毕托管水头。继续打开尾阀K，重复两次。七、思考题1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？2、流量增加，测压管水头线有何变

13、化？为什么？八、实验结果与数据处理量测)(gpZ，计入下表测点编号序号1 2 3 4 体积cm3时间s 测压管毕托管测压管毕托管测压管毕托管测压管毕托管1 2 3 流速水头Q1= (cm3/s) Q2= (cm3/s) Q3= (cm3/s) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚管径d (cm) A (cm2) v(cm/s) gv2/2(cm) A (cm2) v(cm/s) gv2/2(cm) A

14、(cm2) v(cm/s) gv2/2(cm) 1d2d3d4d总水头)2(2gvgpZ测点编号1 2 3 4 Q(cm3/s) 实验次序1 2 3 单位 :cm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 28 页 - - - - - -

15、 - - - . .页脚实验四：动量方程实验实验学时： 1 课时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的通过射流对平板的作用力方法验证恒定动量方程二、实验内容验证动量方程实验三、实验原理、方法和手段取喷嘴出口断面， 与平板接触的为控制面， 对 X 轴列动量方程：)(101202XXXXvavaQRF式中：XR 平板对水流的反作用力；Xv1喷嘴出口平均流速在X 轴的投影，即流速；Xv2断面平均流速在X 轴的投影，取 0；由对转轴计算力矩M 求得XR 。M=11*QvLLRX式中：1L水流冲击点至转轴的距离；d 喷嘴的内径；v 喷嘴出口的平均速度。添加砝码得到实测力矩OM：2* LGMO名师资料总

16、结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚式中： G砝码重量；2L 砝码作用点到转轴的距离。四、实验组织运行要求采用集中授课形式五、实验条件1.实验水箱2.控制阀门 3.高位水孔4.低位水孔5.砝码 6.转动轴承7.挡板 8.固定插销 9.水平仪 10.喷嘴 11.水泵 12.水箱 13.挡水板 14.实验台支架六、实验步骤(1)在拉链端部加重量50 克砝码，然后开启并调节阀门， 使平板保持垂直位置，名师资料总结 -

17、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚记下砝码位置，用体积法测流量；(2) 改变砝码重量，重复步骤(1)。七、思考题反射水流的回射角度若不等于90o，会对实验结果产生什么影响？八、实验结果与数据处理仪器常数： d= cm，L1= cm，L2= cm G (N) )(2MNLGMOW (m3) t (s) Q (m2/s) v(m/s) )(NQvRX)(1MNLRMXM0/M (%) 1 2 3 名师资料总结 - - -精

18、品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚实验五：沿程水头损失实验实验学时： 1 课时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的1加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律2掌握管道沿程阻力系数的量测

19、技术和应用压差计的方法；二、实验内容验证沿程水头损失公式三、实验原理、方法和手段由达西公式gdlhf22得沿程阻力系数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚222vhKvhldgff其中：ldgK2对于水平放置的等直径圆管，由能量方程可得：gpphf21四、实验组织运行要求采用集中授课形式五、实验条件d1=mmd2=mm,d3=mm1.水泵2.循环水箱3.前调节阀门4.稳压罐5. 压差板6. 后调节阀门7

20、.计量移动管8. 回水箱9. 计量杯10.回水管11.实验桌本装置有下水箱、自循环水泵、供水阀、稳压罐、实验管道、流量调节阀，计量水杯、回水管、压差计等组成。实验时应将管道、胶管及压差计内的空气排出，接通电源水泵启动，全开供水阀，逐次开大流量调节阀，每次调节流量时，均需稳定 2-3 分钟，流量愈小，稳定时间愈长；测流量时间不小于 8-10 秒；测流量的同时，需测记压差计、温度计 应挂在水箱中读数。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 28 页 - - - -

21、- - - - - . .页脚六、实验步骤1开启调节阀门，测读测压计水面差；2用体积法测量流量，并计算出平均流速；3调节阀门逐次由大关小，共测10 次。七、数据记录与处理常数ldgK2= 次序体积cm3时间s 流量Q cm5s 流速v cms 水温粘度cm2s 雷诺数Re压差计cm 沿程损失hf cm沿程损失系数h1h21 2 3 4 5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚6 7 8 9 10 名师资

22、料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚实验六：局部水头损失实验实验学时： 1 课时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的（1）掌握管道局部阻力系数的测定方法。（2）通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径；（3）加深对局部阻力损失机理的理解；二、实验内容验证局部水头损失公式三、实验原理、方法和手段名师资料总结 - - -精品资料

23、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚图 1 突扩突缩的局部水头损失测压管段写出局部阻力前后两断面的能量方程根据推导条件，扣除沿程水头损失可得：1）突然扩大采用三点法计算， A 为突扩点。下式中hf1-2由 hf2-3按流长比例换算得出。212222211122fjhgvgpzgvgpzhgvhj22突然扩大管理论公式221)1 (AA2）突然缩小采用四点法计算， 下式中 B 点为突缩点，Bfh3由32fh换算得出，4fBh由54fh换

24、算得出。实测2/2/4244432333fBBfjhgvpZhgvpZhguhj2/24突然缩小管理论公式)1(5 .021AA名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚四、实验组织运行要求采用集中授课形式五、实验条件图 2 实验仪器简图1.水箱 2.蓄水箱3.溢流管4.进水阀门5.有机玻璃上水箱6.水堰板7.溢流板8.突扩突缩局部阻力测试管9.测压板10.阀门阻力测试管11.测压板12.活动管13.回水箱1

25、4.计量杯15.回水管16.实验桌六、实验步骤（1）测记实验有关常数。（2）打开水泵，排出实验管道中滞留气体及测压管气体。（3） 打开出水阀至最大开度，等流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法计量流量。（4）打开出水阀开度34 次，分别测记测压管读数及流量。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚七、思考题结合实验成果，分析比较圆管突然扩大与突然缩小在相同条件下水头损失的大小关系。八、数据记录与处理记录常

26、数： L= ；D= ；d= 次序流量（ cm3/s）测 压 管 读 数 cm 体积时间流量1 2 3 4 5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚计算表阻力形式次序流量cm3/s 前断面后断面hj cm hl cmgav22cm E cm gav22cm E cm 突然扩大突然名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 28 页 - - - - - - - - - . .页脚缩小名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 28 页，共 28 页 - - - - - - - - -