《流体力学》实验报告
2013 年
开课实验室:
一、实验目的
1.理解射流与孔口出流的特点。
2.掌握管嘴出流的水力现象。
3.灵活应用静力学的基本知识，由测压管读数推求作用水头。
4.掌握孔口、管嘴出流的流量计算公式与流量系数的大小。
二、实验原理
三、使用仪器、材料
实验仪器：孔口与管嘴出流实验仪
仪器元件：自循环供水器、实验台、无级调速器、水箱、溢流板、
稳水孔板、孔口、管嘴、挡水旋板、移动触头、上回水槽、标尺、测压管、接水盒、回水管等。
流体介质：水、气，实验装置如图：
四、实验步骤
1 记录参数CiI=1. 20cm, d2=l. 20cm, d3=l. 20cιn, d4二1. 20cm；zl=z2=19cm, z3=z4=12cιn o
2、通电充水逐一打开1-4#孔口管嘴，待液面稳定后分别测记H、QO
3、用游标卡尺测读孔口收缩断面处直径d。
4、关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。
漩涡区，产生负压，出现了管嘴真空现象。
3、分析为什么三种管嘴的流量系数不同，何者最小？
因为三种管嘴的形状不同所存在的沿程水头损失和局部水头损失不同，以及形成的真空度也不同，所以流量系数不同，直角形管嘴流量系数最小。
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论 实验一流体静力学实验 验原理 重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 (1.1) 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。 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) 此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。 验分析与讨论 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。 当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分：
)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，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。 )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)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。 若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。 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 至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 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，毛由下式计算 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℃，=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 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。另外，当水质，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普管小。 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、时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 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？
工程流体力学 实验报告 学院：交通运输工程学院 班级：交通设备1206 姓名：邱瑞玢 学号：1104120907
雷诺数测定实验 【实验目的】 1. 观察水的层流和紊流的形态及特征； 2. 学习测量和计算流体的雷诺数和临界雷诺数。 【实验原理】 雷诺数是流体惯性力 L υ ρ2 与黏性力 L v 2 μ的比值，它是一个无因次化的量。 R e =μρVl =l l V l V 22 )/(2 μρ 雷诺说较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。 【实验内容】 1. 缓慢调节水量控制阀，观察透明水管中红色水流线的变化。观察水的层流态、紊流态的 特征。 2. 找出层流和紊流转换临界点，在临界点测量水的流速，往复测量三次。 3. 根据测量数据计算出水的临界雷诺数。 【实验现象】 1. 当水流流速较低时，水管中水流处于层流状态，示踪剂（红色墨水）呈线状，无分散； 2. 逐渐开大控制阀，水流速度加大，呈线状流动的红色墨水开始出现波动，逐渐散开，这 时水流处于过渡状态； 3. 再开大控制阀，水流速度继续增大，红色墨水消失，此时水流处于紊流状态。
