流体力学实验报告册

《流体力学》实验报告册

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南京工业大学环境学院

2013年11月

目录

实验一能量方程实验 (1)

实验二文丘里流量计实验 (3)

实验三动量方程实验 (6)

实验四雷诺实验 (9)

实验五局部阻力系数测定实验 (13)

1

组别 实验日期 报告日期

实验一 能量方程实验

一、实验目的

1．观察恒定流的情况下，通过管道水流的位置势能、压力势能、动能的沿程转化规律，验证能量方程，加深对能量方程物理意义与几何意义的理解。 2．观察均匀流、渐变流断面及其水流特征。 3．观察急变流断面压强分布规律。

二、实验原理

实际液体在有压管道中作恒定流动时，其能量方程如下：

22

1122

1222w p v p v z z h g g g g

ρρ++=+++

均匀流及渐变流断面压强分布符合静水压强分布规律：

12120p p

z z C p p gh g g

ρρρ+

=+==+以及

图1 能量方程实验装置

三、实验要求

1．测定管道的测压管水头及总水头值。

2．绘制管道的测压管水头线及总水头线图，验证能量方程式。

四、实验步骤

1．熟悉仪器设备，记录铭牌上有关数据，分辨测压管与毕托管。 2．启动抽水机，打开进水阀门，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。

3．检查尾阀全关时，测压管及毕托管的液面是否齐平，若不平，则需排气调平。

4、打开尾阀，使管道通过一定的流量，量测各测压管水头值及其总水头值。

5．观察急变流断面B处及C处的压强分布规律。

6．本次实验共做两次，绘制测压管水头线及总水头线。

五、注意事项

1、尾阀的开启一定要缓慢，并注意测压管中水位的变化，不要使测压管水面下降太多，以免空气倒吸入管路系统，影响实验进行。

2．阀门开启后，至少需等待3-5分钟，待流量稳定后才能读数记录。

3．流量较大时，测压管水面有波动现象，可取用波动水位最高与最低读数的平均值。

六、实验数据记录及处理

七、绘制测压管水头线及总线头线并分析

2

3

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实验二 文丘里流量计实验

一、实验目的

1、掌握文丘里流量计的原理和测量方法；

2、测定文丘里流量计的流量系数μ；

3、绘制文丘里流量计压差（h ∆）与实测流量（实Q ）的关系曲线。

二、实验原理

文丘里流量计是用于测量管道流的量常用仪器，由收缩段、喉管、扩散段三部分构成。由于喉管处过水断面收缩，使得该断面水流动能加大、势能减小，并引起断面不同断面间的势能差，此势能差可利用压差计测得。根据能量方程、连续性方程以及等压面原理，可得不计阻力作用时文丘里流量计的流量计算公式，如下：

h k Q ∆=理

式中：g d

D d D k 24

4

4

22−=π

12

1212

()()p p h z z h h γγ

∆=+−+=− 管道的实测流量实Q 可由体积法或重量法测出，文丘里流量计的流量系数为 理

实Q Q =

µ。

三、实验装置

实验装置及各部分名称如下图2所示。

图2 文丘里流量计实验装置

4

四、实验步骤

1、熟悉仪器，记录铭牌上有关数据。

2、启动抽水机，打开进水开关，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。

3、检查尾阀K 全关时，压差计的液面是否齐平，若不平则需排气调平。

4、调节尾阀K ，依次增大流量或依次减小流量，量测各次流量和相应压差值，共做10次。流量Q 用体积法或重量法测量：用小水桶接水后经电子秤秤重并换算出接水体积V ，接水同时用秒表记录时间T ，经计算可得流量T

V Q =

实。 五、注意事项

1、在读取压差计读数、调控阀门开启度、以及测量流量时，同学间需要分工合作进行。

2、改变流量时，必须在水流稳定后（开关改变后至少需待3~5

分钟）方可进行记录。

3、流量较大时测压管水面可能会有波动现象，可读取波动水位的最高、最低读数后取平均值。

4、测量流量时，量筒、盛水容器的水使用过后要再倒入水箱中，以免循环水不足。

5、严格按照使用说明书操作秒表，并注意爱护秒表、量筒、电子秤等仪器设备。

六、实验数据记录及处理

1、 有关常数

文丘里管管道直径D =______cm ；文丘里管喉管直径d =_________cm ； 2、量测记录、计算表格

注意：处理数据时请注意各参数单位。

Q的关系曲线（用方格纸）并分析

七、绘制文丘里管的水头差h∆与实测流量实

5

6

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实验三 动量方程实验

一、实验目的

1、测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。

2、将测出的冲击力与动量方程计算出的冲击力进行比较，加深对动量方程的理解。

二、实验原理

应用力矩平衡原理求射流平面板和曲面板的作用力。 力矩平衡方程： 1GL FL =

式中F 为射流作用力；L 为作用力力臂；G 为砝码重量；L 1为砝码力臂 由上式得： L

GL F 1

=

应用动量方程求得射流对平面板和曲面板的作用力公式为

(1cos )v F Q a βρ=−

Q 为喷嘴的流量；V 为喷嘴出口流速；α为射流沿平面或曲面板的转折角度；ρ为液体密度；β为动量校正系数，取1=β。本实验共有三种不同转折角a 的平面板（o 90=a ）和曲面板（o o 180135==a a 及）。从水平管道喷嘴射出的水股冲击平板或曲面板后，应用动量方程可以求得平板和曲面板的冲击力如下：

水股对平板的冲击力： v R Q ρ=

水股对曲面板的冲击力：

135(1c os )(10.707) 1.707180(1c o s )2v v v v v

R Q Q Q R Q Q αραρραραρ==−=+===−=o o

，，

式中Q 为喷嘴的流量；V 为喷嘴出口流速，α为射流沿曲面板的转折角度。

三、实验装置

实验装置及各部分名称如下图3所示

四、实验步骤

1、记录铭牌上管嘴直径及仪器有关参数。

2、安装平面板，调节平衡锤位置，使杠杆处于水平状态。

3、启动抽水机，使水箱充水，并保持溢流，此时水流从喷嘴射出，冲击平板中心，标尺倾斜。然后加砝码并调节砝码位置，使与射流与平板所产生的力矩相平衡，记录砝码重量G 和力臂1L 。依杠杆原理即可得水流对平板的作用力实测F 进行比较。

4、用体积法或重量法测量流量Q ，计算射流流速V ，依动量方程计算射流对板的作用力理论F ，