实验四 流动状态实验----雷诺实验
一、实验目的
1. 观察层流和紊流的流态及其转换特征;
2. 通过临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则;
3. 学习在流体力学中应用无量纲参数进行试验研究的方法，并了解其使用意义。 二、实验原理
1、实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有，如图1所示。
2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re ，作为判别流体流动状态的准则
Re d
υγ
=
式中 υ——流体断面平均流速 , s cm
d ——圆管直径 , cm
γ——流体的运动粘度 , s cm 2
在本实验中，流体是水。水的运动粘度与温度的关系可用泊肃叶和斯托克斯提出的经验公式计算
2
0.0178
10.03370.000221t t
γ=
++ 式中 γ——水在t C ?时的运动粘度，cm 2；
t ——水的温度，C ?。
3、判别流体流动状态的关键因素是临界速度。临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界流速。
4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。通常均以它作为判别流动状态的准则，即
Re < 2320 时，层流
Re > 2320 时，紊流
该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一般取Re = 2000。
5、实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情况，容易理解：减小 d ，减小v ，加大v 三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。
6、由于两种流态的流场结构和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别并分别讨论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态为层流时，沿程水头损失与平均流速成正比，而紊流时则与平均流速的1.75～2.0次方成正比，如图2所示。
7、通过对相同流量下圆管层流和紊流流动的断面流速分布作一比较，可以看出层流流速分布呈旋转抛物面，而紊流流速分布则比较均匀，壁面
图2 三种流态曲线
图4 雷诺实验装置图
四、实验步骤
1. 记录本实验的有关常常数（标记于恒压水箱正面）
2. 观察两种流态
打开开关，使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启流量调节阀，并注入颜色水于实验管内，使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大流量调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水利特征。
3. 测定下临界雷诺数
（1）将流量调节阀打开，使管道中流体呈完全紊流，再逐步关小流量调节阀使流量减小。当流量调节到使颜色水在全管内刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；
（2）待管中出现临界状态时，用体积法或电测法测定流量；
（3）根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值(2320)比较，偏离过大，需重测；
（4）重新打开流量调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；
（5）同时用水箱中的温度计测量记录水温，从而求得水的运动粘度。
注意：
a. 每调节流量调节阀门一次，均需等待稳定几分钟
b. 关小阀门过程中，只允许逐渐减小，不允许开大
c. 随出水量减小，应适当调小调速器开关（右旋），以减小溢流量
引发的扰动。
4. 测定上临界雷诺数。
逐步开启流量调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数1~2次。
五、实验数据记录
仪器编号：
有关常数：管径d＝25，量水箱断面积 A ＝，
水温T＝℃，运动粘性系数：v＝cm2/s
表1 数据记录表格
六、分析思考问题
1、为什么本实验要特别强调实验环境安定的重要性？
2、流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？
3、在工程中为何认为上临界雷诺数没有实际意义，而采用下临界雷诺数作为流态的判别标准？
4、雷诺实验得到的圆管中的下临界雷诺数是2320，而目前工程设计中常采用的是2000，原因何在？
七、注意事项
1. 注意保持实验环境的安定，实验时一定要待水流恒定后，才能量测数据。
2. 两个以上同学参加量测实验，读测压管高程、掌握阀门、测量流量的同学要相互配合。
3. 注意爱护秒表等仪器设备。
4. 实验结束后，将上游阀门关闭。
实验五伯努利方程实验
一、实验目的
1．观察恒定流条件下，通过管道水流的位置势能、压强势能和动能的沿程转化规律，加深理解能量方程的物理意义及几何意义。
2．学习用比托管和体积法测量流速的技能。
3．学习使用测压管、总压管测水头的实验技能及绘制水头线的方法。
4．验证流体定常流的伯努利方程。
二、实验原理
1、理想流体的运动方程（欧拉方程）在恒定流、质量力仅有重力、
流体不可压条件下有伯努利积分：（沿流线）。
2、伯努利积分的物理意义是：对于不可压理想流体的恒定流动，总水头（位置水头、压强水头和速度水头之和）或单位重量液体的总机械能（位置势能、压强势能和动能之和）沿流线是保持不变的。
3、伯努利积分可直接运用于恒定元流，重力场中，理想、不可压流体恒定元流的1-1、2-2两个断面上，总水头相等，即：
。
4、毕托管利用测压管和总压管（测速管）测得总水头和测管水头之
差–速度水头，可用来测量流场中某点的流速，即u=
图1 毕托管测速原理
5、在渐变流的过水断面上，惯性力的分量为零，质量力与压差力的分量在此平面上相互平衡，所以渐变流的过水断面上，压强分布规律与静水中是一样的，即测管水头为常数。
6、理想、不可压流体恒定总流的能量方程为
其中1-1、2-2两个过水断面应处于渐变流段中，分别是两断面的动能修正系数。若考虑实际（粘性）流体流动时的能量损失，则
断面1-1是上游断面，断面2-2是下游断面，为断面1-1、2-2之间单位重量流体的能量损失，包括沿程和局部损失。
图2 实验原理图