层流状态 紊流状态 【实验结果】 项目组别时间（s）水量（mL) 流量（mL/s) 流量均值120120060220110055320125062.51306002023070023.33 30720 24 从层流到紊流 从紊流到层流59.1 22.4 实验中，水流束的特征长度l=D=3CM,流速由公式D 2 π4q v V = 求得，得到 V1=0.032m/s,V2=0.084m/s ，而水在标准大气压，室温时的动力粘度 s p 10 000.1a -3 ×?=μ，则雷诺数 R e1 =μ ρVD =960 R e2 =μ ρVD =2520 【结果分析】 查阅资料可知一般管道雷诺数Re ＜2000为层流状态，Re ＞4000为紊流状态，Re ＝2000～4000为过渡状态。而本次实验所测得的紊流状态下的雷诺数比理论值小，产生误差的原因为： 1. 偶然误差：观察出现偏差，将水流处于由层流向紊流的过渡状态当作紊流状态，从而测 得的水流速度偏小，造成所计算的雷诺数偏小。 2. 系统误差：示踪剂（红色墨水）很容易在水中扩散，当处于过渡状态时，由于水流开始 产生搅动，从而将红色墨水打散，扩散在水中，造成水流已处于紊流状态的假象，导致
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
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
实验十一孔口与管嘴出流实验 一、实验目的 1.量测孔口与管嘴出流的流速系数、流量系数、侧收缩系数局部阻力系数及圆柱形管嘴内的局部真空度。 2.分析圆柱形管嘴的进口形状（圆角和直角）对出流能力的影响及孔口与管嘴过流能力不同的原因。 二、实验装置
图二孔口、管嘴结构剖面图三、实验原理
在恒压水头下发生自由出流时孔口管嘴的有关公式为: 实验测得上游恒压水位及各孔口、管嘴的过流量，利用以上5个公式，从而得出不同形状断面的孔口、管嘴在恒压、自由出流状态下的各水力系数。 根据理论分析，直角进口圆柱形外管嘴收缩断面处的真空度为 hv = Pv/ρg = 0.75H 本实验装置可实测出直角进口圆柱形外管嘴收缩断面处的真空度，打开直角进口管嘴射流，即可观测到，测管处水柱迅速降低，hv = 0.6 ~ 0.7H。。说明直角进口管嘴在进口处产生较大真空。但与经验值0.75H。相比，真空度偏小，其原因主要是有机玻璃材料的直角进口锐缘难以达到象金属材料那样的强度。 观察孔口及各管嘴出流水柱的流股形态： 打开各孔口管嘴，使其出流，观察各孔口及管嘴水流的流股形态，因各种孔口、管嘴的形状不同，过流阻力也不同，从而导致了各孔口管嘴出流的流股形态也不同：圆角管嘴出流水柱为光滑圆柱，直角管嘴为圆柱形麻花状扭变，圆锥管嘴为光滑圆柱，孔口则为具有侧收缩的光滑圆柱； 圆锥管嘴虽亦属直角进口，但因进口直径渐小，不易产生分离，其侧收缩断面面积接近出口面积（μ值以出口面积计），故侧收缩并不明显影响过流能力。另外，从流股形态看，横向脉动亦不明显，说明渐缩管对流态有稳定作用（工程或实验中，为了提高工作段水流的稳定性，往往在工作段前加一渐缩段，正是利用渐缩的这一水力特性）。能量损失小，因此其μ
工程流体力学及水力学实验报告实验分析与讨论 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 B <0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，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h 0，由式，从而求得γ 。 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。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，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。因为只有全部具备下列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），因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。 6.用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？ 关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由c进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与c点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒
孔口与管嘴出流实验 一、实验目的要求 １．掌握孔口与管嘴出流的流速系数、流量系数、侧收缩系数、局部阻力系数的量测技能； ２．通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口形状对出流能力的影响及相关水力要素对孔口出流能力的影响。 孔口管嘴实验装置简图 1. 自循环供水器 2. 实验台 3. 可控硅无级调速器 4. 恒压水箱 5. 溢流板 6. 稳水孔板 7. 孔口管嘴(1#喇叭进口管嘴2#直角进口管嘴3#锥形管嘴4#孔口) 8. 防溅旋板 9. 测量孔口射流收缩直径移动触头10. 上回水槽11. 标尺12. 测压管 二、实验原理
