实验流体力学(1)
实验一 流体力学综合实验实验报告
实验一 流体力学综合实验预习实验:一、实验目的1.熟悉流体在管路中流动阻力的测定方法及实验数据的归纳2.测定直管摩擦系数λ与e R 关系曲线及局部阻力系数ζ 3、 了解离心泵的构造,熟悉其操作与调节方法 4、 测出单级离心泵在固定转速下的特定曲线 二、实验原理流体在管路中的流动阻力分为直管阻力与局部阻力两种。
直管阻力就是流体流经一定管径的直管时,由于流体内摩擦而产生的阻力,可由下式计算:gu d l g p H f 22⋅⋅=∆-=λρ (3-1)局部阻力主要就是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力,计算公式如下:gu g p H f22''⋅=∆-=ζρ (3-2)管路的能量损失'f f f H H H +=∑ (3-3)式中 f H ——直管阻力,m 水柱;λ——直管摩擦阻力系数;l ——管长,m; d ——直管内径,m;u ——管内平均流速,1s m -⋅;g ——重力加速度,9、812s m -⋅p ∆——直管阻力引起的压强降,Pa;ρ——流体的密度,3m kg -⋅;ζ——局部阻力系数; 由式3-1可得22ludP ρλ⋅∆-=(3-4) 这样,利用实验方法测取不同流量下长度为l 直管两端的压差P ∆即可计算出λ与Re ,然后在双对数坐标纸上标绘出Re λ-的曲线图。
离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式、叶轮转速的影响。
实验将测出的H —Q 、N —Q 、η—Q 之间的关系标绘在坐标纸上成为三条曲线,即为离心泵的特性曲线,根据曲线可找出泵的最佳操作范围,作为选泵的依据。
离心泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得:gu u h H H H 221220-++-=入口压力表出口压力表 (3-5)式中出口压力表H ——离心泵出口压力表读数,m 水柱;入口压力表H ——离心泵入口压力表的读数,m 水柱;0h ——离心泵进、出口管路两测压点间的垂直距离,可忽略不计;1u ——吸入管内流体的流速,1s m -⋅; 2u ——压出管内流体的流速,1s m -⋅泵的有效功率,由于泵在运转过程中存在种种能量损失,使泵的实际压头与流量较理论值为低,而输入泵的功率又较理论值为高,所以泵的效率%100⨯=NN eη (3-6) 而泵的有效功率g QH N e e ρ=/(3600×1000) (3-7)式中:e N ——泵的有效功率,K w;N ——电机的输入功率,由功率表测出,K w ;Q ——泵的流量,-13h m ⋅;e H ——泵的扬程,m 水柱。
流体力学实 验.
Re V d / V Q / A
流量Q用体积法测出，即在Δt时间内流入量筒中流体的体积ΔV。
Q V / t A d 2 / 4
式中：管路的横截面积A；管路直径d=27mm ； 流速V； 水的运动粘性系数υ 在实际工程中，上临界临界流速没有实际意义，一般指的临界流速即指下临界流 速。对应于临界流速的雷诺数称为临界雷诺数，通常用Recr表示。大量实验表明， 尽管在不同的管道、不同的液体以及不同的外界条件下，其临界雷诺数有所不同，
但通常情况下，临界雷诺数总在2300附近，即 Re cr 2300
当管中雷诺数小于临界雷诺数时，管中流动处于层流状态，反之则为紊流。
四、实验步骤
1、准备工作：将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小， 继续向水箱供水，以保持水位高度H不变。 2、缓慢开启出水阀门C，使玻璃管中的水稳定流动，并开启红 颜色水阀门B，使颜色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状 态。 3、开大出水阀门C，注意观察层流、过渡状态、紊流时颜色水 状态。 4、使颜色水在玻璃管内的流动呈紊流状态，再逐渐关小出水阀 门C，观察玻 璃管中颜色水刚刚出现脉动状态但还没有变为层流 时，测定此时的流量。重复三次，即可算出下临界雷诺数。
流体静力学公式还可以写成 p pa gh
由图1-1看出， p0 pa g(z10 z9 ) 1g(z2 z1 )
式中 pa 是当地大气压强， p0 是密封容器内水面上的气体压强，
是水的密度， 1000 kg / m3
由此得到未知液体的密度是 1 (z10 z9 )（/(1z-22） z1 )
图1 力矩平衡原理示意图
恒定总流的动量方程为
若令，
实验流体力学(1)
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
3. 模型实验 模型实验以相似原理为基础，按一定规则改变流动
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
第三节 流体力学基本量测量仪表的选择与标定
第一节 流体力学的相似条件
流体力学实验研究是指用人为控制的方法对所要研究的流 动现象或过程进行观察和测量，以达到以下目的：
➢ 重复实现和观察某流动现象或过程，以便获得充分的感性认 识、掌握其物理本质； ➢ 通过参数测量，寻求物理量之间的关系； ➢ 验证理论分析或数值模拟计算结果； ➢ 设计、施工的可靠性检验。
几何相似是前提，力学相似是基础，运动相似是流 场相似的表现。
基本比例常数（Cl，CV， Cρ）确定了其它比例常数
Cm = Cr Cl3 CF = Cr CV2Cl2 Cp = Cr CV2
很有用!!!
