流體力學實驗指導書新

1、水 力 學實 驗 教 學 指 導 書 及 報 告姓名： 班級： 學號：唐山學院土木工程系序 言水力學是應用性較強的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。從學科的發(fā)展來看，水力學屬于技術(shù)基礎(chǔ)學科，實驗方法和實驗技術(shù)是促進其發(fā)展的重要研究手段。由于流體運動的復雜性，水力學的研究及應用就更加離不開科學實驗，其發(fā)展很大程度上取決于實驗技術(shù)的進步。因此，水力學實驗是鞏固和加深理論知識的學習、探求流體運動規(guī)律、解決工程實際問題的重要環(huán)節(jié)，通過實驗教學，掌握各種實驗方法，規(guī)范操作，提高實驗技能。一、實驗教學目的：（1）觀察流動現(xiàn)象，增強感性認識，提高實驗分析能力。（2）根據(jù)實測資料驗證水力學基本理論，以加強和鞏筑理論知識的學習。

2、（3）學會使用基本的測量儀器，掌握測量技術(shù)。（4）培養(yǎng)分析實驗數(shù)據(jù)，整理實驗成果和編寫實驗報告的能力。（5）培養(yǎng)嚴謹踏實的科學態(tài)度和合作精神，為未來進行研究和實際工作打下基礎(chǔ)。二、實驗教學要求：（1）每次實驗前，預習教材中有關(guān)內(nèi)容及實驗指導書，了解本次實驗的目的、原理、步驟和所要驗證的理論。（2）認真聽取指導教師講解，弄清實驗方法和步驟后，方能動手實驗。（3）實驗中，應注意觀察實驗現(xiàn)象，細心讀取實驗數(shù)據(jù)，并做相應的記錄，原始數(shù)據(jù)不得任意修改。（4）實驗小組內(nèi)每位學生親自動手、相互配合、共同完成實驗。（5）實驗態(tài)度嚴肅、方法嚴密，一絲不茍進行操作。（6）實驗完畢應清理設(shè)備及實驗室，實驗設(shè)備擺放整

3、齊。三、實驗報告要求：（1）實驗報告是實驗資料的總結(jié)、是實驗的成果。通過完成實驗報告，可以提高分析問題的能力，要求必須獨立完成并按規(guī)定時間交給指導教師。（2）實驗報告一般包括以下幾項內(nèi)容：班級、姓名、同組人及實驗日期。實驗名稱及實驗目的。實驗原理。實驗裝置簡圖及儀器。流動現(xiàn)象的描述及實驗原始記錄。計算實驗結(jié)果。（3）報告要求字體工整，語言通順，計算結(jié)果無誤，所繪表格、曲線清楚、連續(xù)，書面整潔，無胡亂涂畫現(xiàn)象。目 錄實驗一 水的流線、流動形態(tài)及能量轉(zhuǎn)化實驗(綜合性實驗)實驗二 靜水壓強實驗實驗三 雷諾實驗實驗四 沿程阻力系數(shù)測定實驗實驗五 局部阻力系數(shù)測定實驗實驗六 文丘里流量計實驗實驗七 恒定

4、流動量定理實驗實驗一 水的流線、流動形態(tài)及能量轉(zhuǎn)化實驗(綜合性實驗)一、實驗目的1.應用流動顯示儀演示各種不同邊界條件下的水流形態(tài)，以增強對流體運動特性的認識。2.應用流動顯示儀演示水流繞流不同形狀物體的尾流渦街現(xiàn)象及非自由射流等，增強對流動現(xiàn)象的感性認識。3.觀察虹吸發(fā)生、發(fā)展及破壞的過程。4.理解虹吸工作的原理及估算虹吸管能使虹吸管正常工作的高度。5.認識水流過水斷面的能量由位能、壓能和動能三部分組成。6.測壓管水位顯示的是位能和壓能之和，即z+ 7.測速管中水位顯示的是總機械能，即z+8.了解測壓管水頭線與總水頭線的變化規(guī)律，及其各自特點、相互關(guān)系。9.認識水流運動過程中的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，

5、驗證恒定總流的能量方程。二、實驗設(shè)備與儀器旋渦儀煙風洞演示儀虹吸實驗儀能量方程演示儀流線和流譜可以形象的顯示各種水流及氣流形態(tài)及其液流內(nèi)部質(zhì)點運動的特性。常用設(shè)備有漩渦儀、油槽流線演示儀、煙風洞、虹吸儀、能量方程演示儀等。三、實驗內(nèi)容與步驟內(nèi)容與步驟一：（漩渦儀、油槽流線演示儀、煙風洞）1、顯示氣流、液流遇到礙障物時的繞流現(xiàn)象及其流譜。2、顯示逐漸擴散，逐漸收縮、突然擴大和突然縮小及直角彎道等管道縱剖面上的流譜圖象。3、顯示圓柱及橋墩繞流的流譜。4、顯示橋孔的水流譜。5、顯示流體在駐點處的停滯現(xiàn)象，邊界層分離狀況及卡門渦街的圖象。內(nèi)容與步驟二：（虹吸儀）1、將測壓燒杯內(nèi)加滿水。2、開啟水泵，向