流量系数 收缩系数 流速系数 阻力系数 三、实验方法与步骤 １．记录实验常数，各孔口管嘴用橡皮塞塞紧。 ２．打开调速器开关，使恒压水箱充水，至溢流后，再打开1＃园角管嘴，待水面稳定后，测记水箱水面高程标尺读数Ｈ ，测定流量Ｑ（要求重复测量三次，时间尽量长些，以求准确）， 1 测量完毕，先旋转水箱内的旋板，将1＃管嘴进口盖好，再塞紧橡皮塞。 及流量Ｑ，观察和量测直角３．依照上法，打开2＃管嘴，测记水箱水面高程标尺读数Ｈ 1 管嘴出流时的真空情况。 及Ｑ。 ４．依次打开3＃园锥形管嘴，测定Ｈ 1 及Ｑ，并按下述7(2)的方法测记孔口收缩５．打开4＃孔口，观察孔口出流现象，测定Ｈ 1 断面的直径（重复测量三次）。然后改变孔口出流的作用水头（可减少进口流量），观察孔口收缩断面直径随水头变化的情况。 ６．关闭调速器开关，清理实验桌面及场地。 ７．注意事项： （１）实验次序先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板将进口盖掉，以免水花溅开； （２）量测收缩断面直径，可用孔口两边的移动触头。首先松动螺丝，先移动一边触头将其与水股切向接触，并旋紧螺丝，再移动另一边触头，使之切向接触，并旋紧螺丝，再将旋板开关顺时针方向关上孔口，用卡尺测量触头间距，即为射流直径。实验时将旋板置于不工作的孔口（或管嘴）上，尽量减少旋板对工作孔口、管嘴的干扰； （３）进行以上实验时，注意观察各出流的流股形态，并作好记录。
中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告 实验日期：2014.12.11成绩： 班级：石工12-09学号：12021409姓名：陈相君教师：李成华 同组者：魏晓彤，刘海飞 实验二、能量方程（伯诺利方程）实验 一、实验目的 1．验证实际流体稳定流的能量方程； 2．通过对诸多动水水力现象的实验分析，理解能量转换特性； 3．掌握流速、流量、压强等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。 图2-1 自循环伯诺利方程实验装置 1.自循环供水器； 2.实验台； 3.可控硅无极调速器；4溢流板；5.稳水孔板； 6.恒压水箱； 7.测压机；8滑动测量尺；9.测压管；10.试验管道； 11.测压点；12皮托管；13.试验流量调节阀 说明 本仪器测压管有两种： （1）皮托管测压管（表2-1中标﹡的测压管），用以测读皮托管探头对准点的总水头； （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，流量由调节阀13测量。
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 w i i i i h g v p z g p z -++ + =+ + 1222 2 111 1αγυαγ 取12n 1a a a ==???==，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出 z+p/r 值，测 出透过管路的流量，即可计算出断面平均流速，从而即可得到各断面测压管水头和总水头。 四、实验要求 1．记录有关常数实验装置编号 No._4____ 均匀段1d = 1.40-210m ?；缩管段2d =1.01-210m ?；扩管段3d =2.00-2 10m ?； 水箱液面高程0?= 47.6-2 10m ?；上管道轴线高程z ?=19 -2 10m ? （基准面选在标尺的零点上） 2．量测（p z γ + ）并记入表2-2。 注：i i i p h z γ =+ 为测压管水头，单位：-2 10m ，i 为测点编号。 3．计算流速水头和总水头。
实验一 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，，由能量方程可得21v v =∑=0j h ???? ??+-???? ??+=-γγ221121p Z p Z h f 1112222 1 6.136.13H H h h H h h H p p +?-?-?+?+?-?+-=γγ 1 12226.126.12H h h H p +?+?+-=γ ∴()()1 22211216.126.12h 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。 ～曲线的斜率m=1.0～1.8，即与成正比，表明流动为层流 f h l g v lg f h 8.10.1-v （m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。接管口处理高中资料试卷电保护进行整核对定值试卷破坏范围，或者对某
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。