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
1. 相似原理 (1). 两种流动相似，必定为同类现象，因此控制方程 相同。
1. 几何相似 模型与原型流动空间要相似。长度比例常数Cl为：
Cl
Lm Lp
Lmod el Lprototype
L
L
第一节 流体力学的相似条件
2. 运动相似
模型与原型流场对应点、对应时刻速度 大小成比例，方向一致。
速度比例常数：
CV
Vm Vp
um up
vm vp
wm wp
模型 原型
第一节 流体力学的相似条件
3. 力学相似 模型与原型流场内各对应点上的相应力的大小 成比例，方向一致。
力比例常数：
p1
CF =
Fm = Fp
Ap1m = Ap1 p
At 1m At 1p
《流体力学》实验指导书
实验（一）流体静力学综合性实验一、实验目的和要求掌握用测压管测量流体静压强的技能；通过测量静止液体点的静水压强，加深理解位臵水头、压强水头、及测管水头的基本概念；观察真空现象，加深对真空度的理解；验证不可压缩流体静力学基本方程；测量油的重度。
二、实验装臵本实验装臵如图1.1所示图1.1流体静力学综合性实验装臵图1.测压管2.带标尺测压管3.连通管4.真空测压管5.U 型测压管6.通气阀7.加压打气球8.截止阀9.油柱 10.水柱 11.减压放水阀说明：1.所有测压管液面标高均以标尺(测压管2)零度数为基准；2.仪器铭牌所注▽B 、▽C 、▽D 系测点B 、C 、D 标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则▽B 、▽C 、▽D 亦为ＺB 、ＺC 、ＺD3.本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。
4.测压管读数据时，视线与液面保持水平，读凹液面最低点对应的数据。
三、实验原理1在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程const γpz =+或h p p γ+=0式中：z —被测点在基准面以上的位臵高度；p —被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；0p —水箱中液面的表面压强γ—液体容重； h —被测点的液体深度。
上式表明，在连通的同种静止液体中各点对于同一基准面的测压管水头相等。
利用液体的平衡规律，可测量和计算出连通的静止液体中任意一点的压强，这就是测压管测量静水压强的原理。
压强水头γp和位臵水头z 之间的互相转换，决定了夜柱高和压差的对应关系：h γp ∆=∆ 对装有水油（图1.2及图1.3）U 型侧管,在压差相同的情况下，利用互相连通的同种液体的等压面原理可得油的比重So 有下列关系：21100h h h γγS w+==图1.2 图1.3据此可用仪器（不用另外尺）直接测得So 。
四、实验方法与步骤1.搞清仪器组成及其用法。
包括： 1）各阀门的开关；2）加压方法 关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气； 3）减压方法 开启筒底阀11放水4）检查仪器是否密封 加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。
流体力学综合实验
实验报告课程名称：过程工程原理实验（甲） 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：流体力学综合实验（一、二） 实验类型：工程实验 同组学生姓名：姿 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得1、流体流动阻力的测定实验1.1 实验目的：1.1.1 掌握测定流体流经直管、阀门时阻力损失的一般实验方法 1.1.2 测定直管摩擦系数λ与雷诺数 的关系，验证在一般湍流区内λ与 的关系曲线 1.1.3测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ1.1.4 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用 1.2 实验装置与流程： 1.2.1 实验装置：实验对象部分由贮水箱、离心泵、不同管径和材质的水管、阀门、管件、涡轮流量计、U 形流量计等所组成。
实验管路部分有两段并联长直管，自上而下分别用于测定粗糙管直管阻力系数和光滑管直管阻力系数。
同时在粗糙直管和光滑直管上分别装有闸阀和截止阀，用于测定不同种类阀门的局部阻力阻力系数。
水的流量使用涡流流量计或转子流量计测量，管路直管阻力和局部阻力采用压差传感器测量。
1.2.2 实验装置流程示意图，如图1，箭头所示为实验流程：其中：1——水箱 2——离心泵 3——涡轮流量计 4——温度计 5——光滑管实验段 6——粗糙管实验段 7——截止阀 8——闸阀 9、10、11、12——压差传感器 13——引水漏斗图 1 流体力学综合实验装置流程示意图Re Re1.3 基本原理：流体通过由直管、管件和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。
流体流经直管时所造成的机械能损失成为直管阻力损失。
流体通过管件、阀门时由于流体运动方向和速度大小的改变所引起的机械能损失成为局部阻力损失。
1.3.1直管阻力摩擦系数λ的测定：由流体力学知识可知，流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：（1） 公式中：fp ∆：流体流经l 米直管的压力将，Pa ；λ：直管阻力摩擦系数，无因次； d ：直管内径，m ；fh ：单位质量流体流经l 米直管的机械能损失，J/kg ；ρ：流体密度，kg/ ； l ：直管长度，m ；u ：流体在管内流动的平均速度，m/s ；由上面的式子可知： （2）雷诺数： ρμ式子中：μ：流体粘度，kg/(m ·s)。
实验一 流体力学实验
5
实验 流量/ 次数 （m3/h） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 4 5 6 6.6 7 7.5 8 5.5 4.5