6、高位水箱、低位水箱注水，使高位水箱有溢流，低位水箱水位達2/3后，關(guān)閉供水閥。3、打開低位水箱的放水閥，在虹吸管形成真空后，水流將由高位水箱向低位水箱流動，同時能看到燒杯中的三根測壓管水位上升，這是由于管路中的真空造成，表明三個測壓點的壓力分布不同。4、擰開螺旋，吸入空氣，可觀察虹吸現(xiàn)象的破壞過程。內(nèi)容與步驟三：（能量方程演示儀）1.開動水泵，將供水箱內(nèi)水位升至最高，溢流管開始溢流。2.調(diào)節(jié)實驗管道閥門，使測壓管，測速管中水位和測壓板上紅、黃兩條線一致。3.實驗過程中，始終應保持少量溢流；4.測量流量、管徑、水頭高度、水溫。四、實驗報告與成果分析1、繪制相應流動現(xiàn)象的流譜并觀察其特性。2.虹吸

7、高度h的理論值推導。3.實驗數(shù)據(jù)計算表水溫T= 運動粘性系數(shù)= cm2/s斷面體積V（cm3）時間t (s)流量Q(cm3/s)管徑d(mm)流速v(cm/s)Re =測壓管水頭z+（cm）總水頭z+（cm）123456789104繪制總水頭線與測壓管水頭線5.思考問題1、旋渦區(qū)與能量損失有什么關(guān)系？2、什么情況下產(chǎn)生急變流？3、空化現(xiàn)象為什么常發(fā)生在旋渦區(qū)中？4、虹吸管道內(nèi)為什么有最大真空值的要求。5、長直管總水頭線與測壓管水頭線的相互關(guān)系及其高差的意義是什么？6、沿程水頭損失與局部水頭損失的變化規(guī)律。7、總水頭線與測壓管水頭線的變化趨勢有何不同？實驗二 靜水壓強實驗一、目的1.加深理解靜力

8、學基本方程式及等壓面的概念。2.理解封閉容器內(nèi)靜止液體表面壓強及其液體內(nèi)部某空間點的壓強。3.觀察壓強傳遞現(xiàn)象。 二、演示原理對密封容器的液體表面加壓時，設(shè)其壓強為P0，即P0>Pa。從U形管可以看到有壓差產(chǎn)生，U形管與密封容器上部連通的一面，液面下降，而與大氣相通的一面，液面上升。由此可知液面下降的表面壓強即是密閉容器內(nèi)液體表面壓強P0，即P0= Pa+gh，h是U形管液面上升的高度。當密閉容器內(nèi)壓強P0下降時，U形管內(nèi)的液面呈現(xiàn)相反的現(xiàn)象，即P0Pa，這時密閉容器內(nèi)液面壓強 P0= Pa-gh。H為液面下降高度。水靜壓強實驗臺三、實驗步驟如果對密閉容器的液體表面加壓時，其容器內(nèi)部的壓

9、強向各個方向傳遞，在圖中左側(cè)的測壓管中，可以看到由于A，B、兩點在容器內(nèi)的淹沒深度h不同，在壓強向各點傳遞時，先到A點后到B點。在測壓管中反應出的是A管的液柱先上升而B管的液柱滯后一點也在上升，當停止加壓時，A、B兩點在同一水平面上。1.關(guān)閉排氣閥，用加壓器緩慢加壓，U形管出現(xiàn)壓差，在加壓的同時，觀察右側(cè)A、B管的液柱上升情況。2.打開排氣閥，使液面恢復到同一水平面上，關(guān)閉排氣閥，打開密閉容器底部的水門，放出一部分水，造成容器內(nèi)壓力下降。四、實驗結(jié)果與分析1.實驗數(shù)據(jù)記錄表單位cmhAhBP0P0P0P01232.結(jié)果分析1.表面壓強的改變、基準面0-0位置的改變，對A、B兩點的位置水頭與壓強