工程流体力学实验报告之分析与讨论 实验一流体静力学实验 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 B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，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γ0。 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。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，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。因为只有全部具备下列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），因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。 6.用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？ 关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由c 进入水箱。这时阀门的出流就是变液位
四川大学 化工原理实验报告 学院化学工程学院专业化学工程与工艺班号姓名学号实验日期年月日指导老师 一．实验名称 流体力学综合实验 二．实验目的 测定流体在管道内流动时的直管阻力损失，作出与Re的关系曲线。 观察水在管道内的流动类型。 测定在一定转速下离心泵的特性曲线。 标定孔板流量计，绘制Co与Re的关系曲线。 熟悉流量、压差、温度等化够不够仪表的使用。 三．实验原理 1求与Re的关系曲线 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1所示）时的阻力损失可根据伯努利方程求得。 以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程: 因，，故流体在等直径管的1、2两截面间的阻力损失为流体以流速u通过管内径d、长度为l的一段管道时，其直管阻力为
由上面两式得： 而 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。由因次分析法整理可形象地表示为 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， ； 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。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。在已知管径和平均流速的情况下，测定流体温度，确定流体的密度和黏度 ，则可求出雷诺数，从而关联出流体流过水平直管的摩擦系数与雷诺数 的关系曲线图。 2求离心泵的特性曲线 离心泵的特性，可用该泵在一定转速下，扬程与流量 , 轴功 率与流量 ，效率与流量 三条曲线形式表示。若将扬程 H 、轴功率N 和效率 对流量之间的关系分别绘制在同一直角坐标上所得的 三条曲线，即为离心泵的特性曲线，如图二所示。 ①流量：离心泵输送的流量由涡轮流量计测定。 ②扬程H ：扬程是指离心泵对单位重量的液体所提供的外加能量。以离心
实验八孔口与管嘴出流实验 一、实验目的 1、掌握测定薄壁孔口与管嘴出流的断面收缩系数ε、流量系数μ、流速系数φ、 局部阻力系数ξ的测量方法； 2、观察各种典型孔口及管嘴自由出流的水力现象，并通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口形状对过流能力的影响，及相关水力要素对孔口出流能力的影响。 二、实验原理 在盛有液体的容器侧壁上开一小孔，液体质点在一定水头作用下，从各个方向流向孔口，并 以射流状态流出，由于水流惯性作用，在流经孔口后，断面发生收缩现象，在离孔口1/2直径的地方达到最小值，形成收缩断面。 若在孔口上装一段L=(3-4)d的短管，此时水流的出流现象便为典型的管嘴出流。当液流经过 管嘴时，在管嘴进口处，液流仍有收缩现象，使收缩断面的流速大于出口流速。因此管嘴收缩断面处的动水压强必小于大气压强，在管嘴内形成真空，其真空度约为h v=0.75H0，真空度的存在相当于提高了管嘴的作用水头。因此，管嘴的过水能力比相同尺寸和作用水头 的孔口大32%。 在恒定流条件下，应用能量方程可得孔口与管嘴自由出流方程： Q=φεA(2gH0)1/2 =μA(2gH0)1/2 流量系数μ=Q/[A(2gH0)1/2] 收缩系数ε=A c/A=d2c/d2 流速系数φ=V c/(2gH0)1/2=μ/ε=1/(1+ξ)1/2 阻力系数ξ=1/φ2-1 三、实验设备 图8-1 孔口与管嘴实验装置图 1、自循环供水器； 2、实验台； 3、可控硅无级调速器； 4、恒压水箱； 5、供水管； 6、回水管； 7、孔口管嘴： (A-A图内小字标号1#为喇叭进口管嘴，2#为直角进口管嘴，3#为锥形管嘴，4#为孔口)；8、防溅旋板； 9、测量孔口射流收缩直径的移动触头；10、回水槽；11、标尺；12、测压管。
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ξ 1.1.4 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 Re
