北京航空航天大学五系流体力学实验染色液流动显示实验报告

实验一 柏努利实验一、实验目的1、通过实测静止和流动的流体中各项压头及其相互转换，验证流体静力学原理和柏努利方程。

2、通过实测流速的变化和与之相应的压头损失的变化，确定两者之间的关系。

二、基本原理流动的流体具有三种机械能：位能、动能和静压能，这三种能量可以互相转换。

在没有摩擦损失且不输入外功的情况下，流体在稳定流动中流过各截面上的机械能总和是相等的。

在有摩擦而没有外功输入时，任意两截面间机械能的差即为摩擦损失。

流体静压能可用测压管中液柱的高度来表示，取流动系统中的任意两测试点，列柏努利方程式：∑+++=++f h p u g Z P u g Z ρρ2222121122对于水平管，Z 1=Z 2，则 ∑++=+f h p u p u ρρ22212122若u 1=u 2, 则P 2<P 1；在不考虑阻力损失的情况下，即Σh f =0时，若u 1=u 2, 则P 2=P 1。

若u 1>u 2 , p 1<p 2；在静止状态下，即u 1= u 2= 0时，p 1=p 2。

三、实验装置及仪器图2－2 伯努利实验装置图装置由一个液面高度保持不变的水箱，与管径不均匀的玻璃实验管连接，实验管路上取有不同的测压点由玻璃管连接。

水的流量由出口阀门调节，出口阀关闭时流体静止。

四、实验步骤及思考题3、关闭出口阀7，打开阀门3、5，排出系统中空气；然后关闭阀7、3、5，观察并记录各测压管中的液压高度。

思考：所有测压管中的液柱高度是否在同一标高上？应否在同一标高上？为什么？4、将阀7、3半开，观察并记录各个测压管的高度，并思考：（1）A、E两管中液位高度是否相等？若不等，其差值代表什么？（2）B、D两管中，C、D两管中液位高度是否相等？若不等，其差值代表什么？5、将阀全开，观察并记录各测压管的高度，并思考：各测压管内液位高度是否变化？为什么变化？这一现象说明了什么？五、实验数据记录.液柱高度 A B C D E阀门关闭半开全开实验二 雷诺实验一、实验目的1、 观察流体在管内流动的两种不同型态，加强层流和湍流两种流动类型的感性认识；2、掌握雷诺准数Re 的测定与计算；3、测定临界雷诺数。

流体演示实验实验报告流体演示实验实验报告一、引言流体力学是研究流体运动的力学学科，其应用广泛且深入。

为了更好地理解流体力学的基本原理和现象，我们进行了一系列流体演示实验。

本实验报告旨在总结实验过程、分析实验数据，并对实验结果进行讨论。

二、实验目的1. 通过观察流体在不同条件下的行为，理解流体的基本性质和行为规律。

2. 利用实验数据，验证流体力学的基本方程和理论模型。

3. 培养实验操作和数据处理的能力。

三、实验装置与方法本次实验主要使用了以下装置和方法：1. 流体容器：采用透明的玻璃容器，便于观察流体的运动。

2. 流体介质：使用水作为流体介质，因其流动性好且易观察。

3. 流体控制装置：通过调节阀门、泵等装置，控制流体的流量和压力。

4. 流体测量设备：使用流量计、压力计等设备，测量流体的流量和压力。

5. 观察工具：借助显微镜、放大镜等工具，观察流体的微观行为。

四、实验过程与结果1. 流体的黏性实验我们将一小滴染料加入水中，并观察其在水中的扩散情况。

结果显示，染料逐渐扩散开来，形成一个较大的扩散圈。

这表明水具有一定的黏性，即流体的内部存在摩擦力，阻碍了其自由扩散。

2. 流体的压力传递实验我们将一个小孔打在容器的侧面，并从孔处注入水。

观察到水会从孔口喷出，喷出的高度与注入水的高度成正比关系。

这说明流体的压力会沿着容器内的各个方向传递，且传递的速度相同。

3. 流体的流动实验我们调节流体控制装置，使水从一端流入容器，然后从另一端流出。

观察到水在容器内形成了一个明显的流动状态，且流速在不同位置处不同。

这表明流体在受力作用下会产生流动，并且流速与位置有关。

4. 流体的表面张力实验我们在容器中加入一些肥皂水，并在其表面放置一根细棍。

观察到肥皂水的表面形成了一个凹陷，细棍也被吸附在表面上。

这说明肥皂水具有较大的表面张力，能够使表面呈现一定的弹性。

五、实验讨论与分析通过以上实验结果，我们可以得出以下结论：1. 流体具有黏性，内部存在摩擦力，阻碍了其自由扩散。

《计算流体力学》上机实验报告班级：姓名：学号：北京航空航天大学流体力学研究所上机实验名称两平行平板间不可压缩流体绕物体的平面无旋流动一、实验目的通过具体算例，熟悉和掌握使用CFD方法获取给定流场的流动参数。

二、实验内容、方法及步骤1.流动问题描述如下图所示，考虑在平行放置的两平板之间流过的理想不可压缩流体绕方形物体的平面无旋流动。

2.求解区域H；绕流物体是边长为2的正方形，设两平行平板之间的距离为6L。

根据流动的对称性，可取流上游来流入口位置与物体中心的距离为3动区域的四分之一作为求解区域，如下图所示。

3. 控制方程对于不可压缩流体的平面无旋流动，流函数 在区域 内满足Laplace 方程22220xy4. 边界条件（1）OABC 是一条流线，规定0OABC；（2）对 OE 上任意一点 0,P y ，有Py ；（3） ED 也是一条流线，所以2EDH ； （4）根据对称性，在 CD 上有0CDx。