Re 光滑管 3.30×10
4
λ光滑管 exp 0.0252 0.0240 0.0220 0.0207 0.0194 0.0200 0.0192 0.0194 0.0210 0.0217
六、 实验结果讨论
（1）在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀？为什 么？ 答：是，这样可使管中有较大压力使得气体排出。 （2）如何检测管路中的空气已经被排除干净？ 答：先检查连接软管以及传感器的出口管中有没有气泡。如果没有了，关闭 流量调节阀，看压差计的读数是否为零，如果为零，则说明气体已经排空。 （3）以水作介质所测得的λ~Re 关系能否适用于其他流体？如何应用？ 答：能适用于其他流体。通过密度和黏度换算。 （4）在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ~Re 数据能否关 联在同一条曲线上？ 答：能关联在同一曲线上。 （5）如果测压口，孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响？ 答：没有影响，静压是由流体内部分子运动造成的，静压一定反应到压差计 高度差一定，所以对测量无影响。
计算示例：
0.0322 Re光滑管 duρ μ 7.5 1000 π 2 3600 0.0322 4 8.24 ×10 4 0.001
光滑管exp
P 2d 3910 2 0.0322 0.0207 2 7.5 lu 2 1000 2 （ ） π 2 3600 0.0322 4
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南京工业大学化工原理实验报告
④关闭阀 2， 打开阀 1 并调节流量使转子流量计的示值分别为 3m3/h、 4m3/h、 3 4.5m /h……9m /h，测得每个流量下对应光滑管和粗糙管的压差，分别记下倒 U 形管压差计的读数； ⑤关闭阀 1，打开阀 2，重复步骤④，测得闸阀全开时的局部阻力；
流体力学实验报告(全)参考模板
工程流体力学实验报告实验一流体静力学实验实验原理在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程或(1.1)式中：z被测点在基准面的相对位置高度；p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；p0水箱中液面的表面压强；γ液体容重；h被测点的液体深度。
另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：(1.2)据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。
实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。
测压管水头线指测压管液面的连线。
实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。
2.当P<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。
B，相应容器的真空区域包括以下三部分：(1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。
(2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。
(3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。
这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。
3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ。
最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。
4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。
常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。
水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。
于是有(h、d单位为mm)一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。
实验一 流体力学综合实验实验报告
实验一 流体力学综合实验预习实验：一、实验目的1．熟悉流体在管路中流动阻力的测定方法及实验数据的归纳 2．测定直管摩擦系数λ和e R 关系曲线及局部阻力系数ζ 3. 了解离心泵的构造，熟悉其操作和调节方法 4. 测出单级离心泵在固定转速下的特定曲线 二、实验原理流体在管路中的流动阻力分为直管阻力和局部阻力两种。
直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦而产生的阻力，可由下式计算：gu d l g p H f 22⋅⋅=∆-=λρ (3-1) 局部阻力主要是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力，计算公式如下：gu g p H f22''⋅=∆-=ζρ (3-2) 管路的能量损失'f f f H H H +=∑ (3-3)式中 f H ——直管阻力，m 水柱；λ——直管摩擦阻力系数；l ——管长，m ； d ——直管内径，m ；u ——管内平均流速，1s m -⋅；g ——重力加速度，9.812s m -⋅p ∆——直管阻力引起的压强降，Pa ；ρ——流体的密度，3m kg -⋅；ζ——局部阻力系数； 由式3-1可得22ludP ρλ⋅∆-=(3-4) 这样，利用实验方法测取不同流量下长度为l 直管两端的压差P ∆即可计算出λ和Re ，然后在双对数坐标纸上标绘出Re λ-的曲线图。