1.3 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： f p ?：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 ； f h ：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)。 湍流时λ是Re 和相对粗糙度（ε/ d ）的函数，须由实验测定。 由（2）可知，要测定λ，需要确定l 、d ，测定f p ?、u 、ρ、μ等参数。其中l 和d 由装置参数 表给出，ρ、μ通过测定流体温度，查相关手册而得，u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。 本装置采用涡流流量计测量流量 π （3） 式中：v 为流量计测得的流量， /h f p ?可直接从仪表中读出 根据实验装置结构参数l 、d ，指示液密度，液体温度，以及实验测定的f p ? 、V ，求取Re 和λ，然后 将Re 和λ在双对数坐标图上绘制成曲线。 1.3.2 局部阻力系数ξ的测定： 流体通过某一管件或者阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种算法，叫做阻力系数法。即： （4） 故： （5） 2 ρ2 u d l p h f f λ =?=2 ρlu 2f p d ?=λ2ρ2 ' u p h f f ξ =?=ρg u 22 ' f p ?=ξ
第五章孔口管嘴管路流动 1.图中穿孔板上各孔眼的大小形状相同，问每个孔口的出流量是否相同？ 解：由0 2gH A Q μ= 与深度无关，所以每个孔口的出流量相同 2.有一水箱水面保持恒定（5m ），箱壁上开一孔口，孔口直径10。（1）如果箱壁厚度δ=3，求通过孔口的流速和流量。（2）如果箱壁厚度δ=40，求通过孔口的流速和流量。 解：（1）视作薄壁小孔口，97.0=?，62.0=μ s m gh v /6.92==? 得：s m vA Q /1082.434-?==μ （2）视作管嘴，82.0==μ? s m gh v /12.82==? 得：s m vA Q /1038.634-?==μ 3.一隔板将水箱分为A 、B 两格，隔板上有直径为d 1=40的薄壁孔口，如题5-3 图，B 箱底部有
一直径为d 2=30的圆柱形管嘴，管嘴长0.1m ，A 箱水深H 1=3m 恒定不变。 （1）分析出流恒定性条件（H 2不变的条件）。 （2）在恒定出流时，B 箱中水深H 2等于多少？ （3）水箱流量Q 1为何值？ 解：（1）当Q 12时 出流恒定 （2）因为Q 12，=-)(2211 1H H g A μ) 1.0(2222+H g A μ 查表得6.01=μ，82.02=μ，解得：m H 85.12= （3）解得=1Q 3.58×10-3 m 3 4.证明容器壁上装一段短管（如图所示），经过短管出流时的流量系数 μ与流速系数为∑++= =11ζλ μ?d l 证：∵∑++=g v d l g v g v H 2222 220λ ζ ∴02gH v ?= 其中= ?∑++11ζλ d l 5.某诱导器的静压箱上装有圆柱形管嘴，管径为4，长度l =100， λ=0.02，从管嘴入口到出口的局部阻力系数5.0=ζ∑，求管嘴的 流速系数和流量系数（见上题图）。 解：由题得707.011=++= =∑ζλμ?d l
《流体力学》实验报告 开课实验室: 2013年5月17日
三、使用仪器、材料 实验仪器：孔口与管嘴出流实验仪 仪器元件：自循环供水器、实验台、无级调速器、水箱、溢流板、稳水孔板、孔口、管嘴、挡水旋板、移动触头、上回水槽、标尺、测压管、接水盒、回水管等。 流体介质：水、气，实验装置如图： T汞厦 1! ! ! ! 1 n b a ■ 四、实验步骤 1、记录参数d1=1.20cm,d2=1.20cm,d3=1.20cm,d4=1.20cm;z仁z2=19cm,z3=z4=12cm 。 2、通电充水逐一打开1-4#孔口管嘴，待液面稳定后分别测记H Q 3 、用游标卡尺测读孔口收缩断面处直径d。 4、关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。 五、实验过程原始记录（数据、图表、计算 1. 记录计算有关参数 圆角形管嘴d仁1.20cm，直角形嘴d2=1.20cm，圆锥形嘴d3=1.20cm ； 出口高程读数Z1=Z2=19cm，出口高程读数Z3=Z4=12cm， 孔口d4=1.20cm。 分类项目1圆角形管嘴2直角形管嘴3圆锥形管嘴4孔口水面读数H1/cm 42.10 42.45 42.39 42.10 体积V/cm3 2880 2940 3166 3114 2946 3046 2832 2742 时间t/s 12.95 13.00 15.60 15.00 11.30 11.20 16.70 15.8C 流量Q/（cm3s）222.39 226.15 202.95 207.60 260.71 217.96 169.58 173.5 平均流量Q /（cmSs）224.27 205.28 266.34 171.56 作用水头H o/cm 23.10 23.45 30.39 30.10 面积A/ cm2 1.13 1.13 1.13 1.13 流量系数u 0.933 0.847 0.966 0.625
《流体力学》实验报告 开课实验室：2013年5 月17日学院城环学院年级、专业、班11环工2班姓名成绩 课程名称流体力学实验 实验项目 名称 孔口管嘴出流实验指导教师 教师 评语教师签名： 年月日 一、实验目的 1.理解射流与孔口出流的特点。 2.掌握管嘴出流的水力现象。 3.灵活应用静力学的基本知识，由测压管读数推求作用水头。 4.掌握孔口、管嘴出流的流量计算公式与流量系数的大小。 二、实验原理