7、定常总流能量方程的各项都是长度量纲，所以可将它们沿程变化的情况几何表示出来，称为水头线。可分别画出测管水头线和总水头线。
三、实验装置
实验装置如图3所示，在自循环恒定管道流上串联变截面圆管和弯管。在A，B，C，D四个断面管壁上的不同位置各接出四个毕托管，其中的测压管接在管壁上，总压管迎着来流方向放置在管轴处。管中流速可用尾阀来调节，设置专用量水箱进行流量的量测。
图3 实验装置示意图
伯努利实验组件相关参数值（如图所示,单位：mm）
图4 伯努利实验组件相关参数
四、实验步骤
1．认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。查阅用测压管量测压强、毕托管测流速的原理和步骤。
2．对照实物了解仪器设备的使用方法和操作步骤，做好准备工作后，启
动抽水机，打开进水开关，给水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。 3． 检查下游阀门全关时，各个测压管和总压管的液面是否处于同一水平面上。如不平，则需排气调平。 4． 核对设备编号。记录有关常数。
5． 开启下游阀门，待水流恒定后，再进行数据的量测，并登录到数据记录表的相应位置。
6． 改变阀门开度，待水流恒定后，重复上述步骤，并按序登录数据。本实验要求做二个流量。
7． 检查数据记录表是否有缺漏？是否有数据明显地不合理？若有此情况，进行补正。
8． 根据量测数据绘出水头线。 9． 阅读思考问题，作简要回答。 五、实验数据记录 仪器编号： ，
有关常数：量水箱断面积0S =大（36.5*23.5）2cm ，0S =小（36.5*4.5）2cm 。 管道直径：A d ＝ 19 ，B d ＝ 30 ，c d ＝ 25 ， D d ＝
19 。
表1 实验数据记录表格
六、实验结果
1. 计算断面A、B、C、D点的平均流速和毕托管测点流速。
2. 绘制测压管水头线和总水头线。
表2 实验数据处理表格
七、实验思考题
1.为什么测压管开口方向应与流速垂直，而总压管（测速管）开口方向则应迎着流速方向？
2. 使用能量方程时，为什么上下游断面都必须选在渐变流段中？
3. 总水头线沿程是否下降？为什么？而测压管总水头线有时下降有时上升？
4. 为什么在实验中要反复强调保持水流恒定的重要性？
八、实验注意事项
1.尾阀开启一定要缓慢，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. 每次改变流量，量测必须在水流恒定后方可进行。
3. 流速较大时，测管水面会有脉动现象，读数时要读取时均值。
4. 实验结束后，关闭电源开关、拔掉电源插头。
实验八 离心泵特性曲线测定实验
1、实验目的
学习离心泵特性曲线（Q —H 曲线，Q —N 曲线和Q —η曲线）的测定方法。 2、实验原理和方法
该实验使用1#泵（左侧泵）实验测试系统，水流经吸水阀门Ⅰ及其管道进入1#泵，再流经出口阀门I 、逆止阀I 、总出口阀门、流量计及其相应管路回到水箱，完成水流循环。
按照“启动”条款中叙述的顺序，启动1#泵，保持出口总阀门全开，调节出口阀门I 的开度大小，得到泵的一个工况点，读出该工况点的I#真空表、I#压力表、流量计、I#功率表、I#转速表等仪表读数，记录数据，计算对应该工况点泵的扬程H 和流量Q 参数。调节出口阀门I 的开度大小，可以测得不同工况点的数据，经计算绘制出泵的Q —H 、Q —N 和Q —η等特性曲线。。
由功率表读出的是电机的输入功率N m ，电机效率约61%，由此可得出泵的相应输入功率N 。
1）扬程H 的测试和计算：
g
u u h M M H 22
1
22021-+++=
式中：
M 1——压力表I 的读数，MPa M 2——真空表I 读数，MPa 均换算成水柱高，m
h 0——压力表I 与真空表I 表盘的高差，h 0=0（m ）
u 1，u 2——泵的进出口流速
进口和出口的管径相同，d 2=d 1, u 1=u 2所以
022
122=-g
u u 由此： H=M 1+M 2 2）流量Q 的测试
由电磁流量计可以直接读出流量Q 的数值。 3）泵的输入功率N 和泵效率η的测试和计算。
由功率表测定泵的驱动电机的输入功率N m ，再将此N m 乘以电机效率ηm ，即得
出泵的输入功率N （也是电机的输出功率）：
N=ηm ·N m （kW ）
ηm =61%
而泵在一定的工况下的效率η：
N
QH
102ρη=
式中：ρ——流体密度kg/m 3
Q ——泵的流量（m 3/s ） H ——泵的扬程（m ）
N ——在此工况下的输入功率 3、实验步骤 （1）实验前准备
1)检查实验台各部分是否正常。 2)将水箱充满水。 （2）启动水泵
1）用手拨动电机风叶，叶轮应无卡磨现象，转动灵活。
2）打开出口阀门I 和注水漏斗阀门，关闭吸水入口阀门I 、联络阀门和出口阀门Ⅱ，注水到满为止，关闭出口阀门I 和注水漏斗阀门，打开吸水入口阀门I ，全开总出水口阀门。
3） 接通实验桌侧面的1#泵电源和控制电源。
4） 按变频器上的运行扭，然后按1#泵的I 速（全速）按钮，点动电机，转向正确即可，若转向错误，再次按1#泵的I 速（全速）按钮停止水泵，改变三相电源相序，重新启动。
5） 当泵达到正常转速，逐渐打开出口阀门，注意观察仪表读数，检查轴封泄漏情况，正常时机械密封泄漏量小于3滴/分。电机轴承处温升小于70度。发现异常，及时处理。
（3）实验
1) 关闭出口阀门I ，为零流量状态，测读压力表I 、真空表I 、流量计、功率表I 、转速表I 的读数。
2) 略开出口阀门I ，水泵开始出水，再测读上述仪表读数。
3) 逐渐开大出口阀门I ，增大流量，重复上述步骤测读各相应工况的M 1、M 2、N m 、n 。实验数据可记录在如下的表格中。
（4）结束实验，逐渐关闭出口阀门I，按照与启动相反的次序依次按1#泵的I 速（全速）按钮、变频器上的运行钮，停止电机，最后切断电机电源和控制电源。
4、实验数据处理
由于驱动水泵的是交流异步电机，当载荷变化时，转速也略有变化；若粗略的绘制水泵的性能曲线，可以忽略转速变化，根据表中计算的参数，在座标系中绘出各工况点，最后，可光滑地绘制出实验水泵的Q-H，Q-N’和Q-η等特性曲线（可在一个图上绘出）；若准确的作出水泵的性能曲线，需要按照比例定律计算出同一转速下的扬程、流量、功率等参数，在座标系中绘出各工况点，最后，可光滑地绘制出实验水泵的Q’-H’，Q’-N’’和Q’-η等特性曲线（可在一个图上绘出）。
工程流体力学
中南大学 能源与动力工程学院 主讲教师: 陈 卓 Email: chenzhuo@https://www.doczj.com/doc/317322817.html,
第一章 导论
绪言
? 什么是流体?