10、水頭有什么影響？對真空度有什么影響？2.相對壓強、絕對壓強真空度有什么相互關(guān)系？實驗三 雷諾實驗（層流紊流流態(tài)和臨界雷諾數(shù)量測實驗）一、實驗目的1.觀察流體流動的兩種不同流態(tài)層流和紊流的流動特征，觀察其臨界狀態(tài)及轉(zhuǎn)變過程。2.通過對臨界雷諾數(shù)的量測來確定層流、紊流流態(tài)的判別標準。二、實驗設(shè)備與儀器雷 諾 數(shù) 實 驗 臺1.水箱及潛水泵 2.上水管 3.溢流管 4.電源 5.整流柵 6.溢流板 7.墨盒 8.墨 針 9.實驗管 10.調(diào)節(jié)閥 11.接水箱 12.量 杯 13.回水管 14.實驗桌三、實驗內(nèi)容與步驟1.觀察流動型態(tài)水箱上水，并保持微小溢流，小開出水閥門和顏色水閥門，使顏色水成一條細

11、線，此時為層流狀態(tài)；逐漸開大出水閥門，增大流量，顏色水線開始顫動、彎曲，并逐漸擴散，此時為上臨界狀態(tài)；再次增大流量，色流擴散消失，水流呈紊流狀態(tài)。逐漸關(guān)小出水閥門，流量減小，色流重復出現(xiàn)，呈波動擴散狀，為下臨界狀態(tài)；再次減小流量，色流呈細直線，為層流狀態(tài)。2.測定臨界雷諾數(shù)每調(diào)節(jié)一次閥門，量測流量、水溫，查表得運動粘性系數(shù)v，可得雷諾數(shù)：Re=同時記錄色流狀態(tài)，根據(jù)流動型態(tài)的變化確定上臨界雷諾數(shù)R´ec和下臨界雷諾數(shù)Rec。四、實驗結(jié)果與分析1.記錄表管徑d= cm水溫 T= 運動粘性系數(shù) = cm2/sNo.水體體積V(cm3)時間t(s)流量Q(cm3/s)流速v(cm/s)R

12、Re=臨界雷諾數(shù)Rec色流形狀2.數(shù)據(jù)計算Q= v = = Re=五、思考問題1.顏色水流的作用是什么？它與實際水流的關(guān)系是什么？2.為什么上、下臨界雷諾數(shù)數(shù)值會有差別？為什么用下臨界雷諾數(shù)作為流態(tài)的判別標準？實驗四 沿程阻力系數(shù)測定實驗一、實驗目的1.測定流體在等直徑圓管中流動不同雷諾數(shù)Re時的沿程阻力系數(shù)，并確定它們之間的關(guān)系。2.了解流體在管道中流動時能量損失的測量和計算方法。二、實驗設(shè)備與儀器沿程阻力系數(shù)測定儀1.水箱（內(nèi)置潛水泵） 2.供水管 3.電器開關(guān) 4.供水分配管 5.穩(wěn)壓筒6.整流柵板7.更換活結(jié) 8.測壓嘴 9.實驗管道 10.差壓計 11.調(diào)節(jié)閥門 12.調(diào)整及計量水箱

13、三、實驗內(nèi)容與步驟1.實驗原理：流體在管道中流動時，由于流體的粘性作用產(chǎn)生阻力，阻力作用表現(xiàn)為流體的能量損失。對長度為的管段兩斷面列能量方程式時，得長度上的沿程水頭損失。hf = = h1-h2 = h根據(jù)達西公式：hf =實驗測得h (=hf)，再用體積法測得流量，算出斷面的平均流速v，即可求得沿程阻力系數(shù)：=2.實驗步驟：（1）關(guān)閉無關(guān)測點的小閥門。（2）打開閥門2、4、5、7、8。（3）開泵。調(diào)節(jié)閥門，使測壓管5、6中出現(xiàn)高差，此高差即為h (=hf)。（4）用計量箱量測流量，測水溫。（5）調(diào)節(jié)流量重復上述操作三次。四、實驗結(jié)果與分析：d1= mm d2= mm d3= mm L= m

14、T= 運動粘性系數(shù) = cm2/sh1(cm)h2(cm)h(cm)V(cm3)t(s)Q(L/s)v(cm/s)Re=管道1管道2管道3五、思考問題1. 影響管道沿程阻力系數(shù)的因素有哪些？實驗五 局部阻力系數(shù)測定實驗一、實驗目的1.掌握用實驗方法測定三種局部管件（突擴、突縮和閥門）的局部阻力系數(shù)。2.加深對局部水頭損失機理的理解，學會其測定方法。二、實驗設(shè)備與儀器：局部阻力系數(shù)實驗臺1.水箱 2.供水管 3.水泵開關(guān) 4.進水閥門 5.細管沿程阻力測試段6.突擴 7.粗管沿程阻力測試段 8.突縮 9.測壓管 10.實驗閥門 11.出水調(diào)節(jié)閥門 12.計量箱 13.量筒 14.回水管 15.實