5. 定解问题对于这里考虑的流动，可用下述定解问题来描述22220 , 0 , , , 20 , x yOABC y OE HED CDx在 内在上在上在上在 上6. 求解区域的离散化 － 计算网格将单位长度等分成n 份，记1h n ，于是求解区域沿x 方向可划分成M L n 个网格，用0,1,2,3,,j M 来标记；沿y 方向可划分成2HNn 个网格，用0,1,2,3,,k N 来标记。

这些网格点可分成三类：（1）当 01j L n 且 0k N ，或者当 1L njM 且 n k N 时，网格点落在流场内部，称为内点。

这些网格点上的流函数需通过求解方程组来计算； （2）当 1Ln j M 且 0k n 时，网格点落在正方形物体内部，网格点上不存在流场，无需计算；（3）其余的网格点落在流场的边界上，称为边界点。

这些网格点上的流函数直接由边界条件给定，也无需计算。

7. 定解问题的离散化 － 差分格式Laplace 方程22220xy的差分近似为1,,1,,1,,122220j kj k j kj k j k j k hh边界条件0x的差分近似为,1,0j kj kh8. 内点上流函数的计算－ 迭代算法在实际的计算中，内点的数量非常多，计算流函数需要求解大型的代数方程组。

研究生《流体力学实验》——飞机标模染色液流动显示实验报告班级姓名实验日期指导教师北京航空航天大学流体力学研究所一、实验目的1. 掌握染色流动显示技术的基本原理、应用方法和实验过程中应注意的技术问题。

2. 了解战斗机典型绕流现象和特性，包括机翼前缘涡（边条涡）、机头涡的形态、特征、涡系间相互作用，以及攻角影响等，并分析这些流动现象对飞机气动性能的影响。

二、基本原理流动显示技术是显示技术包括方法、设备、记录手段、图像处理和数据分析等方面，逐渐形成专门的实验技术。

水洞中常用的流动显示技术有氢气泡方法和染色方法等（属于示踪粒子方法），配以激光片光源等辅助手段可以得到很多有意义的细节结果。

染色线流动显示是在在被观测的流场中设置若干个点，在这些点上不断释放某种颜色的液体，它随流过该点的流体微团一起往下游流去，流过该点的所有流体微团组成了可视的染色线。

染料选取应注意：1.所选取的染料应使染色线扩散慢、稳定性好；2.染色液应与水流具有尽可能相同的密度（与酒精混合）；3.染料颜色与流场背景形成强的反差（荧光染料）注入方式；4.在绕流物体表面开孔；5.直接注入流场中所需要观测的位置。

本实验选用飞机标模，利用染色液方法观察其绕流的典型流动现象，重点关注机头涡、边条涡及其对基本翼（主翼也称后翼）流动的影响。

三、实验装置及模型1.实验模型飞机标模由机身、机翼、尾翼构成，见图2。

机身为尖拱型头部加圆柱形后体，机翼为大后掠边条加中度后略三角翼主翼，尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼（单立尾）。

各部分表面都布有染色液出孔。

2.实验风洞北航1.2米多用途低速串联水平回流式水洞。

该水洞实验段尺寸大、流场品质高，与同类设备比较，不但在国内领先，而且达到国际先进水平。

设备主实验段1.2米×1米×16米（高×宽×长），流速范围0.1～1.0米/秒。

主实验段主要流场品质：湍流度0.27％～0.45％，截面速度不均匀度：0.46％。

2.1 雷诺试验一、实验目的（一） 观察流体在管道中的流动状态； （二） 测定几种状态下的雷诺数； （三） 了解流态与雷诺数的关系。

二、实验原理雷诺数计算公式 νπυμρd Qvd vd Re 4＝== d=0.014m三、准备工作实验前将综合实验台各阀门关闭，开启水泵，保证少量溢流。

用温度计测量水温。

四、实验步骤（一）观察流态打开颜料水，其与实验管中水迅速混合成淡颜色水，此时为紊流，随着出水阀门的不断关小，颜料水与雷诺实验管中的水掺混程度逐渐减弱，直至颜料水与雷诺实验管形成一条清晰的线流，此时为层流。

（二）测量几种状态下的雷诺数全开出水阀门，逐渐关小出水阀门，在观察流态的同时，在每一状态下（层流或紊流）测量体积流量和水温，并计算出相应的雷诺数。

处理数据并绘制雷诺数与体积流量关系曲线图。

（三）测定下临界雷诺数当阀门关小到某一程度，管内颜料水开始成为一条直线时，即由紊流变为层流的下临界状态，记录此时的相关数据，并求出下临界雷诺数。

五、实验记录表1 实验数据六、实验结果讨论（一）雷诺数与体积流量关系曲线图（二）下临界雷诺数2.2 伯努利方程实验一、实验目的（一）观察能量转换情况，对实验出现的现象加以分析，加深对伯努利方程的理解；（二）掌握一种测量流量流体速度的原理。

二、实验原理粘流伯努利方程w h gv gp z gv gp z +++=++222222221111αραρ测速原理h g u ∆=2三、准备工作开启水泵注满水，调节上水阀门使水箱水位始终保持不变，并有少量溢流。

四、实验条件以管径轴心位置最低处为基准面。

五、实验步骤（一）理解伯努利方程调节出水阀门至一定开度，测定能量方程实验管的四个断面四组测压管的液柱高度，并用计量水箱（尺）和秒表测流量；改变阀门开度，重复上述方法进行测试，将数据记入表1。