——液体、气体 ——在切向力作用下将产生无限变形（流动）的物质
第一章 导论
绪言
? 流体力学
——研究流体在外力作用下平衡和运动规律的科学 侧重点：流体在外力作用下的宏观机械运动，而非个别分 子的微观行为。
ü 力学的一个分支，与刚体力学、弹性力学、材料力学 并列为四大力学.
? 流体力学
l 流体力学的基础理论由三部分组成。
? 流体处于平衡状态时，各种作用在流体上的力之间关系 的理论，称为流体静力学；
? 流体处于流动状态时，作用在流体上的力和流动之间关 系的理论，称为流体动力学；
? 气体处于高速流动状态时，气体的运动规律的理论，称 为气体动力学。
? 流体力学
v 工程流体力学是研究流体（液体、气体）处于平衡状态和流 动状态时的运动规律及其在工程技术领域中的应用。
v 研究范畴 —— 将流体流动作为宏观机械运动进行研究，而 不是研究流体的微观分子运动，主要研究流体的质量守恒、 动量守恒和能量守恒及转换等基本规律。
? 流体力学研究对象及其发展
ü 它的研究对象随着生产的需要与科学的发展在不断地更新、深化和扩大。
ü 60年代以前，它主要围绕航空、航天、大气、海洋、航运、水利和各种 管路系统等方面。 à 研究流体运动中的动量传递问题，即局限于研究流体的运动规律，和它与固 体、液体或大气界面之间的相互作用力问题。
ü 60年代以后，能源、环境保护、化工和石油等领域中的流体力学问题逐 渐受到重视，这类问题的特征是：尺寸小、速度低，并在流体运动过程 中存在传热、传质现象。 à 流体力学除了研究流体的运动规律以外，还要研究它的传热、传质规律。同 样，在固体、液体或气体界面处，不仅研究相互之间的作用力，而且还需要 研究它们之间的传热、传质规律。
1
目录 实验一静水压强实验???????????????????????????????????????????1实验二伯努利方程式的验证?????????????????????????????????????3实验三雷诺实验??????????????????????????????????????????????6实验四管道沿程阻力实验??????????????????????????????????????9实验五管道局部阻力系数的测定????????????????????????????????12
实验一静水压强实验 （一）实验目的 1、测定静止液体中某点的静水压强，加深对静压公式p=p0+γh的理解； 2、测定有色液体的重度，并通过实验加深理解位置水头，压强水头及测压管水 头的基本概念，观察静水中任意两点测压管水头Z+p/γ=常数。 p=p0+γh 式中：P——被测点的静水压强； P0——水箱中水面的表面压强； γ——液体重度； h——被测点在表面以下的竖直深度。 可知在静止的液体内部某一点的静水压强等于表面压强加上液体重度乘以该点在液面下的竖直深度。 （四）实验步骤 1、打开密封水箱E顶上空气阀门a，此时水箱内水面上的压强p0=p a。观察各测压连通管内液面是否平齐，如果不齐则检查各管内是否阻塞并加以勾通。
2、读取A点、B点的位置高度Z A、Z B。 3、关闭空气阀门a，转动手柄，抬高长方形小水箱F至一定高度，此时表面压力P0＞P a，待水面稳定后读各测压管中水位标高▽=▽I（I=1、2、3、 4、5），并记入表中。 4、在保持P0＞P a的条件下，改变长方形小水箱F高度，重复进行2-3次。 5、打开空气阀门a，使水箱内的水面上升，然后关闭空气阀门a，下降长方形小水箱。 6、在P0＜P a的条件下，改变水箱水位重复进行2-3次。 （五）对表中数据进行分析 单位：mm
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。 ?'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。
《流体力学》实验指导书 杨英俊 2018.
目录 实验一平面上静水总压力测量实验 (4) 实验二恒定总流动量方程验证实验 (7) 实验三流态演示与临界雷诺数量测实验 (10) 实验四沿程水头损失测量实验 (13) 实验五文透里流量计率定实验 (16) 实验六局部水头损失测量实验 (19) 实验七恒定总流能量方程演示实验 (22)
前言 流体力学是一门重要的技术基础课，它的主要研究内容为流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，它涉及到建筑、土木、环境、水利造船、电力、冶金、机械、核工程、航天航空等许多学科。在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。例如水利工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等，因此流体力学是高等学校众多理工科专业的必修课。 流体力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。因此，掌握流体力学的基本概念、基本理论和解决流体力学问题的基本方法，具备一定的实验技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。 流体力学和其它学科一样，大致有三种研究方法。一是理论方法，分析问题的主次因素，提出适当的假定，抽象出理论模型（如连续介质、理想流体、不可压缩流体等），运用数学工具寻求流体运动的普遍解。二是实验方法，将实际流动问题概括为相似的实验模型，在实验中观察现象、测定数据，并进而按照一定方法推测实际结果。第三种方法是数值计算，根据理论分析与实验观测拟订计算方案，通过编制程序输入数据，用计算机算出数值解。三种方法各有千秋，既是互相补充和验证，但又不能互相取代。实验方法仍是检验与深化研究成果的重要手段，现代实验技术的突飞猛进也促进了流体力学的蓬勃发展。因此，流体力学实验在流体力学学科及教学中占有重要位置，也是在学习流体力学课程中一个不可缺少的重要教学环节。目前，针对我院各专业本科生，流体力学实验包括以下7个实验： 1)平面上静水总压力测量实验 2)恒定总流动量方程验证实验 3)流态演示与临界雷诺数量测实验 4)沿程水头损失测量实验 5)文透里流量计率定实验
流体力学实验思考题 参考答案 流体力学实验室 静水压强实验
