流体力学

福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心

学生实验报告

流体力学实验

题目：

实验项目1：毕托管测速实验

实验项目2：管路沿程阻力系数测定实验

实验项目3：管路局部阻力系数测定实验

实验项目4：流体静力学实验

实验一毕托管测速实验

一、实验目的要求：

1．通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用测压管测量点流速的技术和使用方法。

2．通过对毕托管的构造和适用性的了解及其测量精度的检验，进一步明确水力学量测仪器的现实作用。

3.通过对管口的流速测量，从而分析管口淹没出流，流线的分布规律。

二、实验成果及要求

实验装置台号 20040268

表1 记录计算表 校正系数c= 1.002 ，k= 44.36 cm 0.5/s

三、实验分析与讨论

1．利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？

答：若测压管内存有气体，在测量压强时，测压管及其连通管只有充满被测液体，即满足连续条件，才有可能测得真值， 否则如果其中夹有气柱， 就会使测压失真， 从而造成误差。 误差值与气柱高度和其位置有关。对于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若不排除，实验过程中很可能变成堵塞性气柱而影响 量测精度。 检验的方法：是毕托管置于静水中，检查分别与毕托管全压孔及静压孔相连通的两根测压 管液面是否齐平。如果气体已排净，不管怎样抖动塑料连通管，两测管液面恒齐平。

2．毕托管的压头差Δh 和管嘴上、下游水位差ΔH 之间的大小关系怎样？为什么？

答：由于

且

即

这两个差值分别和动能及势能有关。在势能转换为动能的

过程中，由于粘性力的存在而有能量损失，所以压头差较小。

ϕ'说明了什么？

3．所测的流速系数

答：若管嘴出流的作用水头为，流量为Q，管嘴的过水断面积为A，相对管嘴平均流速v，则有

称作管嘴流速系数。

若相对点流速而言，由管嘴出流的某流线的能量方程，可得

式中：为流管在某一流段上的损失系数；为点流速系数。

本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得=0.990，表明管嘴轴心处的水流由势能转换为动能的过程中有能量损失，但甚微。

实验二 管路沿程阻力系数测定实验

一、实验目的要求：

1．加深了解园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技术和应用气—水压差及水—水银多管压差计 测量压差的方法；

3．将测得的R e ～λ关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力

二、实验成果及要求

1．有关常数。 实验装置台号 08010544

圆管直径d= 1.4、1.9、2.6 cm ， 量测段长度L=85cm 。及计算（见表1）。

2．绘图分析* 绘制lg υ～lgh f 曲线，并确定指数关系值m 的大小。在厘米纸上以lg υ为横坐标，以lgh f 为纵坐标，点绘所测的lg υ～lgh f 关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率

2

212lg lg lg lg υυ--=

f f h h m

将从图上求得的m 值与已知各流区的m 值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流区m=2.0，紊流过渡区1.75

*

附录1 实验曲线绘法建议

1．图纸 绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于12×12cm ；

2．坐标确定 若采用厘米纸，取lgh f 为纵坐标（绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标），lgv 为横坐标；采用对数纸，纵坐标写h f ，横坐标用v ，即不写成对数；

3．标注 在坐标轴上，分别标明变量名称、符号、单位以及分度值； 4．绘点 据实验数据绘出实验点；

5．绘曲线 据实验点分布绘制曲线，应使位于曲线两侧的实验点数大致相等，且各点相对曲线的垂直距离总和也不致相等。

5

三、实验分析与讨论

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？

答：在管道中的，水头损失直接反应于水头压力。测力水头两端压差就等于水头

损失。如果管道倾斜安装，不影响实验结果。但压差计应垂直，如果在特殊情况下无法垂直，可乘以倾斜角度转化值。

2．据实测m 值判别本实验的流动型态和流区。

答：f h lg ～v lg 曲线的斜率m=1.8，即f h 与v 1.8成正比，1.75

3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。

答：实验水管为氯乙烯管，其当量粗糙度取为0.002mm ，常温下，v=0.893×10-6

实验管径为d=（14-26）mm ，相应的

d

=0.000038～0.000071，测得Re=2×103～3×103

，由莫迪图可知，流动均处在紊流过渡区与本次实验相符。

实验三 管路局部阻力系数测定实验

一、实验目的要求：

1．掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；

2．通过对圆管突扩局部阻力系数的表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、实验成果及要求

1．记录计算有关常数。 实验装置台号No 20085710 d 1=D 1= 0.96 cm ， d 2=d 3= d 4= D 2= 1.98 cm ， d 5=d 6=D 3= 1.01 cm ， l 1—2=12cm ， l 2—3=24cm ， l 3—4=12cm ， l 4—B =6cm ， l B —5=6cm ， l 5—6=6cm ，

2

2

1)1(A A e -

='ξ= 0.585 ， )3

1(5.05A A

s -='ξ= 0.370 。

2．整理记录、计算表。

3．将实测ζ值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。

表1 记录表