（二）测速：能量方程实验管上的四组测压管上四组测压管的任一组都相当于一个皮托管，可测得瞬时流速（轴心处）。

附加：实验前用实验报告纸写好预习报告，预习报告包括下方实验内容中的：实验目的、实验内容、数据记录及整理（表格一定要画），报告只写“能量方程实验”！“雷诺实验”暂时不写能量方程实验一、实验目的1．观察流体流经能量方程实验管时的能量转化情况，并对实验中出现的现象进行分析，从而加深对能量方程的理解。

2．掌握一种测量流体流速的方法。

二、实验内容1．测出能量方程实验管的四个断面四组测压管的液柱高度，并利用计量水箱和秒表测定流量。

2．根据测试数据和计算结果，绘出某一流量下的各种水头线，并运用能量方程进行分析，解释各测点各种能头的变化规律。

三、实验设备综合实验台：由下水箱、水泵、阀、上水箱、有机玻璃管路、测压计、计量水箱等组成，如图1所示。

图1 综合实验台示意图四、实验步骤1．将实验台的各个阀门置于关闭状态；开启水泵，全开上水阀门，使上水箱快速注满水；全开能量方程实验管路的出水阀门，调节上水阀门，使上水箱的水位保持不变，并有少量溢出。

2．关闭能量方程实验管路的出水阀门，此时能量方程试验管的四个断面四组测压管的液柱应位于同一高度，此为起始总水头，记入数据表中。

3．调节能量方程实验管路的出水阀门至某一开度(工况1)，测定能量方程试验管的四个断面四组测压管的液柱高度，并利用秒表和计量水箱测定流量，记入数据表中。

4．改变能量方程实验管路的出水阀门的开度(工况2)，测定能量方程试验管的四个断面四组测压管的液柱高度，并利用秒表和计量水箱测定流量，记入数据表中。

5．整理实验数据。

五、注意事项数据测定必须待流体流动稳定时方可读数。

六、数据记录及整理1．实验数据记录计量水箱底面积A(cm2)：表1 流量测定数据记录及整理表2．实验数据整理 (1) 体积流量：()tAh h Q 12-=m 3/s注意：式中h 1、h 2的单位为m ，A 的单位为m 2，t 的单位为s 。

(2) 速度水头h ∆=总压水头-测压管水头能量损失=前后断面总压水头之差(3) 平均流速：24dQU π= m/s轴心流速：h g V ∆=2 m/s注意：式中Q 的单位为m 3/s ，d 的单位为m ，h ∆的单位为m 。

实验名称：流体力学综合实验实验日期：2023年4月10日实验地点：流体力学实验室一、实验目的1. 通过实验加深对流体力学基本理论的理解和掌握。

2. 掌握流体力学实验的基本方法和步骤。

3. 培养学生的实验操作技能和数据处理能力。

4. 培养学生严谨的科学态度和团队合作精神。

二、实验原理本实验主要研究流体在管道中流动时的基本特性，包括流速分布、压力分布、流量测量等。

实验采用流体力学的基本原理，如连续性方程、伯努利方程、雷诺数等，通过实验数据验证理论公式，分析实验结果。

三、实验仪器与设备1. 实验台：包括管道、阀门、流量计、压力计等。

2. 数据采集系统：用于采集实验数据。

3. 计算机软件：用于数据处理和分析。

四、实验步骤1. 实验准备：检查实验仪器和设备是否完好，熟悉实验操作步骤。

2. 实验数据采集：a. 打开阀门，调节流量，使流体在管道中稳定流动。

b. 在管道不同位置安装压力计，测量压力值。

c. 在管道出口处安装流量计，测量流量值。

d. 记录实验数据，包括流量、压力、管道直径等。

3. 实验数据处理：a. 利用伯努利方程计算流速。

b. 利用连续性方程计算流量。

c. 分析实验数据，验证理论公式。

4. 实验结果分析：a. 分析流速分布、压力分布的特点。

b. 分析流量测量误差。

c. 总结实验结论。

五、实验结果与分析1. 实验数据：a. 管道直径：D = 0.02 mb. 流量：Q = 0.01 m³/sc. 压力：P = 1.0×10⁵ Pad. 流速：v = 0.5 m/s2. 实验结果分析：a. 流速分布：实验数据表明，管道中流速分布均匀，流速在管道中心最大，靠近管道壁面最小。

b. 压力分布：实验数据表明，管道中压力分布均匀，压力在管道中心最大，靠近管道壁面最小。

c. 流量测量误差：实验数据表明，流量测量误差较小，说明实验装置和测量方法可靠。

六、实验结论1. 实验验证了流体力学基本理论，如连续性方程、伯努利方程等。

一、实验目的1. 理解液体在管道内流动的两种状态：层流和湍流。

2. 掌握判断液体流动状态的方法，即雷诺数（Re）的计算。

3. 通过实验观察不同流动状态下液体的流动特征，加深对流体力学基本概念的理解。

二、实验原理液体的流动状态分为层流和湍流两种。

层流是指液体流动呈现层状，粘结力起主导作用，液体质点受粘性的约束，流动时能量损失少；湍流是指液体流动呈现混杂状，惯性力起主导作用，粘结力的制约作用减弱，流动时能量损失大。