1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指p z +，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。实验直接观察可知，同一静止液面内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，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （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、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不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域。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0γ。 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0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于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 γ θσd h cos 4= 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 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。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5
《流体力学》实验报告 开课实验室：年月日 学院年级、专业、班姓名成绩 课程名称流体力学实验 实验项目 名称 流体静力学实验 指导教 师 教师 评语教师签名： 年月日 一、实验目的 1、验证静力学的基本方程； 2、学会使用测压管与U形测压计的量测技能； 3、理解绝对压强与相对压强及毛细管现象； 4、灵活应用静力学的基本知识进行实际工程测量。 二、实验原理 流体的最大特点是具有易动性，在任何微小的剪切力作用下都会发生变形，变形必将引起质点的相对运动，破坏流体的平衡。因此，流体处于静止或处于相对静止时，流体内部质点之间只体现出压应力作用，切应力为零。此应力称静压强。静压强的方向垂直并指向受压面，静压强大小与其作用面的方位无关，只与该点位置有关。 1、静力学的基本方程静止流体中任意点的测压管水头相等，即：z + p /ρg=c 在重力作用下， 静止流体中任一点的静压强p也可以写成：p=p + ρg h 2、等压面连续的同种介质中，静压强值相等的各点组成的面称为等压面。质量力只为重力时， 静止液体中，位于同一淹没密度的各点的静压强相等，因此再重力作用下的静止液体中等压面是水平面。若质量有惯性时，流体做等加速直线运动，等压面为一斜面；若流体做等角速度旋转运动，等压面为旋转抛物面。 3、绝对压强与相对压强流体压强的测量和标定有俩种不同的基准，一种以完全真空时绝对压强 为基准来计量的压强，一种以当地大气压强为基准来计量的压强。
三、使用仪器、材料 使用仪器：盛水密闭容器、连通管、U 形测压管、真空测压管、通气管、通气阀、截止阀、加 压打气球、减压阀 材 料：水、油 四、实验步骤 1、熟悉一起的构成及其使用方法； 2、记录仪器编号及各点标高，确立测试基准面； 测点标高a ?=1.60CM b ?=-3.40CM c ? =-6.40CM 测点位能a Z =8.00CM b Z = 3.00CM c Z =0.00CM 水的容重为a=0.0098N/cm 3 3、测量各点静压强：关闭阀11，开启通气阀6，0p =0，记录水箱液面标高0?和测管2液面标高2?（此时0?=2?）；关闭通气阀6和截止阀8，开启减压放水阀11，使0p > 0，测记0?及2?（加压3次）；关闭通气阀6和截止阀8，开启减压放水阀11，使0p < 0（减压3次，要求其中一次，2?< 3?），测记0?及2?。 4、测定油容量 （1）开启通气阀6，使0p =0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，加压打气球7，使0p > 0，并使U 形测压管中的油水界面略高于水面，然后微调加压打气球首部的微调螺母，使U 形测压管中的油水界面齐平水面，测记0?及2?，取平均值，计算 0?-2?=H 1。设油的容重为r ，为油的高度h 。由等压面原理得：01p =a H=r h （1.4） a 为水的容重 （2）开启通气阀6，使0p =0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，开启放水阀11减压，使U 形管中的水面与油面齐平，测记0?及2?，取平均值，计算0?-2?=H 2。得：02p =-a H 2=(r-a)h （1.5） a 为水的容重 式（1.4）除以式（1.5），整理得：H 1/ H 2=r/(a-r) r= H 1a/( H 1+ H 2)
流体力学 实验指导书与报告 （第二集） 动量定律实验 毕托管测速实验 文丘里流量计实验 局部阻力实验 孔口与管嘴实验 静压传递自动扬水演示实验 中国矿业大学能源与动力实验中心
学生实验守则 一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。 二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。 三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。 四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。 五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。 六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。 七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。 八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。 九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。 十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。 1984年5月制定 2014年4月再修订 中国矿业大学能源与动力实验中心
流体力学 实验指导书与报告 静力学实验 雷诺实验 中国矿业大学能源与动力实验中心