离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式、叶轮转速的影响。
实验将测出的H —Q 、N —Q 、η—Q 之间的关系标绘在坐标纸上成为三条曲线，即为离心泵的特性曲线，根据曲线可找出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。
离心泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得：gu u h H H H 221220-++-=入口压力表出口压力表 (3-5) 式中出口压力表H ——离心泵出口压力表读数，m 水柱；入口压力表H ——离心泵入口压力表的读数，m 水柱；0h ——离心泵进、出口管路两测压点间的垂直距离，可忽略不计；1u ——吸入管内流体的流速，1s m -⋅；2u ——压出管内流体的流速，1s m -⋅泵的有效功率，由于泵在运转过程中存在种种能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值为低，而输入泵的功率又较理论值为高，所以泵的效率%100⨯=NN eη (3-6) 而泵的有效功率g QH N e e ρ=/（3600×1000） (3-7) 式中：e N ——泵的有效功率，K w ；N ——电机的输入功率，由功率表测出，K w ； Q ——泵的流量，-13h m ⋅；e H ——泵的扬程，m 水柱。
《流体力学》实验教案(全)
《流体力学》实验教案（一）一、实验目的1. 理解流体力学的基本概念和原理。
2. 掌握流体力学实验的基本方法和技能。
3. 培养观察现象、分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理1. 流体的定义和分类。
2. 流体的物理性质：密度、粘度和表面张力。
3. 流体流动的两种状态：层流和湍流。
4. 流体流动的连续性方程和伯努利方程。
三、实验器材与设备1. 流体流动实验装置：管道、流量计、压力计等。
2. 流体粘度实验装置：粘度计、计时器等。
3. 流体表面张力实验装置：表面张力计、铂丝等。
4. 其他辅助工具：量筒、滴定管等。
四、实验内容与步骤1. 流体流动实验：观察和记录不同流速下的压力和流量数据，分析流体流动的规律。
2. 流体粘度实验：测量不同温度下的流体粘度，探讨温度对粘度的影响。
3. 流体表面张力实验：测量不同液体的表面张力，研究表面张力的影响因素。
五、实验数据处理与分析1. 根据实验数据，绘制压力-流量曲线，分析流体流动状态。
2. 根据实验数据，绘制粘度-温度曲线，探讨温度对粘度的影响。
3. 根据实验数据，绘制表面张力-液体种类曲线，研究表面张力的影响因素。
《流体力学》实验教案（二）六、实验目的1. 掌握流体力学实验的基本方法和技能。
2. 培养观察现象、分析问题和解决问题的能力。
七、实验原理1. 流体的定义和分类。
2. 流体的物理性质：密度、粘度和表面张力。
3. 流体流动的两种状态：层流和湍流。
4. 流体流动的连续性方程和伯努利方程。
八、实验器材与设备1. 流体流动实验装置：管道、流量计、压力计等。
2. 流体粘度实验装置：粘度计、计时器等。
3. 流体表面张力实验装置：表面张力计、铂丝等。
4. 其他辅助工具：量筒、滴定管等。
九、实验内容与步骤1. 流体流动实验：观察和记录不同流速下的压力和流量数据，分析流体流动的规律。
2. 流体粘度实验：测量不同温度下的流体粘度，探讨温度对粘度的影响。
3. 流体表面张力实验：测量不同液体的表面张力，研究表面张力的影响因素。
实验流体力学讲义(1)
• 第三时期-----20世纪初以后
进一步发展了设备、仪器、显示技术 发现了分离、湍斑、湍塞、相干结构、贝纳德对流等 发现了边界层和转捩 研究了典型物体绕流 航空和航天
一、实验研究的地位和作用 1 三种分析手段
实验流体力学 讲义
尹协振
中国科学技术大学 近代力学系 2008. 9.
目录
第一章 引言-----------------------------------------------------------------------------------------------（1）
第二章 实验模拟方法和理论 §2.1 相似的基本理论------------------------------------------------------------------------------（3） §2.2 三种求相似参数的方法---------------------------------------------------------------------（- 4） §2.3 三种求相似参数方法的比较---------------------------------------------------------------（- 7） §2.4 单位制问题------------------------------------------------------------------------------------（- 7） §2.5 例子---------------------------------------------------------------------------------------------（- 8） §2.6 部分相似和局部模拟-----------------------------------------------------------------------（10）
实验一流体力学综合实验实验报告
实验一流体力学综合实验实验报告一、实验目的本实验的目的是通过对流动物体的测量，探究流体的运动规律，深入了解流体力学的相关概念。
同时，本实验也可以提高学生的实验能力，加深理论知识的理解和应用。
二、实验原理1. 基本概念流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
流体运动过程中，流速和压强是两个重要的物理量。