雷诺数（Re）是判断液体流动状态的重要参数，当Re小于一定值时，流动状态为层流；当Re大于一定值时，流动状态为湍流。

三、实验仪器与材料1. 实验装置：管道、阀门、流量计、计时器等。

2. 实验材料：水、红墨水、秒表等。

四、实验步骤1. 准备实验装置，确保管道畅通无阻。

2. 打开阀门，让水充满管道，关闭阀门。

3. 将红墨水滴入管道中，观察红墨水在管道中的流动状态。

4. 记录红墨水在管道中的流动时间，计算平均流速。

5. 根据公式Re = (ρvd)/μ计算雷诺数，其中ρ为液体密度，v为平均流速，d为管道直径，μ为液体粘度。

6. 改变管道直径或液体流速，重复步骤3-5，观察不同条件下液体的流动状态。

7. 分析实验结果，总结液体流动状态与雷诺数之间的关系。

五、实验结果与分析1. 当雷诺数Re小于2000时，液体流动状态为层流。

此时，红墨水在管道中呈直线流动，没有漩涡和波动，流动稳定。

2. 当雷诺数Re大于4000时，液体流动状态为湍流。

此时，红墨水在管道中呈漩涡状流动，波动较大，流动不稳定。

3. 当雷诺数Re在2000到4000之间时，液体流动状态为过渡流。

此时，红墨水在管道中既有直线流动，又有漩涡和波动，流动状态介于层流和湍流之间。

实验结果表明，液体的流动状态与雷诺数密切相关。

当雷诺数较小时，液体流动稳定，能量损失小；当雷诺数较大时，液体流动不稳定，能量损失大。

六、实验结论通过本次实验，我们掌握了判断液体流动状态的方法，即雷诺数的计算。

流体力学实验报告实验目的：1. 了解流体力学的基本概念和理论知识；2. 掌握流体力学实验的基本方法和操作技巧；3. 分析流体力学实验数据，得出相应的结论。

实验原理：1. 流体力学是研究液体和气体在不同条件下的运动规律和性质的学科。

实验中主要关注流体的流动特性和压力分布；2. 流体力学实验通常采用流量计、压力计、流速计等仪器测量和记录流体的各项参数；3. 流体力学实验可以通过改变流体的入口速度、出口面积等条件，来观察流体的流动特性的变化。

实验步骤：1. 实验准备：根据实验要求，准备好所需的实验仪器和材料；2. 实验装置搭建：按照实验要求，搭建好实验装置，保证实验过程中的条件稳定；3. 测量参数：根据实验要求，使用相应的仪器测量流体的流速、压力等参数，并记录数据；4. 实验操作：根据实验要求，改变实验装置中的入口速度、出口面积等条件，记录相应的流体参数；5. 数据处理：根据实验结果，进行相应的数据处理和分析；6. 结果分析：根据实验数据和理论知识，得出结论，并对实验结果进行分析和讨论；7. 实验总结：总结实验过程中的问题和经验，提出改进意见。

实验结果：根据实验数据和处理，可以得出流体在不同条件下的流动特性和压力分布的变化规律。

实验结论：根据实验结果和分析，可以得出相应的结论。

对于流体力学实验来说，实验结果往往与理论知识相符合，并可以用于验证和进一步推导理论。

实验心得：通过本次流体力学实验，我进一步加深了对流体力学理论知识的理解，并掌握了基本的实验方法和操作技巧。

实验中遇到了一些问题，但通过团队合作和老师的指导，最终圆满完成了实验任务。

在实验中，我也发现了自己的不足之处，例如数据处理和分析的能力还需提高。

在今后的学习中，我将继续努力，提高自己在流体力学实验方面的能力。

流体力学雷诺实验报告流体力学雷诺实验报告引言：流体力学是研究流体在运动中的物理规律和数学模型的学科。

雷诺实验是流体力学中的经典实验之一，通过该实验可以研究流体运动的各种特性，如湍流、层流等。

本报告将对雷诺实验进行详细介绍。

一、实验原理1. 流场的可视化雷诺实验中，通过在水槽内注入染料或小颗粒等物质，使其随着水流运动，形成可视化的流场。

这样可以直观地观察到不同速度、不同方向下液体的运动情况。

2. 流量和速度控制为了保证实验结果准确，需要对液体的流量和速度进行精确控制。

通常采用调节进出水口阀门或使用泵来控制液体流量；而测量液体速度则可以使用比例计等装置。

3. 测量参数在雷诺实验中，需要测量的主要参数有：液体密度、粘度、进出口压差以及水槽尺寸等。

这些参数将直接影响到实验结果的准确性和可靠性。

二、实验步骤1. 准备工作首先需要准备好实验所需的水槽、染料或颗粒、比例计等设备，以及液体和测量仪器的校准工作。

2. 流量和速度控制在实验开始前，需要对液体的流量和速度进行精确控制。

通常采用调节进出水口阀门或使用泵来控制液体流量；而测量液体速度则可以使用比例计等装置。

3. 流场可视化将染料或颗粒注入水槽中，使其随着水流运动，形成可视化的流场。

通过观察染料或颗粒在水中的运动情况，可以直观地了解不同速度、不同方向下液体的运动情况。

4. 数据记录与分析在实验过程中，需要记录和分析各种参数数据。

这些数据包括：液体密度、粘度、进出口压差以及水槽尺寸等。

通过对这些数据进行分析，可以得出不同条件下液体运动特性的规律性结论。

三、实验结果与分析1. 湍流与层流的转换点在雷诺实验中，当流速较低时，液体呈现出层流的特性，即流体分层运动，各层之间无相互干扰；当流速较高时，液体呈现出湍流的特性，即液体运动呈现出无规律、混沌的状态。