学生实验守则 一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。 二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。 三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。 四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。 五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。 六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。 七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。 八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。 九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。 十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。 1984年5月制定 2014年4月再修订 中国矿业大学能源与动力实验中心
学号：2014141492108 姓名：苗育民 专业：冶金工程 班号：143080501 实验日期：2016.4.27 实验成绩： 流体力学综合实验 一、实验目的 （1） 测定流体在管道内流动时的直管阻力损失，作出λ与Re 的关系曲线。 （2） 观察水在管道内的流动类型。 二、实验原理 流体在管道内流动时，由于实际流体有粘性，其在管内流动时存在摩擦阻力，必然会引起流体能量损耗，此损耗能量分为直管阻力损失和局部阻力损失。流体在水平直管内作稳态流动（如图3-1所示）时的阻力损失可根据伯努利方程求得。 图 3-1 流体在1、2截面间稳定流动 以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程 （3-1） 因u 1=u 2，z 1=z 2，故流体在等直径管的1、2两截面间的阻力损失为 （3-2） 流体流经直管时的摩擦系数与阻力损失之间的关系可由范宁公式求得，其表达式为 （3-3） 将式（3-2）代入式（3-3）得 （3-4） 而 （3-5） 由此可见，摩擦系数与流体流动类型、管壁粗糙度等因素有关。由因此分析法整理可形象地表示为 （3-6） f h gz u p P +++=++22 221211 2 gz 2u ρρρ P h f ?= 2 2u d l h f ? ?=λ2 2u l d P ???= ρλμ ρ du = Re ) (Re,d f ε λ=21请
式中：f h -----------直管阻力损失，J/kg ； λ------------摩擦阻力系数； d l .----------直管长度和管内径，m ； P ?---------流体流经直管的压降，Pa ； ρ-----------流体的密度，kg/m3； μ-----------流体黏度，Pa.s ； u -----------流体在管内的流速，m/s ； 流体在一段水平等管径管内流动时，测出一定流量下流体流经这段管路所产生的压降，即可算得f h 。两截面压差由差压传感器测得；流量由涡轮流量计测得，其值除以管道截面积即可求得流体平均流速u 。在已知管径d 和平均流速u 的情况下，测定流体温度，确定流体的密度ρ和黏度μ，则可求出雷诺数Re ，从而关联出流体流过水平直管的摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系曲线图。 三、实验设备图 1--压力表；2--水泵；3,4,5,10,11,13,14,15,22,23--小球阀；6,16,17,18,19--球阀；7--水箱；8--电磁阀1；9--计量水箱；12--电磁阀2；20--闸阀；21--涡轮流量计；24--孔板；25--差压传感器；26--电磁阀3；27,28--压力缓冲罐；a--Φ25?2钢管；b--Φ25?2钢管；c--Φ12?2铜管；d--Φ25?2有机玻管 四、实验操作步骤 （1）根据现场实验装置，理清流程，检查设备的完好性，熟悉各仪表的使用方法。 （2）打开控制柜面上的总电源开关，按下仪表开关，检查无误后按下水泵开关。 （3）打开球阀16，调节流量调节阀20使管内流量约为10.5h /m 3 ，逐步减小流量，每次约减少0.5h /m 3 ，待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为4h /m 3 后停止实验。
《流体力学》实验指导书 郭广思王连琪 沈阳理工大学 2006年10月
一伯努利方程综合性实验 （一）实验目的 伯努利方程是水力学三大基本方程之一，反映了水流在流动时，位能、压能、动能之间的关系。 1．了解总水头线和测压管水头线在局部阻力和沿程阻力处的变化规律； 2．了解总水头线在不同管径段的下降坡度，即水力坡度J的变化规律； 3．了解总水头线沿程下降和测压管水头线升降都有可能的原理； 4．用实例流量计算流速水头去核对测压板上两线的正确性； 不同管径流速水头的变化规律 （二）设备简图 本实验台由高位水箱、供水箱、水泵、测压板、有机玻璃管道、铁架、量筒等部件组成，可直观地演示水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，上述三种能量之间的复杂变化关系。
（三）实验原理 过水断面的能量由位能、压能、动能三部分组成。水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，三种能量不断地相互转化，在实验管道各断面设置测压管及测速管，即可演示出三种能量沿程变化的实际情况。 测压管中水位显示的是位能和压能之和，即伯努利方程中之前两项：g p Z ρ+，测速管 中水位显示的是位能、压能和动能之和。即伯努利方程中三项之和：g v g p Z 22 ++ρ。 将测压管中的水位连成一线，称为测压管水头线，反映势能沿程的变化；将测速管中的水位连成一线，称为总水头线，反映总能量沿程的变化，两线的距离即为流速水头g v 2/2。 本实验台在有机玻璃实验管道的关键部位处，设置测压管及测速管，适当的调节流量就可把总水头线和测压管水头线绘制于测压板上。 注：计算所的流速水头值是采用断面平均流速求得，而实测流速水头值是根据断面最大速度得出，显然实测值大于计算值，两者相差约为1.3倍。 （四）实验步骤 1．开动水泵，将供水箱内之水箱至高位水箱； 2．高位水箱开始溢流后，调节实验管道阀门，使测压管，测速管中水位和测压板上红、黄两线一致； 3．实验过程中，始终保持微小溢流； 4．如水位和红黄两线不符，有两种可能：一是连接橡皮管中有气泡，可不断用手挤捏橡皮管，使气泡排出；二是测速管测头上挂有杂物，可转动测头使水流将杂物冲掉。 （五）报告要求 实验报告是实验后要完成的一份书面材料。实验报告的内容一般包括实验名称、班级、实验人姓名、实验时间、实验目的、实验步骤、实验数据记录及处理、结论与讨论等多项内容。实验报告一律用流体力学实验报告用纸书写。 （六）讨论题 1. 什么是速度水头，位置水头，压力水头？速度水头、测压管水头和总水头什么关系？ 2. 总水头线和测压管水头线在局部阻力和沿程阻力处有怎样的变化？为什么？