三、使用仪器、材料 实验仪器：孔口与管嘴出流实验仪 仪器元件：自循环供水器、实验台、无级调速器、水箱、溢流板、稳水孔板、孔口、管嘴、挡水旋板、移动触头、上回水槽、标尺、测压管、接水盒、回水管等。 流体介质：水、气，实验装置如图： 四、实验步骤 1、记录参数d1=1.20cm,d2=1.20cm,d3=1.20cm,d4=1.20cm;z1=z2=19cm,z3=z4=12cm。 2、通电充水逐一打开1-4#孔口管嘴，待液面稳定后分别测记H、Q。 3、用游标卡尺测读孔口收缩断面处直径d。 4、关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。
五、实验过程原始记录(数据、图表、计算 1.记录计算有关参数 圆角形管嘴d1=1.20cm，直角形嘴d2=1.20cm，圆锥形嘴d3=1.20cm； 出口高程读数Z1=Z2=19cm，出口高程读数Z3=Z4=12cm， 孔口d4=1.20cm。 2.实验记录与计算 分类项目1圆角形管嘴2直角形管嘴3圆锥形管嘴4孔口水面读数H1/cm 42.10 42.45 42.39 42.10 体积V/cm32880 2940 3166 3114 2946 3046 2832 2742 时间t/s 12.95 13.00 15.60 15.00 11.30 11.20 16.70 15.80 流量Q/（cm3/s）222.39 226.15 202.95 207.60 260.71 217.96 169.58 173.54 平均流量Q‘/（cm3/s）224.27 205.28 266.34 171.56 作用水头H o/cm 23.10 23.45 30.39 30.10 面积A/ cm2 1.13 1.13 1.13 1.13 流量系数u 0.933 0.847 0.966 0.625 测管读数H2/cm ／ 1.82 ／／ 真空度H v/cm ／17.18 ／／ 收缩直径d c/cm ／／／0.972 收缩断面A c/cm2／／／0.742 收缩系数 1.0 1.0 1.0 0.66 流速系数0.93 0.85 0.97 0.95 阻力系数0.16 0.38 0.06 0.11 流股形态光滑水柱、无收 缩不光滑、紊乱水 柱 光滑水柱扭变光滑水柱、 侧收缩
孔口管嘴管路流动 1.图中穿孔板上各孔眼的大小形状相同，问每个孔口的出流量是否相同？ 解：由0 2gH A Q μ= 与深度无关，所以每个孔口的出流量相同 2.有一水箱水面保持恒定（5m ），箱壁上开一孔口，孔口直径d=10mm 。（1）如果箱壁厚度δ=3mm ，求通过孔口的流速和流量。（2）如果箱壁厚度δ=40mm ，求通过孔口的流速和流量。 解：（1）视作薄壁小孔口，97.0=?，62.0=μ s m gh v /6.92==? 得：s m vA Q /1082.434-?==μ （2）视作管嘴，82.0==μ? s m gh v /12.82==? 得：s m vA Q /1038.634-?==μ
3.一隔板将水箱分为A 、B 两格，隔板上有直径为d 1=40mm 的薄壁孔口，如题5-3 图，B 箱底部有一直径为d 2=30mm 的圆柱形管嘴，管嘴长l =0.1m ，A 箱水深H 1=3m 恒定不变。 （1）分析出流恒定性条件（H 2不变的条件）。 （2）在恒定出流时，B 箱中水深H 2等于多少？ （3）水箱流量Q 1为何值？ 解：（1）当Q 1=Q 2时 出流恒定 （2）因为Q 1=Q 2，=-)(2211 1H H g A μ) 1.0(2222+H g A μ 查表得6.01=μ，82.02=μ，解得：m H 85.12= （3）解得=1Q 3.58×10-3 m 3/s 4.证明容器壁上装一段短管（如图所示），经过短管出流时的流量系数μ与流速系数为 ∑++= =11ζλ μ?d l 证：∵∑++=g v d l g v g v H 2222 220λ ζ ∴0 2gH v ?= 其中= ?∑++11 ζλd l 5.某诱导器的静压箱上装有圆柱形管嘴，管径为4mm ，长度 l =100mm ，λ=0.02，从管嘴入口到出口的局部阻力系数5.0=ζ∑， 求管嘴的流速系数和流量系数（见上题图）。
第五章孔口管嘴管路流动 1.图中穿孔板上各孔眼的大小形状相同，问每个孔口的出流量是否相同？ 解：由02gH A Q μ= 与深度无关，所以每个孔口的出流量相同 2.有一水箱水面保持恒定（5m ），箱壁上开一孔口，孔口直径d=10mm 。（1）如果箱壁厚度δ=3mm ，求通过孔口的流速和流量。（2）如果箱壁厚度δ=40mm ，求通过孔口的流速和流量。 解：（1）视作薄壁小孔口，97.0=?，62.0=μ s m gh v /6.92==? 得：s m vA Q /1082.434-?==μ （2）视作管嘴，82.0==μ? s m gh v /12.82==? 得：s m vA Q /1038.634-?==μ 3.一隔板将水箱分为A 、B 两格，隔板上有直径为d 1=40mm 的薄壁孔口，如题5-3 图，B 箱底部有一直径为d 2=30mm 的圆柱形管嘴，管嘴长l =0.1m ，A 箱水深H 1=3m 恒定不变。 （1）分析出流恒定性条件（H 2不变的条件）。 （2）在恒定出流时，B 箱中水深H 2等于多少？ （3）水箱流量Q 1为何值？ 解：（1）当Q 1=Q 2时 出流恒定 （2）因为Q 1=Q 2，=-)(22111H H g A μ) 1.0(2222+H g A μ 查表得6.01=μ，82.02=μ，解得：m H 85.12= （3）解得=1Q 3.58×10-3 m 3/s 4.证明容器壁上装一段短管（如图所示），经过短管出 流时的流量系数μ与流速系数为