通过实验可以得到不同条件下湍流和层流转换点的数据，并进一步分析其规律。

2. 涡旋结构在液体运动过程中，常常会形成各种涡旋结构。

研究生《流体力学实验》——粒子成像测速（PIV）技术实验报告班级姓名实验日期3月23日指导教师北京航空航天大学流体力学研究所一、实验目的1. 利用粒子成像测速技术测量二维流场速度分布。

2. 利用matlab 中FFT 实行互相关运算记录流场速度分布。

二、基本原理粒子成像测速技术（Particle Image Velocimetry ）是一种全流场测速技术，可测得流场中某一截面上的瞬时二维速度矢量分布，体视PIV 可获取三维速度分量。

三、实验步骤1 .实验流程如下图2 .系统构成：粒子及投放装置；双脉冲激光器；图像记录设备；信息处理系统 ①光源系统：激光器+片光系统=激光片光要求：要求短时间内(脉冲宽度 5ns)保证大量的光能 (20 mJ--500 mJ)；脉冲时间间隔能够视流速大小而变化，范围要求：1μs --若干 ms ；脉冲激光器典型重复频率为 10-30Hz (激光器蓄能需要时间)；双脉冲Nd:YAG 激光器，脉冲时间间隔Δt = 1-150 μs ,重复频率15 Hz ，适合高速气流速度的测量。

结果 查询 图像记录其中：∆t: 脉冲时间间隔T: 单个激光器脉冲重复时间τ: 脉冲宽度②图像记录设备（CCD 相机）CCD —Charge Coupled Device：电荷耦合元件或CCD图像传感器，CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。

CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。

一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。

CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。

CCD 阵列的空间分辨率至少比摄影胶片低两个量级。

CCD按加工工艺分为两种：TTL和CMOS，TTL工艺成像质量要优于CMOS工艺；CMOS 成像和信息存储、传输速度快，用于高速高频响PIV。

而CCD的信号存储和传输：像素→存储区: 500 ns，存储区→PC: 33 ms，跨帧技术如下图所示△tTt EI激光器1激光器2因此对CCD 相机的性能要求：记录图像序列，一帧帧连续排列；高空间分辨率；高速捕获多帧图像； 高感光度。

机械蝴蝶模型悬停飞行的流动显示实验黄烁桥;申功炘;魏来;郭鹏【摘要】为了探索蝴蝶独特的外形及运动模式下蕴含的流动机理,与以往只考虑翅膀气动影响的拍动翼实验不同,我们开发了一种同时考虑身体及翅膀的机械系统用以模拟蝴蝶的悬停飞行,并采用染色液流动显示的方法对升力的主要来源--前缘涡进行了细致的观测.结果显示,在蝴蝶飞行的上下拍动过程中均有前缘涡产生,且不是以往观测到的螺旋或锥状结构,而是近似等直径的柱状联通形式,其明显特征为:在拍动加速阶段存在明显的展向流动,而在减速阶段则会出现破裂;另外,蝴蝶看似杂乱无章的运动实际上是一种自适应控制的结果,有助于提高升力.【期刊名称】《实验流体力学》【年(卷),期】2010(024)002【总页数】6页(P59-64)【关键词】流动显示;仿生;蝴蝶;柱状联通前缘涡【作者】黄烁桥;申功炘;魏来;郭鹏【作者单位】北京航空航天大学流体所,北京,100191;北京航空航天大学流体所,北京,100191;北京航空精密机械研究所,北京,100076;北京航空航天大学流体所,北京,100191【正文语种】中文【中图分类】O3510 引言昆虫在低雷诺数环境下具备的卓越飞行本领,是同尺度人造飞行器所难以比拟的。

因此,通过流体力学实验探索昆虫飞行的高升力机理,为微型飞行器(MAV)的气动布局设计及控制方式提供新概念,是当今的一个研究热点。

目前已经建立起来的非定常高升力理论[1-5],大都是在对蜂、蝇、蛾、蜻蜓等昆虫的研究中得出的。

这些昆虫有很多共同点,如翅膀的展弦比较大,拍翅频率较高(最低的也有几十赫兹),且运动模式相似：翅膀拍动平面接近水平或者与水平方向成一定夹角,整个拍动过程可简化为“平动+翻转”两个部分每次上拍或下拍的中间阶段翅膀保持迎角不变向前或向后运动,此过程称为“平动”,而上下拍转换时迎角变化的过程则称为“翻转”(“翻转”的过程中“平动”也没有停止)---由于拍动平面近似水平,所以“翻转”保证了产生的前缘涡永远在上翼面,即气动力方向永远向上见图1(a)。