管路沿程阻力系数测定实验 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？ 现以倾斜等径管道上装设的水银多管压差计为例说明（图中A —A 为水平线）： 如图示O —O 为基准面，以1—1和2—2为计算断面，计算点在轴心处，设21v v =， ∑=0j h ，由能量方程可得 ??? ? ??+-???? ?? +=-γγ221121p Z p Z h f 1112222 1 6.136.13H H h h H h h H p p +?-?-?+?+?-?+-= γ γ 11222 6.126.12H h h H p +?+?+-= γ ∴ ()()122211216.126.12h h H Z H Z h f ?+?++-+=- )(6.1221h h ?+?= 这表明水银压差计的压差值即为沿程水头损失，且和倾角无关。 2．据实测m 值判别本实验的流动型态和流区。 f h l g ～v lg 曲线的斜率m=1.0～1.8，即f h 与8.10.1-v 成正比，表明流动为层流 （m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。
3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。 通常试验点所绘得的曲线处于光滑管区，本报告所列的试验值，也是如此。但是，有的实验结果相应点落到了莫迪图中光滑管区的右下方。对此必须认真分析。 如果由于误差所致，那么据下式分析 d和Q的影响最大，Q有2%误差时，就有4%的误差，而d有2%误差时，可产生10%的误差。Q的误差可经多次测量消除，而d值是以实验常数提供的，由仪器制作时测量给定，一般< 1%。如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只能从细管的水力特性及其光洁度等方面作深入的分析研究。还可以从减阻剂对水流减阻作用上作探讨，因为自动水泵供水时，会渗入少量油脂类高分子物质。总之，这是尚待进一步探讨的问题。
CB-1流体力学综合实验报告 一、实验目的 1. 学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数λ的测定方法。 2. 掌握不同流量下摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系及其变化规律。 3. 学习压差传感器测量压差，流量计测量流量的方法。 4. 掌握对数坐标系的使用方法。 5. 熟悉离心泵的结构与操作方法，了解常用的测压仪表。 6. 测定恒定转速条件下泵的扬程(H)、轴功率(N)以及效率（η）与泵的流量(Q)之间的泵特性曲线，加深 对离心泵性能的了解。 7. 掌握流量计的标定方法。 8. 了解文丘里流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的确定方法。 9. 学习合理选择坐标系的方法。 二、装置整体流程图 图1 实验装置流程示意图
设备主要参数：输送设备：（1）离心泵型号40SBF-13，额定流量6m 3/h ，额定扬程13m ，额定电压380V ， 额定功率0.55KW ，材质不锈钢；（2）离心泵型号50SBF-18，额定流量13m 3/h ，额定扬程18m ，额定电压380V ，额定功率1.5KW ， 测量仪表：（1）压力 PI-101 不锈钢真空表，测量范围-0.1-0MPa PI-102 不锈钢压力表，测量范围0-0.25MPa PI-103 不锈钢差压变送器，测量范围0-200Kpa ，精度1.0,测量介质-水 （2）温度 TI-101 双金属温度计，测量范围0-100℃，精度1.6，材质-不锈钢 （3）流量 FI-101 玻璃转子流量计，型号LZB-25，测量范围100-1000L/h ，精度1.6 FI-102 玻璃转子流量计，型号LZB-10，测量范围10-100L/h ，精度1.6 涡轮流量计，型号LWGY-25，测量范围1-10m 3/h ，精度1.0 容器：水槽容积50L ，不锈钢材质 三、实验内容 （1）离心泵特性测定实验 一、基本原理 离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H 、轴功率N 及效率η与泵的流量Q 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。 1． 流量的测定 流量是在实验过程中设定值，可直接通过手动阀门来调节实验所需的流量值。 2．扬程H 的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方 程： f H g u g p z H g u g p z ∑+++=+++222 2222111ρρ （1－1）
工程流体力学 实 验 指 导 书 河北理工大学给排水实验室 编者：杨永 2014 . 5 . 12 适用专业：给排水工程专业、建筑环境与设备工程专业 实验目录：
实验一：雷诺实验 实验二：伯努利方程实验 实验三：阻力及阻力系数测定实验 实验四：孔口管嘴实验 实验操作及实验报告书写要求： 一、实验课前认真预习实验要求有预习报告。 二、做实验以前把与本次实验相关的课本理论内容复习一下。 三、实验要求原始数据必须记录在原始数据实验纸上。 四、实验报告一律用标准实验报告纸。 五、实验报告内容包括： 1. 实验目的； 2. 实验仪器； 3. 实验原理； 4. 实验过程； 5. 实验数据的整理与处理。 六、实验指导书只是学生的指导性教材，学生在写实验报告时指导书制作 为参考，具体写作内容由学生根据实际操作去写。 七、根据专业不同以及实验学时，由任课教师以及实验老师选定实验内容。 建筑工程学院给排水实验室 编者：杨永 2014.5
实验一 雷诺实验指导书 一、实验目的： （一）观察实验中实验线的现象。 （二）掌握体积法测流量的方法。 （三）观察层流、临界流、紊流的现象。 （四）掌握临界雷诺数测量的方法。 二、实验仪器： 实验中用到的主要仪器有：雷诺实验仪、1000mL 量筒、秒表、10L 水桶等 三、实验原理： 有压管路流体在流动过程中，由于条件的改变（例如，管径改变、温度的改变、管壁的粗糙度改变、流速的改变）会造成流体流态的变化，会出现层流、临界流、紊流等现象。英国科学家雷诺（Reynolds ）在1883年通过系统的实验研究，首先证实了流体的流动结构有层流和紊流两种形态。层流的特点是流体的质点在流动过程中互不掺混呈线状运动，运动要素不呈现脉动现象。在紊流中流体的质点互相掺混，其运动轨迹是曲折混乱的，运动要素发生脉动现象。 雷诺等人经过大量的实验发现临界流速与过流断面的特征几何尺寸管径d 、流体的动力粘度μ和密度ρ有关，即()ρμ、、d f u k =。由以上四个量组成一个无量纲数，称为雷诺数e R ,即ν μρ ud ud R e ==
