流体力学实验指导书1

量 L1 N×10-5 cm
实测冲 击力 F
实
N×10-5
理论计 算冲击 力F理 N×10-5
3、 成果分析：将实测的水流对板的冲击力与由动量方程计算出 的水流对板
的冲击力进行比较，计算出其相对误差，并分析产生误差的原因。
（七）思考题
1、有差异，除实验误差外还有什么原因？ 2、实验中，平衡锤产生的力矩没有加以考虑，为什么？
4、用体积法测量流量用以计算。 5、将平面板更换为曲面板，测量水流对曲面板的冲击力并重新用 体积法测量流量。
6、 关闭抽水机，将水箱中水排空，砝码从杠杆上取下，结束实 验。
（五）注意事项
1、量测流量后，量筒内的水必须倒进接水器，以保证水箱循环水 充足。
2、测流量时，计时与量筒接水一定要同步进行，以减小流量的量 测误差。
4、打开管嘴，使其出流，压差计液面将改变，当流动稳定后，记录 压差计各测压管液面，用体积法或电子流量计测量流量。
5、关闭管嘴，打开孔口，使其出流，当流动稳定后，用游标卡尺测 量孔口收缩断面直径，用体积法或电子流量计测量流量。
6、关闭水泵，排空水箱，结束实验。
（五）注意事项
1、量测流量后，量筒内的水必须倒进接水器，以保证水箱循环水充 足。
（二）实验原理
应用力矩平衡原理如图2.1所示：求射流对平板和曲面板的冲击 力。 力矩平衡方程：， 式中：；；
；。
图2.1 力矩平衡原理示意图 恒定总流的动量方程为 若令，且只考虑其中水平方向作用力，则可求得射流对平板和曲面的作 用力公式为： 式中：；；射流射向平板或曲面板后的偏转角度。
时，。水流对平板的冲击力 时， 时，
4、按照以上原理，可以求得密封箱液体中任一点A的绝对压强。 设A点在密封箱水面以下的深度为h0A，在1号管和3号管水面以下的 深度为h1A 和h3A，则：
5、由于连通管和U形管反映着同一的压差，故有： 由此可以求得另一种液体的容重：
。
（四）注意事项
1、首先检查密封箱是否漏气（检查方法自己考虑）。 2、开口筒向上提升时不宜过高，在升降开口筒后，一定要用手拧紧
各测压管液面读数 0.5d d 1.5d 2.5d
注：水头H为管嘴中心到水箱液面的垂直高度。 各测压管液面读数以水箱液面为基准。
3、成果分析：根据实测的值，计算孔口流速系数或流量系数、管嘴流 量系数，分析误差的原因。
（七）思考题
1、流速系数是否可能大于1.0？ 2、为什么同样直径与同样水头条件下，管嘴的流量系数 大？
2、关闭通气孔，将开口筒向上提升到一定高度。水由开口筒流向密 封箱，并影响其它测压管。密封箱中空气的体积减小而压强增大。待稳 定后，开口筒与密封箱两液面的高差即为压强差，这个水柱高度h也等 于，而U形管两液面的压差也应等于。
3、如果将开口筒向下降到一定高度，使其水面低于密封箱中的水 面，则密封箱中的水流向开口筒。因此，密封箱中的空气的体积增大而 压强减小，此时p0<pa，待稳定后，其压强差称为真空，以水柱高度表 示即为真空度：
或 式中，为流速系数，为流量系数，为孔口中心点以上的作用水头。已知 收缩系数和流速系数或流量系数可求得孔口流量。本实验将根据实测的 流量等数据测定流速系数或流量系数。
当水流经管嘴出流时，由于管嘴内部的收缩断面处产生真空，等于 增加了作用水头，使得管嘴的出流大于孔口出流。应用能量方程可推得 管嘴流量计算公式如下
值比孔口的
左边的固定螺丝，以免开口筒向下滑动。
（五）量测与计算
静水压强仪编号
；
实测数据与计算（表1.1、表1.2）。
表1.1 观测数据
名称
测压管液面高程读数
液面高程
单 位 厘米 厘米 厘米 厘米 厘米 厘米
1
2
1
2
厘米
表1.2 计算
算 序
项目
1 2 3 4 5 6
单位
1212
厘米
注：设A点在水箱水面下的深度h0A
三、孔口与管嘴流量系数验证实验
（一）实验目的