流体的流动受到斯托克斯定律的影响，该定律表明，在粘性流体中，流体的阻力与流过它的物体的速度成正比，与物体的表面积和流体的黏度成反比。
2. 流动物体的测量研究流动物体的运动规律，需要对流量、流速、压强等进行测量。
其中，流量的测量一般采用体积法、重量法、压降法等方法。
流速的测量可以采用中心角法、浮标法、液面法等方法。
压强的测量一般采用静压法和动压法。
3. 流体力学的应用流体力学在现代工程领域中有广泛的应用，如水力发电、空气动力学、航空航天工程等。
在这些领域内，流体力学的理论和实验技术都发挥着重要作用，有助于提高工程效率和安全性。
三、实验内容1. 流量计测量利用流量计对水流的流量进行测量。
流量计是一种可以对流体流量进行直接读数的设备，可以通过它来确定液体或气体的流量大小。
在本实验中，流量计采用的是内切式流量计，该流量计适用于流量较小时的情况。
四、实验结果通过测量流量计的读数，我们得到了水流的平均流量值为0.026 L/s。
3. 压力计测量结果五、实验分析在本实验中采用的是旋转翼流量计，该流量计适用于流量较大、粘度较小的情况。
通过测量流速计读数可以得到水流的流速值，该值可以帮助我们进一步分析水流的运动规律。
流体力学的实验报告
流体力学的实验报告流体力学的实验报告引言：流体力学是研究流体运动及其力学性质的学科，广泛应用于工程、物理学、地质学等领域。
本实验旨在通过一系列实验，探究流体在不同条件下的性质和行为，以加深对流体力学的理解。
实验一：流体静力学实验在这个实验中，我们使用了一个U型管，通过调节管内液体的高度，观察液体在管内的压力变化。
实验结果表明，液体的压力与液柱的高度成正比，且与液体的密度和重力加速度有关。
这一实验验证了流体静力学的基本原理，即压力在静止的液体中是均匀的。
实验二：流体动力学实验在这个实验中，我们使用了一个水平旋转的圆筒，将水注入圆筒内，然后通过旋转圆筒，观察水的运动情况。
实验结果表明，水在旋转圆筒中呈现出旋涡状的流动，且流速随着距离圆筒中心的距离增加而增加。
这一实验验证了流体动力学的基本原理，即在旋转系统中，流体的速度随着距离中心的距离而改变。
实验三：流体黏性实验在这个实验中，我们使用了一个粘度计，测量了不同液体的粘度。
实验结果表明，液体的粘度与其分子间相互作用力、温度和压力有关。
较高的粘度意味着液体的黏性较大，流动较困难。
这一实验验证了流体黏性的基本原理，即液体的黏度与流体内部分子的相互作用有关。
实验四：流体流速实验在这个实验中，我们使用了一个流速计，测量了液体在不同管道中的流速。
实验结果表明，管道的直径、液体的黏度和施加的压力差都会影响流体的流速。
较大的管道直径、较小的黏度和较大的压力差都会导致流体的流速增加。
这一实验验证了流体流速的基本原理，即流体在管道中的流速与管道的几何形状和施加的压力差有关。
结论：通过以上实验，我们深入了解了流体力学的基本原理和实际应用。
流体力学在工程领域中有着广泛的应用，例如水力学、气体力学、液压学等。
深入研究流体力学的原理和实验，有助于我们更好地理解和应用流体力学的知识，为工程设计和实际应用提供科学依据。
(水力学)-流体力学实验(1)
壹、静水压强实验一、实验目的1、加深对水静力学基本方程物理意义的理解，验证静止液体中，不同点对于同一基准面的测压管水头为常数（即C gp z =+ρ）。
2、学习利用U 形管测量液体密度。
3、建立液体表面压强a p p >0，a p p <0的概念，并观察真空现象。
4、测定在静止液体内部A 、B 两点的压强值。
二、实验原理在重力作用下，水静力学基本方程为：C gp z =+ρ 它表明：当质量力仅为重力时，静止液体内部任意点对同一基准面的z 与gp ρ两项之和为常数。
重力作用下，液体中任何一点静止水压强gh p p ρ+=0，0p 为液体表面压强。
a p p >0为正压；a p p <0为负压，负压可用真空压强v p 或真空高度v h 表示：abs a v p p p -= gp h v v ρ= 重力作用下，静止均质液体中的等压面是水平面。
利用互相连通的同一种液体的等到压面原理，可求出待求液体的密度。
三、实验设备在一全透明密封有机玻璃箱内注入适量的水，并由一乳胶管将水箱与一可升降的调压筒相连。
水箱顶部装有排气孔1k ，可与大气相通，用以控制容器内液体表面压强。
若在U 形管压差计所装液体为油，水油ρρ<，通过升降调压筒可调节水箱内液体的表面压强，如图1-1所示。
图 1—1四、实验步骤1、熟悉仪器，测记有关常数。
2、将调压筒旋转到适当高度，打开排气阀1k ，使之与水箱内的液面与大气相通，此时液面压强a p p =0。
待水面稳定后，观察各U 形压差计的液面位置，以验证等压面原理。
3、关闭排气阀1k ，将调压阀升至某一高度。
此时水箱内的液面压强a p p >0。
观察各测压管的液面高度变化并测记液面标高。
4、继续提高调压筒，再做两次。
5、打开排气阀1k ，使之与大气相通，待液面稳定后再关闭1k （此时不要移动调压筒）。
6、将调压筒降至某一高度。
此时a p p <0。
流体力学实验课件
安徽建筑工业学院 马骏、薛莉娉
实验（一）静水压强实验
马骏、薛莉娉
一用测压管测量静压强的方法； 2． 验证不可压缩流体静力学基本方程； 3．通过对诸多流体静力学现象的实验分析 讨论，进一步提高解决静力学实际问题的 能力。
二、实验装置
实验原理
注意事项
1、调节流量后，等测压管读数稳定后记录 数据。 2、作图时10、11、13数据不用。
预习和思考题
1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有 何不同？为什么？ 2、流量增加，测压管水头线有何变化？为 什么？ 3、测点2、3和测点10、11的测压管读数 分别说明了什么问题？
实验三 动量方程实验
实验二 能量方程实验
马骏、薛莉娉
实验目的
1、验证流体恒定总流的能量方程； 2、通过动水力学诸多水力现象的实验分析 研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的 能量转换特征； 3、掌握流速、流量、压强等动水力学要素 的实验量测技能。
实验装置
实验原理
根据能量方程，沿管道水流方向取n个过水断面，列出进口 断面（1-1）至（I-I）断面的能量方程（I=2,3,4……n）