实验流体力学作业答案 第一题 假设水翼所受到的升力用L 表示，由题目可知，升力L 与速度v ，水的气化压力v P ，流体密度ρ，水翼弦长b ，攻角α，水翼吃水深度h ，以上这些因素都会影响升力的大小，本题采用π定理的方法来解决，首先写出下列函数关系式： (,,,,,)v L f v P b h ρα= ○ 1 取ρv b 三个量作为基本单位，其他物理量用无量纲数π来表示： 22L L v b πρ= ，2 v v P P Eu v πρ==，h h b π=，απα= 式中Eu 为欧拉数，由于角度本来就是无量纲量，故不需要做无量纲化处理， 由π定理得到下式： (,,)v L P h f αππππ= ○ 2 习惯上用 22 12 L v b ρ代替 22 L v b ρ，故将○1按照○2的型式写出来，得到下式： 22(,,)12 L h f Eu b v b αρ= ○ 3 由上式可知，欧拉数Eu 是与水翼所受到的升力相关的相似准则数。 第二题 流体力学的实验设备品种繁多，主要实验设施有两大类型：一类是进行水动力学实验研究的水槽、水池、水洞等；另一类是进行空气动力学实验研究的风洞。 第一类实验设施以循环水槽为例，其主要特点如下：便于观测，测量时间不受限制，可以对物体四周的流态进行充分的观察。不需要占用大量的建筑面积。存在的主要问题是水流的均匀度和水面的平滑性不容易满足准确测定阻力的要求。实验安装方便，实验模型小，有利于进行原理性、探索性的教学和科研实验，工作效率高。 第二类实验设施以风洞为例，其主要的特点如下：风洞与循环水槽的结构组成类似，都是由收缩段、实验段等组成，唯一的不同是风洞的实验段可以是敞开式，空气不像循环水槽里的水一样要循环利用，而是直接排出到室外，其次流动条件容易控制。
流体力学实验报告册 篇一：流体力学实验报告 流体力学实验组 班级化33姓名吴凡灿学号成绩 实验时间第6周周日同组成员芦琛琳、董晓锐 一、实验目的 1、观察塔板上气液两相流动状况，测量气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系；测定雾沫夹带量、漏液量与气速的关系； 2、研究板式塔负荷性能图的影响因素，作出筛孔塔板或斜孔塔板的负荷性能图；比较筛孔塔板与斜孔塔板的性能； 3、观察填料塔内气液两相流动状况，测定干填料及不同液体喷淋密度下填料层的阻力降与空塔气速的关系； 4、测定填料的液泛气速，并与文献介绍的液泛关联式比较； 5、测定一定压力下恒压过滤参数K、qe和te； 6、测定压缩性指数S和物料特性常数K。 二、实验原理 1．板式塔流体力学特性测定塔靠自下而上的气体和自上而下的液体逆流流动时相互接触达到传质目的，因此，塔板传质性能的好坏很大程度上取决于塔板上的流体力学状态。当液体流量一定，气体空塔速度从小到大变动时，可
以观察到几种正常的操作状态：鼓泡态、泡沫态和喷射态。当塔板在很低的气速下操作时，会出现漏液现象；在很高的气速下操作，又会产生过量液沫夹带；在气速和液相负荷均过大时还会产生液泛等几种不正常的操作状态。塔板的气液正常操作区通常以塔板的负荷性能图表示。负荷性能图以气体体积流量（m3/s）为纵坐标，液体体积流量（m3/s）为横坐标标绘而成，它由漏液线、液沫夹带线、液相负荷下限线、液相负荷上限线和液泛线五条线组成。当塔板的类型、结构尺寸以及待分离的物系确定后，负荷性能图可通过实验确定。传质效率高、处理量大、压力降低、操作弹性大以及结构简单、加工维修方便是评价塔板性能的主要指标。为了适应不同的要求，开发了多种新型塔板。本实验装置安装的塔板可以更换，有筛板、浮阀、斜孔塔板可供实验时选用，也可将自行构思设计的塔板安装在塔上进行研究。 筛板的流(本文来自：小草范文网:流体力学实验报告册)体力学模型如下： 1) 压降 ?p??pc??pl 式中，Δp—塔板总压降，Δpc—干板压降，Δpl—板上液层高度压降，其中 ?pc?0.051?vg( u02
流体力学实验指导书 上海海洋大学工程学院 二零零七年一月
实验须知 进行一个流体力学实验，必须经过实验预习、实验操作、实验总结等几个主要环节。 一、实验前的准备 （1）在实验课开始之前，应分好实验小组。 （2）每次实验课前，要求学生阅读实验指导书，明确本次实验的目的、实验原理、实验步骤以及注意事项；复习教材中有关内容，搞清楚实验原理和有关理论知识；对某些实验，还应该进行必要的设计、计算，同时回答书中提出的思考题。 二、实验操作 （1）实验课开始应认真听取指导教师对实验的介绍。 （2）分组后先检查仪器设备是否齐全和是否完好，如发现问题应及时报告指导教师。 （3）实验过程中，必须爱护仪器设备，遵守操作规程，严禁乱动、乱拆。如有损坏丢失，必须立即报告指导教师，由实验室酌情处理。因违反规章制度、不遵守操作规程而造成仪器损坏者，需按规定进行赔偿。 （4）实验室内严禁吸烟、吐痰、吃东西和乱扔纸屑。除实验必须的讲义、记录纸及文具以外，个人的书包及衣物等一概不要放在实验台上。实验室不得大声喧哗，注意保持肃静。 （5）实验做完后，需先经指导教师审查数据并签字，然后在将仪器设备按原样整理完毕，搞好实验室卫生，经教师允许后方可离去。 三、实验总结 学生必须在实验的基础上，对实验现象及数据进行整理计算和总结分析，然后认真写好实验报告。编写报告的过程是一个从感性认识到理论认识的提高过程，也是一个加深理解和巩固理论知识的过程。因此必须重视并写好实验总结报告，在规定的时间内交给教师批阅。批阅后的实验报告由学生妥善保管，以备考核。
实验一雷诺实验指导书 一、实验目的 （1）观察流体在管道中的两种流动状态； （2）测定几种流速状态下的雷诺数，并学会用质量测流量Q方法； （3）了解流态与雷诺数的关系，并验证下临界雷诺数Re c=2000。 二、实验设备 如图所示，在流体力学综合实验台中，雷诺实验涉及的部分有高位水箱、雷诺实验管、阀门、颜料水（红墨水）盒及其控制阀门、上水阀、出水阀、水泵和计量水箱等，此外，还有秒表、水杯、电子称及温度计。 图1-1 三、实验原理 层流和紊流的根本区别在于层流各流层间互不掺混，只存在粘性引起的各流层间的滑动摩擦力；紊流时则有大小不等的涡体动荡于各流层间。当流速较小时，会出现分层有规则的流动状态即层流。当流速增大到一定程度时，液体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分流体互相剧烈掺混，就是紊流。 反之，实验时的流速由大变小，则上述观察到的流动现象以相反程序重演，但由紊流转变为层流的临界流速νc小于由层流转变为紊流的临界流速νc′。称νc′为上临界流速，νc为下临界流速。雷诺用实验说明流动状态不仅和流速ν有关，还和管径d、流体的动力粘滞系数μ、和密度ρ有关。以上四个参数可组合成一个无因次数，叫做雷诺数，用Re表示。 Re ＝ρνd/μ＝νd／υ (1-1) 对应于临界流速的雷诺数称临界雷诺数，用Re c表示。 Re c＝ρνc d/μ＝2000 (1-2) 工程上，假设流速时，流动处于紊流状态，这样，流态的判别条件是
