流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、、靜水壓強(qiáng)量測(cè)實(shí)驗(yàn)（一）目的要求1. 掌握用測(cè)壓管測(cè)量流體靜壓強(qiáng)的技能；2. 驗(yàn)證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程；3、測(cè)定另一種液體的重率；4、要求掌握U形管和連通管的測(cè)壓原理以及運(yùn)用等壓面概念分析問(wèn)題的能力。（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備如下圖所示。|P開(kāi) 口 筒n密封箱靜水壓強(qiáng)測(cè)試儀1 23 4 5 67丫油 丫水（三）實(shí)驗(yàn)步驟及原理1、 打開(kāi)通氣孔，使密封水箱與大氣相通，則密封箱中表面壓強(qiáng)P0等于大氣壓強(qiáng)pa。那 么開(kāi)口筒水面、密封箱水面及連通管水面均應(yīng)齊平。2、關(guān)閉通氣孔，將開(kāi)口筒向上提升到一定高度。水由開(kāi)口筒流向密封箱，并影響其它測(cè)壓管。密封箱中空氣的體積減小而壓強(qiáng)增大。待穩(wěn)定后，開(kāi)口筒與密封箱

2、兩液面的高差即為壓強(qiáng)差Po -Pa二h，這個(gè)水柱高度h也等于、'、1、2及、3 2，而u形管兩液面的壓差 也應(yīng)等于po _pa。3、如果將開(kāi)口筒向下降到一定高度，使其水面低于密封箱中的水面，則密封箱中的水流向開(kāi)口筒。因此，密封箱中的空氣的體積增大而壓強(qiáng)減小，此時(shí)3<P，待穩(wěn)定后，其壓強(qiáng)差稱為真空，以水柱高度表示即為真空度：=4、 按照以上原理，可以求得密封箱液體中任一點(diǎn)A的絕對(duì)壓強(qiáng)pA。設(shè)A點(diǎn)在密封箱水面以下的深度為 h0A,在1號(hào)管和3號(hào)管水面以下的深度為 hlA和h3A, 則：p a = p 0 ' h 0A = p a ' C 1 -2 廠 h 0A二 Pa

3、 0A 二 Pah3A5、由于連通管和 U形管反映著同一的壓差，故有：p0 - Pa = O' 32)= C 54)= C 76)由此可以求得另一種液體的容重：（四）注意事項(xiàng)1首先檢查密圭寸箱是否漏氣（檢查方法自己考慮）。2、開(kāi)口筒向上提升時(shí)不宜過(guò)高， 在升降開(kāi)口筒后，一定要用手?jǐn)Q緊左邊的固定螺絲，以 免開(kāi)口筒向下滑動(dòng)。（五）量測(cè)與計(jì)算靜水壓強(qiáng)儀編號(hào);實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算（表 1.1、表1.2 ）。表1.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)名稱測(cè)壓管液面高程讀數(shù)液面高程V3燈5可6可7單位厘米厘米厘米厘米厘米厘米厘米Po >Pa1r 2Po VPa12表1.2 計(jì)算算序項(xiàng)目Po >PaPo £

4、Pa單位12121可1 可2 =可3燈2 =燈7 可6厘米2P0 =Pa +浮7 -帀6)3pa =攻 -可2)+h oa4Pa =Pa +Pa5Po Pa = 07 可6)= *(可5 -可4)6Y注：設(shè)A點(diǎn)在水箱水面下的深度 hoA厘米。（六）回答問(wèn)題1、第1、2、3號(hào)管和4、6號(hào)管，可否取等壓面？為什么？2、第1、4、6號(hào)管和1、3號(hào)管中的液面，是不是等壓面？為什么?、動(dòng)量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定管嘴噴射水流對(duì)平板或曲面板所施加的沖擊力。2、將測(cè)出的沖擊力與用動(dòng)量方程計(jì)算出的沖擊力進(jìn)行比較，加深對(duì)動(dòng)量方 程的理解。（二）實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)用力矩平衡原理如圖2.1所示：求射流對(duì)平板和曲面