实验五 文丘里流量计实验
马骏、薛莉娉
实验目的
１． 通过实验掌握文丘里流量计的原理及 用途，学会流量系数的率定方法。 ２． 观察管道恒定流中文丘里流量计的断 面变化引起的动能和势能的转化情况，并 观察真空现象，加深对能量方程的理解。 ３． 学会体积流量法的量测方法，掌握多 管压差计的原理和使用方法。
在重力作用下不可压缩液体静力学的基本方程为： Z+P/R=const. (1-1) 或P=P0+rh (1-2) 式中，Z为位置水头，表示被测点相对于基准面高度，即 单位重量水体所具有的位能：p/r为压强水头，表示被测 点处单位重量水体所具有的压强；Z+P/R为测压管水头； P-被测点的静水压强；P0水箱中液面的表面压强；R—液 体容重；h—被测点的液体深度。 （1-1） 式表明静水中任意一点的测压管水头都相等。 （1-2） 式表明液面以下任一点的静水压强等于表面压强 P0与这一点至液面的水深乘以液体容重之和，即静水压强 是随液体深度按线性规律变化。
流体力学实验思考题解答(全)
流体力学课程实验思考题解答（一）流体静力学实验1、 同一静止液体内的测压管水头线是根什么线 答：测压管水头指γpZ +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。
测压管水头线指测压管液面的连线。
从表的实测数据或实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。
2、 当0<B p 时，试根据记录数据确定水箱的真空区域。
答：以当00<p 时，第2次B 点量测数据（表）为例，此时06.0<-=cm p Bγ，相应容器的真空区域包括以下3三部分：（1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。
（2）同理，过箱顶小杯的液面作一水平面，测压管4中该平面以上的水体亦为真空区域。
（3）在测压管5中，自水面向下深度为0∇-∇=H AP γ的一段水注亦为真空区。
这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等，均为0∇-∇=H AP γ。
3、 若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。
答：最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度w h 和o h ，由式o o w w h h γγ=，从而求得o γ。
4、 如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响答：设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算γθσd h cos 4=式中，σ为表面张力系数；γ为液体的容重；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。
常温（C t ︒=20）的水，mm dyn /28.7=σ或m N /073.0=σ，3/98.0mm dyn =γ。
水与玻璃的浸润角θ很小，可认为0.1cos =θ。
于是有dh 7.29=()mm d h 单位均为、 一般说来，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。
《流体力学》实验教案(全)word版
《流体力学》实验教案（全）(一)不可压缩流体定常流能量方程(伯努利方程)实验一、实验目的要求：1、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技术；2、验证流体定常流的能量方程；3、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性。
自循环伯努利方程实验装置图本实验的装置如图所示，图中：1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.溢流板；5.稳水孔板；5 / 456.恒压水箱；7.测压计；8.滑动测量尺；9.测压管； 10.实验管道； 11.测压点； 12.毕托管 13.实验流量调节阀。
三、实验原理：在实验管路中沿水流方向取n个过水截面。
可以列出进口截面(1)至截面(i)的能量方程式（i=2,3,.....,，n)选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出值,测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压，从而可得到各截面测管水头和总水头。
四、实验方法与步骤：1、熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。
2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平(开关几次）。
3、打开阀13，观察测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。
4、调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数)。
5、再调节阀13开度1～2次，其中一次阀门开度大到使液面降到标尺最低点为限，按第4步重复测量。
五、实验结果及要求：1、把有关常数记入表2.1。
2、量测()并记入表2.2。
3、计算流速水头和总水头。
4、绘制上述结果中最大流量下的总水头线和测压管水头线(轴向尺寸参见图2.2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2.2上)。
六、结果分析及讨论：1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？2、流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？3、测点2、3和测点10 、11的测压管读数分别说明了什么问题？4、试问避免喉管(测点7)处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头(如抬高或降低水箱的水位)对喉管压强的影响情况。