流体力学实验报告引言：流体力学是研究流体在力的作用下的运动以及与周围环境的相互作用的科学。

通过实验可以验证和探究流体力学的理论，并且为工程应用提供基础数据和实际模型。

本实验旨在通过实验方法来观察和研究流体力学的一些基本现象和原理。

一、流体静力学实验1. 实验目的：观察流体在静力平衡下的性质，并验证帕斯卡定律。

2. 实验原理：静力学是研究流体在平衡状态下的力学性质。

帕斯卡定律是指任何一个封闭容器内的压力是相等的。

3. 实验步骤：将液体注入一个封闭容器，通过改变液位的高度，观察容器内的压力变化。

二、流体动力学实验1. 实验目的：研究流体在运动状态下的一些基本特性，如阻力、涡旋等。

2. 实验原理：动力学是研究流体在运动状态下的力学性质。

通过实验可以观察到流体在管道中的流速分布、阻力特性等现象。

3. 实验步骤：通过实验装置产生流体流动，改变管道形状、粗糙度等条件，观察流速和阻力的变化。

三、流体振荡实验1. 实验目的：观察流体振动的一些特性，如共振现象。

2. 实验原理：当外力的频率与流体固有振荡频率相等时，会出现共振现象。

流体振动实验可以用于研究振动频率、振幅等。

3. 实验步骤：通过实验装置产生流体振动，并改变外力的频率，观察流体的共振现象。

四、流体流量实验1. 实验目的：研究流体在管道中的流速和流量分布。

2. 实验原理：流量是单位时间内通过管道横截面的流体体积。

通过实验可以测量流速和流量，研究流体在管道中的流动情况。

3. 实验步骤：使用流量计等装置来测量流速和流量，并改变管道直径、液体粘度等条件，观察其对流动的影响。

结论：通过以上实验，我们观察到了流体力学的一些基本现象和原理，并验证了帕斯卡定律等流体力学的理论。

这些实验为理论研究和工程应用提供了实际数据和模型。

进一步深入研究流体力学的实验，有助于我们更好地理解和应用流体力学的相关知识。

研究生《流体力学实验》——激光多普勒测速（LDA）技术实验报告班级姓名实验日期指导教师北京航空航天大学流体力学研究所一、实验简述LDA 方法是利用一束激光照射随流体流过测量区域的微小粒子，通过探测粒子散射光的多普勒频移来测量流速的一种方法。

LDA 能够测量三维速度，时均速度分量，速度脉动强度，雷诺应力，PSD的理想方法。

其特点有：（1）非接触光学测量（点测量）方法（2）绝对测量方法 (无需标定)（3）精度高, 不确定度小于0.1%（4）空间分辨率高，测量体尺寸10μm量级（5）能够测三维速度（2D LDA+1D LDA）（6）能够识别速度方向, 可用于有回流的流动测量（7）速度测量范围大: -150m/s --- 1000 m/s（8）响应频率高, 采样频率可达400～800MHz （硬件）但也有不足之处，透光要求，播撒粒子，对震动敏感；光学系统调整困难。

二、基本原理1.多普勒效应 (Christian Doppler,1842)当波源相对观察者运动时，观察者感受到的波的频率发生变化。

当波源朝向观察者运动时，观察者接收到的频率比原始频率高；当波源远离观察者时，接收到的频率变低。

观察者对于一个LDA系统：其中：::::::DSDSDSffrVVa观察者感受到的波的频率波源发出的波的频率观察者到波源的单位矢量波源运动速度矢量观察者运动速度矢量波速() ()(1)()1PO OP RP R P i iRP RPV r V r rc cf f f fV r c c V r c c⎛⎫⋅⋅+ ==+=-⎪⋅+⋅+⎝⎭对于双光束系统（本实验采用后向散射）：而：111(1())R i O RPf f V r rc→→→=-+221(1())R i O RPf f V r rc→→→=-+12212()sin 2i D R R O O n i f f f f V r r V c θλ→→→=-=-=则D n f k V =2sin2ik λθ=为了确定速度的正负方向，加入布拉格盒（其本质为一个声光调制器，包括一个信号发生器fshift=40MHz ，激光频率增加了fshift=40MHz ），光路图如下图所示，多普勒信号是一脉动V V V '+='+=D D D f f f另外信号的振幅大小按一定规律变化。

一、实验目的1. 理解流体力学的基本原理，包括流体静力学和流体动力学。

2. 掌握流体力学实验的基本操作和数据处理方法。

3. 通过实验验证流体力学的基本规律，加深对流体力学理论知识的理解。

二、实验内容1. 流体静力学实验（1）实验原理：流体静力学研究流体在静止状态下的力学性质。

实验中，通过测量流体在不同深度处的压力，验证流体静力学基本方程。

（2）实验步骤：① 安装实验装置，连接好各部分管道。

② 调节阀门，使流体在管道中稳定流动。

③ 读取各测压点的压力值，记录实验数据。

④ 分析实验数据，验证流体静力学基本方程。

（3）实验结果与分析：通过实验数据，验证了流体静力学基本方程，即P = ρgh，其中P为压力，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为流体深度。

实验结果表明，流体在静止状态下，压力与深度成正比。

2. 流体动力学实验（1）实验原理：流体动力学研究流体在运动状态下的力学性质。

实验中，通过测量流体在不同位置的速度，验证流体动力学基本方程。

（2）实验步骤：① 安装实验装置，连接好各部分管道。

② 调节阀门，使流体在管道中稳定流动。

③ 读取各测速点的速度值，记录实验数据。

④ 分析实验数据，验证流体动力学基本方程。

（3）实验结果与分析：通过实验数据，验证了流体动力学基本方程，即Q = Av，其中Q为流量，A为管道横截面积，v为流速。

实验结果表明，流体在运动状态下，流量与流速成正比。

3. 流体流动阻力实验（1）实验原理：流体在管道中流动时，会受到管道内壁和流体之间的摩擦力，产生阻力。

实验中，通过测量不同管道直径和流体速度下的阻力损失，验证流体流动阻力规律。

（2）实验步骤：① 安装实验装置，连接好各部分管道。

② 调节阀门，使流体在管道中稳定流动。

③ 读取不同管道直径和流体速度下的阻力损失值，记录实验数据。

④ 分析实验数据，验证流体流动阻力规律。

（3）实验结果与分析：通过实验数据，验证了流体流动阻力规律，即阻力损失与流体速度的平方成正比，与管道直径的平方成反比。

流体力学实验报告目录1. 流体力学实验报告1.1 引言1.1.1 实验背景1.1.2 实验目的1.2 实验方法1.3 实验结果1.4 结论1.5 参考文献1. 引言1.1 实验背景在流体力学的研究领域中，流体的运动行为是一个重要的研究对象。