5、板的沖擊力。力矩平衡方程：FL，F(xiàn)GL1式中：F -射流作用力；L -作用力力臂；G -砝碼重量；J -砝碼力臂。圖2.1力矩平衡原理示意圖恒定總流的動(dòng)量方程為汗二QG'V?若令G2 =口1 =1，且只考慮其中水平方向作用力，則可求得射流對(duì)平板和曲面的作用力公式為：F = : QV (1 - cos'：)式中：Q-管嘴的流量；V -管嘴流速；：射流射向平板或曲面板后的偏轉(zhuǎn)角度。-90。寸,二TQV。F平:水流對(duì)平板的沖擊力-135。時(shí),-180。時(shí),-'QV (1 - cos135°) -1.707、QV = 1.707F平-：QV(1 cos180 ) =

6、2QV =2F平（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備及各部分名稱見(jiàn)圖 22，實(shí)驗(yàn)中配有：.=90。平面板和=135。及=180。的 曲面板，另備大小量筒及秒表各一只。（四）實(shí)驗(yàn)步驟1、記錄管嘴直徑和作用力力臂。2、 安裝平面板，調(diào)節(jié)平衡錘位置，使杠桿處于水平狀態(tài)（杠桿支點(diǎn)上的氣泡居中）3、啟動(dòng)抽水機(jī)，使水箱充水并保持溢流。此時(shí)水流從管嘴射出，沖擊平圖2.2 動(dòng)量原理實(shí)驗(yàn)儀板中心，標(biāo)尺傾斜。加砝碼并調(diào)節(jié)砝碼位置，使杠桿處于水平狀態(tài)，達(dá)到力矩平衡。記錄砝 碼質(zhì)量和力臂L1。4、用體積法測(cè)量流量 Q用以計(jì)算F理。5、將平面板更換為曲面板 （二=135。及=180°），測(cè)量水流對(duì)曲面板的沖擊力并重新 用體

7、積法測(cè)量流量。6、關(guān)閉抽水機(jī)，將水箱中水排空，砝碼從杠桿上取下，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。（五）注意事項(xiàng)1、量測(cè)流量后，量筒內(nèi)的水必須倒進(jìn)接水器，以保證水箱循環(huán)水充足。2、測(cè)流量時(shí)，計(jì)時(shí)與量筒接水一定要同步進(jìn)行，以減小流量的量測(cè)誤差。3、測(cè)流量一般測(cè)兩次取平均值，以消除誤差（六）實(shí)驗(yàn)成果及要求1、有關(guān)常數(shù)。噴管直徑d= cm ，作用力力臂L= 7 cm ，實(shí)驗(yàn)裝置臺(tái)號(hào):2、記錄及計(jì)算（見(jiàn)表 2.1 ）。表2.1:計(jì)錄及計(jì)算表測(cè)次體積3 cm時(shí)間s流量cm3/s平均流量cm3/s流速cm/s沖擊板 角度a砝碼重量5N X 10-5力臂L1cm實(shí)測(cè)沖 擊力 F實(shí)5N X 10-5理論計(jì)算沖 擊力F理5NX 10-

8、53、成果分析：將實(shí)測(cè)的水流對(duì)板的沖擊力與由動(dòng)量方程計(jì)算出的水流對(duì)板的沖擊力進(jìn)行比較，計(jì)算出其相對(duì)誤差，并分析產(chǎn)生誤差的原因。（七）思考題1、F實(shí)與F理有差異，除實(shí)驗(yàn)誤差外還有什么原因？2、實(shí)驗(yàn)中，平衡錘產(chǎn)生的力矩沒(méi)有加以考慮，為什么?三、孔口與管嘴流量系數(shù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解孔口流動(dòng)特征，測(cè)定孔口流速系數(shù) 和流量系數(shù) 亠。2、 了解管嘴內(nèi)部壓強(qiáng)分布特征，測(cè)定管嘴流量系數(shù)。（二）實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)水流從孔口出流時(shí)，由于慣性的作用，水流在出孔口后有收縮現(xiàn)象，約在0.5d處形成收縮斷面c-c。收縮斷面c-c的面積 A與孔口的面積 A的比值；稱為收縮系數(shù)。應(yīng)用能 量方程可推得孔口流量計(jì)算公式如下Q