∑++==11ζλμ?d l 证：∵∑++=g v d l g v g v H 2222 220λζ ∴02gH v ?= 其中=?∑++11 ζλd l 5.某诱导器的静压箱上装有圆柱形管嘴，管径为4mm ，长度l =100mm ，λ=0.02，从管嘴入口到出口的局部阻力系数5.0=ζ∑，求管嘴的流速系数和流量系数（见上题图）。 解：由题得707.011 =++==∑ζλμ?d l 6.如上题，当管嘴外空气压强为当地大气压强时，要求管嘴出流流速为30m/s 。此时静压箱内应保持多少压强？空气密度为ρ=1.2kg/m 3。 解：ρ?p v ?=2，得2/08.1m kN p =? 7.某恒温室采用多孔板送风，风道中的静压为200Pa ，孔口直径为20mm ，空气温度为20℃，μ=0.8。要求通过风量为1m 3/s 。问需要布置多少孔口？ 解：Q =ρ ??p A n 2，得4.218=n ，所以需要219个 8.水从A 水箱通过直径为10cm 的孔口流入B 水箱，流量系数为0.62。设上游水箱的水面高程1H =3m 保持不变。 （1）B 水箱中无水时，求通过孔口的流量。 （2）B 水箱水面高程2H =2m 时，求通过孔口的流量。 （3）A 箱水面压力为2000Pa ，1H =3m 时，而B 水箱水面 压力为0，2H =2m 时，求通过孔口的流量。 解：（1）属孔口自由出流 02gH A Q μ=，10H H = 得：s m Q /037.03= （2）属孔口淹没出流， 02gH A Q μ=，210H H H -=
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 工程流体力学实验 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 姓名：高汉奇学号：051000609 组别：________ 实验指导教师姓名：庞胜华 同组成员：___________高汉奇_____ _________ 2013年6月25日 实验一毕托管测速实验 一、实验目的和要求 1．通过对管嘴淹没出流点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能； 2．了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体力学量测仪器的现实作用。 二、实验装置
本实验的装置如图一所示 说明： 经淹没管嘴6，将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值。测压计11的测压管1、2和以测量高、低水箱位置水头，测压管3、4用以测毕托管的全压水头和静压水头，水位调节阀4用以改变测点的流速大小。 三、实验原理 （1）式中u——毕托管测点处的点流速； c——毕托管的校正系数； Δh——毕托管全压水头与静水压头差。 （2）
联解上两式可得 （3） 式中u——测点处流速，由毕托管测定； ——测点流速系数； Δh——管嘴的作用水头。 四、实验方法与步骤 1．准备（a）熟悉实验装置各部分名称、作用性能，分解毕托管，搞清构造特征、实验原理。（b）用医塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。 （c）将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约2～3cm，上紧固定螺丝。 2．开启水泵顺时针打开调速器开关3，将流量调节到最大。 3．排气待上、下游溢流后，用吸气球（如医用洗耳球）放在测压管口部抽吸，排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平，液面不齐平可能是空气没有排尽，心须重新排气。 4．测记各有关常数和实验参数，填入实验表格。 5．改变流速操作调节阀4并相应调节调速器3，溢流量适中，共可获得三个不同恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量。 6．完成下述实验项目： （1）分别沿垂向和纵向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布； （2）在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6～10倍以内时，误差在2～5%以上，不宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。 7．实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。 五、实验成果及要求 实验装置台号No 表1 记录计算表校正系数c= ，k= cm0.5/s 实验 次序 上、下游水位差（cm）毕托管水头差（cm）测点流速 （cm/s）测点流速系数 h1h2ΔH h3h4Δh