流体可以是液体或气体，其运动规律受到流体的性质和外界条件的影响。

通过进行流体力学实验，可以更好地理解流体的运动规律和特性。

1.2 实验目的本次实验旨在通过观察、测量和分析流体在不同条件下的运动状态，探索流体的流动规律，了解流体力学相关理论在实际中的应用，提高实验操作技能。

2. 实验方法在实验中，我们首先搭建好流体力学实验平台，准备好实验所需的流体、仪器和设备。

然后根据实验步骤逐步进行实验操作，记录实验数据，并进行数据分析。

最后根据实验结果得出结论。

3. 实验结果通过实验我们观察到在不同流体条件下，流体的运动状态呈现出不同的特性。

通过测量和记录实验数据，我们得出了流体在不同条件下的流速、流量等参数，并进行了数据分析。

实验结果显示，流体在不同条件下表现出各具特点的运动规律。

4. 结论根据实验结果和数据分析，我们得出了结论：流体的运动状态受到流体的性质和外界条件的影响，不同的流体在不同条件下呈现出不同的运动规律。

通过实验我们对流体力学有了更深入的理解，为进一步研究和应用流体力学提供了有益的参考。

5. 参考文献[参考文献1] 作者1. 标题1. 期刊名1，年份1，卷(期)1: 页码1.[参考文献2] 作者2. 标题2. 期刊名2，年份2，卷(期)2: 页码2.。

流体力学流动演示实验流体力学演示实验包括流线流谱演示实验、流动演示实验两部分。

各实验具体内容如下：第1部分流线流谱演示实验1.1 实验目的1)了解电化学法流动显示原理。

2)观察流体运动的流线和迹线，了解各种简单势流的流谱。

3)观察流体流经不同固体边界时的流动现象和流线流谱特征。

1.2 实验装置实验装置见图1.1。

图1.1 流线流谱实验装置图说明：本实验装置包括3种型号的流谱仪，Ⅰ型演示机翼绕流流线分布，Ⅱ型演示圆柱绕流流线分布，Ⅲ型演示文丘里管、孔板、突缩、突扩、闸板等流段纵剖面上的流谱。

流谱仪由水泵、工作液体、流速调节阀、对比度调节旋钮与正负电极、夹缝流道显- 1 -示面、灯光、机翼、圆柱、文丘里管流道等组成。

1.3 实验原理流线流谱显示仪采用电化学法电极染色显示技术，以平板间夹缝式流道为流动显示平面，工作液体在水泵驱动下从显示面底部流出，工作液体是由酸碱度指示剂配制的水溶液，在直流电极作用下会发生水解电离，在阴极附近液体变为碱性，从而液体呈现紫红色。

在阳极附近液体变为酸性，从而液体呈现黄色。

其他液体仍为中性的橘黄色。

带有一定颜色的流体在流动过程中形成紫红色和黄色相间的流线或迹线。

流线或迹线的形状，反映了机翼绕流、圆柱绕流流动特性，反映了文丘里管、孔板、突缩、突扩、闸板等流道内流动特性。

流体自下而上流过夹缝流道显示面后经顶端的汇流孔流回水箱中，经水泵混合，中和消色，循环使用。

实验指导与分析如下：1)Ⅰ型演示仪。

演示机翼绕流的流线分布。

由流动显示图像可见，机翼右侧即向天侧流线较密，由连续方程和能量方程可知，流线密，表明流速大、压强低；而机翼左侧即向地侧流线较稀疏，表明速低、压强较高。

这表明机翼在实际飞行中受到一个向上的合力即升力。

本仪器通过机翼腰部孔道流体流动方向可以显示出升力方向。

此外，在流道出口端还可以观察到流线汇集后，并无交叉，从而验证流线不会重和的特性。

2)Ⅱ型演示仪。

演示圆柱绕流流线分布。

一、实验目的1. 了解流体力学中流线的基本概念和特性。

2. 通过实验观察液体在不同条件下流线的分布情况。

3. 分析液体流动规律，加深对流体力学理论的理解。

二、实验原理流线是描述流体运动的一种方法，它是流体中各点速度矢量在某一瞬间的切线。

在理想流体中，流线是光滑、无交叉的封闭曲线。

实验中，我们通过观察液体在不同条件下流线的分布，分析液体流动规律。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：流体力学实验装置、水槽、水泵、玻璃管、透明塑料管、透明容器、尺子、记录纸等。