1、了解孔口流动特征，测定孔口流速系数和流量系数。 2、了解管嘴内部压强分布特征，测定管嘴流量系数。
（二）实验原理
当水流从孔口出流时，由于惯性的作用，水流在出孔口后有收缩现 象，约在处形成收缩断面c-c。收缩断面c-c的面积与孔口的面积的比值 称为收缩系数。应用能量方程可推得孔口流量计算公式如下
厘米。
（六）回答问题
1、第1、2、3号管和4、6号管，可否取等压面？为什么？
2、第1、4、6号管和1、3号管中的液面，是不是等压面？为什么？
二、动量方程验证实验 （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、将测出的冲击力与用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。
2、测流量时，计时与量筒接水一定要同步进行，以减小流量的量测 误差。
3、测流量一般测两次取平均值，以消除误差。
4、少数测压管内水面会有波动现象。应读取波动水面的最高与最低 读数的平均值。
（六）实验成果及要求
1、有关常数。
孔口直径
cm、管嘴直径
cm、 孔口中心位置高程
cm、水箱液面高程
cm，实验装置台号：
一、静水压强量测实验
（一）目的要求
1.掌握用测压管测量流体静压强的技能； 2.验证不可压缩流体静力学基本方程； 3、测定另一种液体的重率； 4、要求掌握U形管和连通管的测压原理以及运用等压面概念分析 问题的能力。
（二）实验设备
实验设备如下图所示。
（三）实验步骤及原理
1、打开通气孔，使密封水箱与大气相通，则密封箱中表面压强p0等 于大气压强pa。那么开口筒水面、密封箱水面及连通管水面均应齐平。
2、记录及计算（见表3.1、表3.2）。
表3.1 孔口实验记录及计数表
测次
体积 W
时间 T
流量 Q
平均流 量
Q平均
水头H
收缩断 面dc
收缩 系数
流速 系数
流量 系数
ห้องสมุดไป่ตู้
注：水头H为孔口中心到水箱液面的垂直高度。
表3.2 管嘴实验记录及计数表
测次
体积 W
时间 T
流量 Q
平均流 量
Q平均
水头 H
流量 系数
n
3、测流量一般测两次取平均值，以消除误差。
（六）实验成果及要求
1、 有关常数。 喷管直径d= cm， 作用力力臂L= 7 cm， 实验装置台 号：
2、 记录及计算（见表2.1）。 表2.1：计录及计算表
测 体积 次 cm3
时 间
s
流量 cm3/s
平均流 量
cm3/s
流速 cm/s
冲 击板 角度α
砝码重 力臂
实验设备与各部分名称如图3.1所示。
图3.1 孔口管嘴实验仪
（四）实验步骤
1、熟悉仪器，记录孔口直径和管嘴直径，记录孔口中心位置高程和 水箱液面高程。
2、启动抽水机，打开进水开关，使水进入水箱，并使水箱保持溢 流，使水位恒定。
3、关闭孔口和管嘴，观测与管嘴相连的压差计液面是否与水箱水面 齐平。若不平，则需排气调平。
或 式中，为流速系数，为流量系数，，为管嘴中心点以上的作用水头。已 知流速系数或流量系数可求得管嘴流量。本实验将根据实测的流量等数 据测定流速系数或流量系数。
根据系统理论和实验研究各系数有下列数值 孔口 管嘴 由于收缩断面位置不易确定，以及观测误差等原因，本实验设备所 测的数据只能逼近上述数据。
（三）实验设备
（三）实验设备
实验设备及各部分名称见图2.2，实验中配有平面板和及的曲面 板，另备大小量筒及秒表各一只。
（四）实验步骤
1、记录管嘴直径和作用力力臂。 2、安装平面板，调节平衡锤位置，使杠杆处于水平状态(杠杆支点 上的气泡居中) 3、启动抽水机，使水箱充水并保持溢流。此时水流从管嘴射出， 冲击平
图2.2 动量原理实验仪 板中心，标尺倾斜。加砝码并调节砝码位置，使杠杆处于水平状态，达 到力矩平衡。记录砝码质量和力臂。