9、 二；A,2gH 或 Q 二'A、2gH式中，為流速系數(shù)，為流量系數(shù)，H為孔口中心點(diǎn)以上的作用水頭。已知收縮系數(shù)；和流速系數(shù)或流量系數(shù) 可求得孔口流量。本實(shí)驗(yàn)將根據(jù)實(shí)測(cè)的流量等數(shù)據(jù)測(cè)定流速系數(shù):或流量系數(shù)J。當(dāng)水流經(jīng)管嘴出流時(shí)，由于管嘴內(nèi)部的收縮斷面處產(chǎn)生真空，等于增加了作用水頭，使得管嘴的出流大于孔口出流。應(yīng)用能量方程可推得管嘴流量計(jì)算公式如下Q=FnA.2gH 或 Q = fA、2gH式中，；為流速系數(shù)， 叫為流量系數(shù)， - ''n，H為管嘴中心點(diǎn)以上的作用水頭。已知 流速系數(shù)-：n或流量系數(shù)Jn可求得管嘴流量。本實(shí)驗(yàn)將根據(jù)實(shí)測(cè)的流量等數(shù)據(jù)測(cè)定流速系數(shù)；：n或流量系

10、數(shù) 叫。根據(jù)系統(tǒng)理論和實(shí)驗(yàn)研究各系數(shù)有下列數(shù)值孔口；=0.63 0.64管嘴巒=0.97 0.98n "82' - 0.60 0.62由于收縮斷面位置不易確定， 述數(shù)據(jù)。以及觀測(cè)誤差等原因，本實(shí)驗(yàn)設(shè)備所測(cè)的數(shù)據(jù)只能逼近上（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備與各部分名稱如圖3.1所示。水箱圖3.1 孔口管嘴實(shí)驗(yàn)儀（四）實(shí)驗(yàn)步驟1、 熟悉儀器，記錄孔口直徑 d孔口和管嘴直徑d管嘴，記錄孔口中心位置高程孔口和水 箱液面高程液面。2、啟動(dòng)抽水機(jī)，打開(kāi)進(jìn)水開(kāi)關(guān)，使水進(jìn)入水箱，并使水箱保持溢流，使水位恒定。3、關(guān)閉孔口和管嘴，觀測(cè)與管嘴相連的壓差計(jì)液面是否與水箱水面齊平。若不平，則 需排氣調(diào)平。4、打

11、開(kāi)管嘴，使其出流，壓差計(jì)液面將改變，當(dāng)流動(dòng)穩(wěn)定后，記錄壓差計(jì)各測(cè)壓管液 面，用體積法或電子流量計(jì)測(cè)量流量。5、關(guān)閉管嘴，打開(kāi)孔口，使其出流，當(dāng)流動(dòng)穩(wěn)定后，用游標(biāo)卡尺測(cè)量孔口收縮斷面直 徑，用體積法或電子流量計(jì)測(cè)量流量。6、關(guān)閉水泵，排空水箱，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。（五）注意事項(xiàng)1、量測(cè)流量后，量筒內(nèi)的水必須倒進(jìn)接水器，以保證水箱循環(huán)水充足。2、測(cè)流量時(shí)，計(jì)時(shí)與量筒接水一定要同步進(jìn)行，以減小流量的量測(cè)誤差。3、測(cè)流量一般測(cè)兩次取平均值，以消除誤差。4、少數(shù)測(cè)壓管內(nèi)水面會(huì)有波動(dòng)現(xiàn)象。應(yīng)讀取波動(dòng)水面的最高與最低讀數(shù)的平均值。（六）實(shí)驗(yàn)成果及要求1、有關(guān)常數(shù)。孔口直徑d孔口二 cm 、管嘴直徑d管嘴= cm 、孔口中心位置高程 '孔口 = cm水箱液面高程 '、液面二 cm，實(shí)驗(yàn)裝置臺(tái)號(hào)：2、記錄及計(jì)算（見(jiàn)表 3.1、表3.2 ）。 表3.1孔口實(shí)驗(yàn)記錄及計(jì)數(shù)表測(cè)次體積W時(shí)間T流量Q平均流量Q平均水頭H收縮斷面de收縮系數(shù)流速系數(shù)<P流量系數(shù)注：水頭H為孔口中心到水箱液面的垂直高度。表3.2管嘴實(shí)驗(yàn)記錄及計(jì)數(shù)表測(cè)次