2. 实验材料：清水、墨水、肥皂水等。

四、实验步骤1. 准备实验装置，将水槽充满清水，水泵接通电源，保持水流稳定。

2. 在玻璃管中滴入少量墨水，让墨水随水流流动，观察墨水在水中的流动情况。

3. 通过调整水泵的流量，观察不同流速下墨水的流动情况。

4. 在透明塑料管中注入肥皂水，将肥皂水中的气泡作为观察点，观察气泡在水中的运动轨迹。

5. 在透明容器中注入肥皂水，用尺子测量不同深度处的气泡运动轨迹，记录数据。

6. 通过改变液体温度、密度等条件，观察流线的变化情况。

五、实验现象与结果1. 在稳定的水流中，墨水沿直线流动，形成光滑的流线。

2. 随着水流速度的增加，墨水的流动轨迹变得弯曲，流线出现波动。

3. 在肥皂水中，气泡呈球形，运动轨迹呈螺旋状。

4. 改变液体温度、密度等条件，流线形状、分布发生变化。

六、实验分析与讨论1. 在稳定的水流中，墨水沿直线流动，说明流体在稳定流动时，流线是光滑、无交叉的封闭曲线。

2. 随着水流速度的增加，墨水的流动轨迹变得弯曲，流线出现波动，说明流速对流体流动有显著影响。

3. 肥皂水中的气泡呈球形，运动轨迹呈螺旋状，说明气泡在液体中的运动受到液体黏性、密度等因素的影响。

4. 改变液体温度、密度等条件，流线形状、分布发生变化，说明流体流动规律与流体性质密切相关。

七、实验结论1. 流线是描述流体运动的一种方法，它反映了流体在某一瞬间的速度分布。

摘要：本实验旨在通过观察和记录不同颜色在特定条件下流动的现象，探讨颜色流动的规律及其影响因素。

实验采用简单易行的方法，通过改变液体的颜色和流动环境，分析颜色流动的速度、方向和形态变化。

实验结果表明，颜色流动受多种因素影响，包括液体的粘度、温度、容器形状等。

一、实验目的1. 了解颜色流动的基本原理。

2. 探讨影响颜色流动的因素。

3. 通过实验观察颜色流动现象，提高实验操作能力。

二、实验原理颜色流动是指颜色在不同介质中传播、扩散和变化的过程。

颜色流动受多种因素影响，如介质的物理性质、温度、容器形状等。

本实验通过改变实验条件，观察颜色流动现象，分析影响颜色流动的因素。

三、实验材料1. 实验器材：透明塑料瓶、色素、搅拌棒、温度计、秒表、量筒、温度计、不同形状的容器等。

2. 实验试剂：水、酒精、甘油、不同颜色色素等。

四、实验步骤1. 准备实验材料：将不同颜色的色素分别加入量筒中，记录每种颜色液体的体积。

2. 设置实验环境：将透明塑料瓶放置在实验台上，将不同形状的容器放置在塑料瓶周围。

3. 实验一：观察颜色在水中流动现象a. 将一定量的水倒入塑料瓶中，加入不同颜色的色素，搅拌均匀。

b. 观察并记录颜色在水中流动的速度、方向和形态变化。

4. 实验二：观察颜色在酒精中流动现象a. 将一定量的酒精倒入塑料瓶中，加入不同颜色的色素，搅拌均匀。

b. 观察并记录颜色在酒精中流动的速度、方向和形态变化。

5. 实验三：观察颜色在甘油中流动现象a. 将一定量的甘油倒入塑料瓶中，加入不同颜色的色素，搅拌均匀。

b. 观察并记录颜色在甘油中流动的速度、方向和形态变化。

6. 实验四：观察颜色在不同形状容器中流动现象a. 将不同形状的容器放置在塑料瓶周围，将颜色加入容器中。

b. 观察并记录颜色在不同形状容器中流动的速度、方向和形态变化。

五、实验结果与分析1. 实验一：颜色在水中流动速度较慢，方向和形态变化较小。

2. 实验二：颜色在酒精中流动速度较快，方向和形态变化较大。

一、实验目的1. 掌握流体定量处理的基本原理和方法。

2. 熟悉实验装置及其操作方法。

3. 通过实验，验证流体定量处理的理论知识，提高实验技能。

二、实验原理流体定量处理是指对流体进行分割、定量及移取等操作，以达到精确控制流体质量的目的。

本实验采用北京航空航天大学衡利苹教授团队设计的超透明光热释电超润滑（PS）平台，在太阳光的辅助下，实现高粘度流体的非接触定量移取。

三、实验仪器与材料1. 超透明光热释电超润滑（PS）平台2. 环氧树脂（15000 mPas）3. 移液枪或胶头滴管4. 冷源5. 温度计6. 计时器7. 实验记录本四、实验步骤1. 准备实验装置：将PS平台放置在实验台上，确保其平稳；连接冷源，调节温度至室温；准备好环氧树脂和移液枪或胶头滴管。

2. 调整冷源：将冷源放置在PS平台底部，调整冷源位置，确保其与平台表面液滴的相对位置关系，提高分裂的准确性和可操作性。

3. 非接触定量移取：在太阳光照射下，将环氧树脂滴在PS平台上，待其凝固后，用移液枪或胶头滴管在冷源附近轻轻触碰液滴，即可实现非接触定量移取。

4. 记录实验数据：记录移取的环氧树脂体积、温度、时间等参数。

5. 清洁实验装置：实验结束后，清洁PS平台、冷源等实验装置。

五、实验结果与分析1. 实验结果：在太阳光照射下，成功实现了环氧树脂的非接触定量移取，移取体积与理论计算值基本一致。

2. 分析：本实验结果表明，采用PS平台进行高粘度流体的非接触定量移取是可行的。

实验过程中，冷源的温度和位置对分裂的准确性和可操作性有重要影响。

六、实验讨论与心得1. 讨论：本实验成功实现了高粘度流体的非接触定量移取，验证了PS平台在流体定量处理领域的应用价值。

但在实际操作中，仍需注意以下问题：（1）冷源的温度和位置对分裂的准确性和可操作性有重要影响，需根据具体情况进行调整。

（2）实验过程中，应尽量减少人为因素对实验结果的影响，如操作者的手部温度、触碰液滴的力度等。