工程流体力学实验指导书与报告 华中科技大学交通学院 性能实验室 2 00 6．9
(一) 不可压缩流体恒定流能量方程 (伯诺里方程)实验 一、实验目的要求 1．验证流体恒定总流的能量方程； 2．通过对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性； 3．掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。 二、实验装置 本实验的装置如图2．1所示。 说明 本仪器测压管有两种： 1．毕托管测压管(表2．1中标*的测压管)，用以测读毕托管探头对准点的总水头 )2(2g u p Z H ++='γ，须注意一般下H ’与断面总水头)2(2 g v p Z H + +=γ不同(因一般v u ≠)，
它的水头线只能定性表示总水头变化趋势； 2．普通测压管(表2．1未标*者)，用以定量量测测压管水头。 实验流量用阀13 调节，流量由体积时间法(量筒、秒表另备)、重量时间法(电子称另备)或电测法测量(以下实验类同)。 三、实验原理 在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式(i=2，3，……，n) i i i i i hw g v a p Z g v a p Z ,122 111 122+++=++γγ 取121====n a a a Λ，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出γ p Z + 值，测出 通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v 及g av 22 ，从而即可得到各断面测管水头和总水 头。 四、实验方法与步骤 1．熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。 2．打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因(例连通管受阻、漏气或夹气泡等)并加以排除，直至调平。 3．打开阀13，观察思考 1)测压管水头线和总水头线的变化趋势；2)位置水头、压强水头之间的相互关系；3)测点(2)、(3)测管水头同否?为什么? 4)测点(12)、(13)测管水头是否不同?为什么? 5)当流量增加或减少时测管水头如何变化? 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(毕托管供演示用，不必测记读数)。 5．改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。 五、实验成果及要求 ’ 1．记录有关常数 均匀段D1= cm 缩管段D2= cm 扩管段D3= cm 水箱液面高程=?0 cm 上管道轴线高程=?z cm 实验装置台号No______________
演示实验三流谱流线显示实验（一） (一) 实验目的要求 演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流的定常流动，运用电化学法显示流场，使同学们对这些基本流动有一个直观了解。 (二) 实验装置 本实验的装置如图I-3-1所示。 图I-3-1 流谱流线显示仪 1．显示盘；2．机翼；3．孔道；4．圆柱；5．孔板；6．闸板；7．文丘里管；8．突扩和突缩；9．侧板；10．泵开关；11．对比度调解开关；12．电源开关；13. 电极电压测点；14．流速调节阀；15. 放空阀。（14、15内置于侧板内） 本实验装置配备有： 流线显示盘、前后罩壳、照明灯、小水泵、直流供电装置。 (三) 实验原理 现有的三种流谱仪，分别用于演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流。 1、Ⅰ型单流道，演示机翼绕流的流线分布。由图可见，机翼向天侧（外包线曲率较大）流线较密，由连续方程和能量方程知，流线密，表明流速大，压强低：而在机翼向地侧，流线较疏，压强较高。这表明整个机翼受到一个向上的合力，该力被称为升力。实验中为了显示升力方向，在机翼腰部开有沟通两侧的孔道，孔道中有染色电极。在机翼两侧压力差的作用下，必有分流经孔道从向地侧流至向天侧，这可通过孔道中染色电极释放的色素显现出来，染色液体流动的方向，即为升力方向。 此外，在流道出口端（上端）还可观察到流线汇集到一处，并无交叉，从而验证流线不会重合的特性。
2、Ⅱ型单流道，演示圆柱绕流。因为流速很低（约为0.5～1.0cm/s），这是小雷诺数的无分离流动。因此所显示的流谱上下游几乎完全对称。这与圆柱绕流势流理论流谱基本一致；零流线（沿圆柱表面的流线）在前驻点分为左右两支，经900点（u＝u max），而后在背滞点处二者又合二为一。 驻点的流线为何可分可合，这与流线的定义是否矛盾呢？这是不矛盾的。因为在驻点上流速为零，方向是不确定的。然而，当适当增大流速，Re数增大，此时虽圆柱上游流谱不变，但下游原合二为一的染色线被分开，尾流出现。 3、Ⅲ型双流道。演示文丘里管、孔板、渐缩和突然扩大、突然缩小、明渠闸板等流段纵剖面上的流谱。演示是在小Re数下进行，液体在流经这些管段时，有扩有缩。由于边界本身亦是一条流线，通过在边界上特别布设的电极，该流线亦能得以演示。同上，若适当提高流动的雷诺数，经过一定的流动起始时段后，就会在突然扩大拐角处流线脱离边界，形成漩涡，从而显示实际流体的总体流动图谱。 利用该流线仪，还可说明均匀流、渐变流、急变流的流线特征。如直管段流线平行，为均匀流。文丘里管的喉管段，流线的切线大致平行，为渐变流。突缩、突扩处，流线夹角大或曲率大，为急变流。 特别强调的是，上述实验中，其流道中的流动均为恒定流。因此，所显示的染色线既是流线，又是迹线和脉线（染色线）。因为流线是某一瞬时的曲线，线上任一点的切线方向与该点的流速方向相同；迹线是某一质点在某一时段内的运动轨迹线；脉线是源于同一点的所有质点在同一时刻的连线。固定在流场的起始段上的电极，所释放的颜色流过显示面后，会自动消色。放色——消色对流谱的显示均无任何干扰。另外，在演示中如将泵关闭一下再重新开启的话，还可看到流线上各质点流动方向的变化。 演示实验四流谱流线显示实验（二） (一) 实验目的要求 演示流体在多种不同形状流道中的非定常流动图案，鲜明地显示不同边界流场的迹线、边界层分离、尾流、涡旋等流动图谱，便于学生们直观理解流体非定常流动的基本特征及其产生机理。