流体力学实验指导书
实验一流动演示实验（一）雷诺实验一、实验目的１、观察流体在管内流动的不同流态。
２、层流和湍流的判别。
二、实验原理流体流动有两种不同流态，即层流和湍流。
流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，喘流时流体质点在沿管轴流动的同时还做着杂乱无章的随机运动。
雷诺数是判断流动型态的特征数。
若流体在圆管内流动，雷诺数可用下式表示Re =μρ⋅⋅ud式中：d ——管内径，m;u ——流速, m∕s，ρ——流体密度, k g∕m³，μ——流体黏度，Pa•s。
一般，Re < 2000时，流动型态为层流；Re > 4000时，流动为喘流。
在两者之间时，有时为层流，有时为喘流，流动型态与环境有关。
对于一定温度下的流体，在特定的圆管内流动时，雷诺数仅与流速有关。
本实验通过改变水在管内的流速，观察流体在管内流动型态的变化。
三、实验装置实验装置见图１-1。
图中4为高位槽，实验时水由此高位槽进入玻璃管5。
槽内设有溢流槽3，用以维持平稳、恒定的液面。
实验时打开流量控制阀7，水即由高位槽进入观察用的玻璃管5中，着色水由高位玻璃瓶1经阀9调节流量，通过针形孔进入玻璃管5中心处。
调节阀门7和阀门9，改变流体流速，可以在玻璃管5内观察到不同的流动形态。
流量很小，流体处于层流时，着色水的流动呈一条直线；随着水流量的逐渐加大，着色水由直线开始抖动，继而着色水被扰动成波状前进；随着水流量的继续加大，着色细线变为螺旋前进，再增大流量则出现断裂、旋涡、混合，最后完全与水流主体混在一起，整个水都染上了颜色。
四、实验内容和主要实验步骤１、打开进水阀，向高位槽4送水，使高位槽内的水成溢流状态，以保持高位槽内液位恒定。
２、关闭水流量控制阀7，打开着色水流量控制阀9，观擦着色此时在玻璃管中的状态。
当着色水流出5cm左右后，缓慢打开水流量控制阀7，使水流量尽可能的小，观察层流时流速分布曲线的性状及层流时着色水的流动情况。
３、待玻璃管内的层流流动稳定后，缓慢调节流量控制阀7, 逐渐增大水的流量，观察着色水的流动有何变化，并测定流量，计算不同流动型态时的雷诺数。
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第三节流体力学基本量测量仪表的选择与标定
1. 仪表的选择 (2) 压阻式压力传感器 (半导体 晶体的压阻效应) 影响因素： 半导体的电阻温度系数远 高于金属电阻； 特点： 全电桥式自温度补偿+二 极管对称接地； 精度高； 通常半导体扩散硅电阻变化的 灵敏度要远远高于应变片，大约 为100倍。
在非定常流中必须保证的相似条件。
第一节 流体力学的相似条件
几何相似是前提，力学相似是基础，运动相似是流 场相似的表现。 基本比例常数（Cl，CV， Cρ）确定了其它比例常数
Cm = Cr Cl3
2 2 CF = Cr CV Cl
很有用!!!
C p = Cr C
2 V
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
流场惯性力与弹性力之比，表示流场弹性力/压缩性影响的相 似，在可压缩流动（Ma>0.3)中是一个重要准则。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
韦伯数：
V We /( L)
流场中表面张力的相似。毛细管内流动问题 根据相似原理，在几何相似、边界条件和初始条件相似的 前提下，只要所有的相似准则相等，则流场必定相似，并且互
p 欧拉数： Eu V 2
流动相似时，两个流场的欧拉数一定相等。Eu数表明流场内
压差力与惯性力之比，描述了两流场间压差力的相似。压差
对流问题。
V 弗劳德数： Fr gl
流场惯性力与重力之比，表明两个流场的重力场相似。明渠流 动、船舶波动阻力问题。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
雷诺数：Re=ρDV/μ 流场惯性力与粘性力之比，表示流场中粘性力作用的相似。 管内粘性流动、外部绕流的摩擦阻力问题。 马赫数：Ma=V/a
得到：
C Ct u u du p fx p 2 ( 2 2 )p dt p CV C Cl CV x p Cl x y Cg Ct C pCt
2 2
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
对比两个流动控制方程：
du dt
du dt
p
C g Ct CV
C Ct 2u 2u p fx p 2 ( 2 2 )p C CLCV x p CL x y C pCt
1. 几何相似 模型与原型流动空间要相似。长度比例常数 Cl为：
Lm Lmod el Cl Lp Lprototype
L
L
第一节 流体力学的相似条件
2. 运动相似 模型与原型流场对应点、对应时刻速度
大小成比例，方向一致。
速度比例常数：
模型
Vm um vm wm CV V p u p v p wp
5. 为什么要进行近似模型实验？
Frm Frp
Cg Cl C
2 V
1
若满足Re数相等：
取Cl=0.1,若C =1,则CV=10
对于同一种流体，若同时满足Fr数相等：
取Cl=0.1，Cg=1, 则CV=0.316 因此，速度比例系数CV产生了矛盾。
C Rem Re p 1 Cl CV
2 Cr CV
2 2 Þ CF = Cr CV Cl
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
(2) Re 模化法
对于粘性作用为主导因素的流场，可按Re相等设计相似模 型。如管内流动，流体机械内的流动/外部绕流的摩阻和形阻 计算问题。采用Re准则，相似流场间有：
几何相似、Rem=Rep
相似 Eum=Eup
超声波测速
第三节流体力学基本量测量仪表的选择与标定
2. 常用仪表的标定 (1) 压力计的标定