15、驗桌三、實驗內(nèi)容和步驟：1.實驗原理閥門阻力實驗原理閥門的局部水頭損失測壓管段閥門的局部阻力對1、2兩斷面列能量方程式，由于實驗管段為玻璃管，較光滑，所以這兩個斷面之間的沿程阻力損失可以忽略不計，這樣通過列這兩個斷面的能量方程即可求得閥門的局部水頭損失，以表示，則： 得：突擴圓管的局部阻力對2、3兩斷面列能量方程式，同樣忽略這兩個斷面間的沿程阻力損失，可求得突擴圓管的局部水頭損失，以表示，則 得：突縮圓管的局部阻力對4、5兩斷面列能量方程式，同樣忽略這兩個斷面間的沿程阻力損失，可求得突縮圓管的局部水頭損失，以表示，則 得：2.實驗數(shù)據(jù)記錄表 細管直徑d1= mm 粗管直徑d2= mm Noh2

16、 (cm)h3(cm)V(L)t(s)Q(cm3/s)V2(cm/s) V4(cm/s)突擴突縮123閥門開啟度(cm)V(L)t(s)Q(cm3/s)V1(cm/s)閥門30º45 º全開3.分析實驗結(jié)果與理論計算的數(shù)據(jù)存在誤差的原因四、思考問題1.產(chǎn)生局部水頭損失的原因有哪些？2.減少局部阻力的措施有哪些？實驗六 文丘里流量計實驗一、實驗目的1.確定文丘里流量計的流量系數(shù)。2.驗證能量方程的正確性。二、實驗設(shè)備與儀器三、實驗內(nèi)容和步驟1.實驗原理在文丘里流量計入口處取斷面，在其喉部收縮段處取斷面，由于流量計水平放置，則列上述兩斷面的能量方程如下，（不計水頭損失） 取由連

17、續(xù)性方程得： 即： 得出：代入能量方程中，求出流速：令為兩斷面測壓管水頭差，即h因此，根據(jù)測壓管水位高差，即可求出計算流量（理論流量）。由于實際上所取的兩個斷面間存在著水頭損失，所以實際流量一般要略小于計算流量。令 稱<1為文丘里流量系數(shù)。實際流量可用體積法測定。2.實驗步驟：（1）檢查測壓計液面水平。（2）關(guān)閉測點310的小閥門。（3）開泵，此時1、2測壓管中應出現(xiàn)較小高差。（4）緩慢開啟閥門7，使壓差調(diào)至最大。（5）用夾子夾死11號管。（6）記錄數(shù)據(jù)。四、實驗結(jié)果與分析d1= cm d2= cm K =Noh1(cm)h2(cm)h(cm)V(cm3)t(s)Q(cm3/s)Q0(c

18、m3/s)=123五、思考問題為什么流量系數(shù)只能小于1？實驗七 恒定流動量定理實驗一、實驗目的1.實測射流對平板或曲面板施加的作用力，并與用動量定理計算的作用力相比較，以驗證恒定總流的動量方程式。2.觀察水箱的反作用力。二、實驗設(shè)備與儀器三、實驗原理及步驟1.水箱（1）原理以水箱水面，射流收縮斷面及箱壁為控制面，對X軸列動量方程：Rx=Q(V2x-V1x)Rx水箱對水流的作用力，水流對水箱的作用力為反作用力。V1x水箱水面的平均流速在X軸的投影為零，（m/s）。V2x射流出口收縮斷面的平均流速在X軸的投影，（m/s）。Rx對轉(zhuǎn)軸取矩，得計算力矩M；M=Rx·L=QVLL射流出口中心至轉(zhuǎn)軸的距離（m）。移動平衡砝碼調(diào)平水箱，得實測力矩M。M0=G·SS=S-S0S出流時砝碼平衡讀數(shù)。S0起始狀態(tài)砝碼平衡讀數(shù)。M0和M應比較接近。（2）實驗步驟a、開啟進水閥門，將水箱充滿水并射流。調(diào)節(jié)閥門，使其保持微小溢流。b、撥出插銷，觀察射流對水箱的作用效果，移動砝碼，使水準泡居中，記下動態(tài)平衡時砝碼位置為S。c、用體積法測流量（或重量法測流量）。2.平板（1）原理：取噴嘴出口斷面，射流表面以及沿平板出流的截面為控制面，對X軸列動量方程。Rx=Q(V2x-V1x)Rx平板對水流的作用力，與水流對平板的作用力大