图7 活塞式压力计-测量与标定
第三节流体力学基本量测量仪表的选择与标定
2. 常用仪表的标定 (2) 液体流量计标定
静态容积法标定
静态称重法标定 动态容积法标定 动态称重法标定 标准体积管法标定 标准表法标定
为了解决这个矛盾，采用不同动力粘度的介质，先满足Fr 数，然后计 算满足Re数需要的介质粘度，即： 取Cl=0.1，若CV=0.316 ,则C =0.0316 在实验设计过程中，找到一种介质的动力粘度为原型介质1/31.6，很难办到。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
图1 水与空气粘度值
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
du dt p 2u 2u fx p p ( 2 2 ) p x p x y
(原型, x 方向) (模型, x 方向)
p
du p 2 u 2u f xm m ( 2 2 )m dt m x m x y
由于两流动相似，那么任意物理参数之间有关系：
为充分必要条件。 相似准则数的幂、加/减常参数后仍为该准则数。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
3. 模型实验
模型实验以相似原理为基础，按一定规则改变流
动参数（如流体介质、流动速度与流场尺寸）来设计 模型实验台，然后利用相似原理整理模型实验获得的
数据，找出其规律，并将之应用于所有与模型相似的
原型
第一节 流体力学的相似条件
3. 力学相似 模型与原型流场内各对应点上的相应力的大小 成比例，方向一致。
τ2
力比例常数：
p1
原型
τ1 τ2
p2
Fm Ap1m At 1m CF = = = Fp Ap1 p At 1 p
p1
模型
τ1
p2
第一节 流体力学的相似条件
4. 时间相似
tm CL Ct t p CV
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
例题1：
设有两个二维不可压定常粘性流动相似，其控制方程
N-S方程。具体形式如下（x 方向）：
du p u u fx ( 2 2 ) dt x x y
2 2
求各相似比例常数间的关系。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
原型和模型相应的控制方程：
可以输出电压、电流、频率等信号；
结构简单，动态响应好； 过载能力强，
自热影响极小。
第三节流体力学基本量测量仪表的选择与标定
1. 仪表的选择
(4) 流速测量仪表的选择：
皮托管；
三孔探针；
五孔探针； 热线和热膜测速； PIV (Particle Image Velocimetry)粒子测速； 激光测速
Cg Ct CV
C pCt
1
Cg Cl C
2 V
1 Frm Frp
Cp Cp 1 Eum Eu p 2 CL C CLCV C CV C CV Ct
C Ct C C 1 2 1 Rem Re p 2 Cl Cl Ct Cl CV
2. 流体力学中的常用相似准则数
2 Cr CV / Cp = 1 ? Cp
2 Cr CV
2 2用自动相似 第一自模区：Re<2000 第二自模区：水力粗糙湍流区
速度分布相似
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
图2 Moody 图
第三节流体力学基本量测量仪表的选择与标定
1. 相似原理 (1). 两种流动相似，必定为同类现象，因此控制方程 相同。 (2). 两种流动相似，所有单值性条件相似。单值性条件 包括流动空间几何形状、流动速度、流体性质、壁面 条件、初始条件等等。 (3). 两种流动相似，那么单值性条件中某些物理量组成 的相似准则数（无量纲数）对应相等。 Why?
实际流动。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
4. 全面的力学相似
两种流动(模型和原型)满足几何相似、运动相似和动
力相似，即所有的准则数(Re, Eu, Ma, Fr…)分别相等， 且具有相似的相似的初始和边界条件。
但是，同时满足几个相似准则数都相等，在实验设
计过程中实现很困难，有时根本办不到。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
图4 压阻式压力传感器
(a) 扩散硅膜片 (b) 传感器结构
图5 压阻式压力传感器的温度补偿
第三节流体力学基本量测量仪表的选择与标定
1. 仪表的选择 (3)电容式压力压差变送器
图6 电容式压力压差变送器
第三节流体力学基本量测量仪表的选择与标定
1. 仪表的选择 (3)电容式压力压差变送器 原理： 测量膜片两侧压力的改变引起电极板间相对位置 的变化，以此度量压差的大小。 特点： 电容变化和输入位移是非线性的；
p
p 2u 2u fx p p ( 2 2 ) p x p x y
相似问题的控制方程应完全相同，对比后有：
Cg Ct CV
=1
C p Ct C Cl CV
1
C Ct 1 2 Cl
－－相似指标
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
相似指标涉及的物理量即可组合成一个无量纲量－即相似准 则数
第一节 流体力学的相似条件
流体力学实验研究是指用人为控制的方法对所要研究的流 动现象或过程进行观察和测量，以达到以下目的：
重复实现和观察某流动现象或过程，以便获得充分的感性认
识、掌握其物理本质；
通过参数测量，寻求物理量之间的关系； 验证理论分析或数值模拟计算结果； 设计、施工的可靠性检验。
1. 仪表的选择
压力传感器的选择： (1) 电阻应变式压力传感 器—金属电阻丝应变片+弹 性元件
影响因素： 图3 电阻应变片 金属电阻(丝/箔)的 (a) 丝绕式 (b) 箔式 温度系数； 金属电阻膨胀系数； 特点： 弹性元件的线性膨 电桥自温度补偿：温度补偿片 胀系数； 精度低；
CV Cl / Cn = 1
2 Cr CV / Cp = 1 ? Cp
2 Cr CV
2 2 Þ CF = Cr CV Cl