水动力学基础：局部阻力损失试验

局部阻力系数实验报告
本实验报告是基于研究局部空气阻力系数研究而撰写。

首先，实验室进行局部空气阻力系数的应力测试，其目的是为了获得空气的阻力系数。

其次，实验室采用了一种名为“局部空气阻力系数模拟实验”的物理实验方法，目的在于获取模拟实验中不同表面结构及条件下局部空气阻力系数的数值。

实验室研究了不同表面和条件下的空气阻力系数。

实验室实施基于该方法的空气阻力系数测量，在不同的条件下，实验室建造了各种不同的空气阻力模型，包括使用板材、柱杆和龙门架结构，测试了不同尺寸和几何构型的空气流条件下的局部空气阻力系数。

各测试试验的数据和实验结果报告由实验室提供，其中包括空气阻力模型各种参数、测试条件（即空气流速、压力状态、温度以及流体介质）以及各结构物表面状态等。

测量得到的数据用于计算各种表面构造结构介质空气阻力系数。

实验结果表明，不同表面构造和不同条件下的空气阻力系数均呈显著差异。

在同一表面构造的情况下，空气流的速度越快，局部空气阻力系数也越大。

压力及温度的变化也会引起空气阻力系数的增长，以及表面凹凸状态的变化也会导致阻力系数的变化。

同样的，空气的动力学性质也会影响空气阻力系数的值。

总之，通过本次对局部空气阻力系数文献研究，得到了一系列有助于深入理解和研究局部空气阻力系数特性的实验结果。

这些结果为现有空气动力学研究提供了有益的实验经验基础，可以为未来的空气动力学方面的研究提供重要的参考。

水管阻力计算公式是流体动力学中一个重要的概念，用于计算水管中的阻力损失。

在给定的水流速和管道条件下，通过这个公式可以精确地计算出水头损失，从而为水力设计提供依据。

在计算水管阻力时，我们需要考虑两种类型的阻力：沿程阻力和局部阻力。

沿程阻力是由于水流在管道中流动时，受到管壁的摩擦和黏滞力的作用而产生的阻力。

这种阻力与管道的长度、直径、流速、水的密度和黏滞性等因素有关。

局部阻力则是指水流在通过管道中的各种管件、阀门、弯头等局部障碍物时所产生的阻力。

这种阻力与局部障碍物的形状、尺寸、水流方向改变的程度等因素有关。

沿程阻力的计算公式是R=λ/D*(ν^2*γ/2g)，其中ν表示流速，λ表示阻力系数，γ表示密度，D表示管道直径，P表示压力，R表示沿程摩擦阻力。

这个公式是经过严格的理论推导和实验验证得出的，它可以比较精确地计算出给定条件下水流的沿程阻力。

局部阻力的计算公式是ΔP=λ*v^2/(2*g)，其中ΔP表示局部阻力，λ表示局部阻力系数，v表示水管水流速，g表示重力加速度。

这个公式也可以通过理论推导和实验验证得出，用于计算水流通过局部障碍物时的阻力损失。

在进行水力设计时，我们需要考虑水管的总阻力损失。

总阻力损失的计算公式是h(Pa)=R*l+∑ΔP*A，其中R表示单位管长直管段的沿程阻力（简称比摩阻），l表示直管段长度，A表示管段截面积。

通过这个公式，我们可以根据具体的水管长度、直径、流速和水质条件等参数，计算出总的水头损失，从而为水力设计提供依据。

在进行水力设计时，我们还需要考虑其他因素对水流阻力的影响。

例如，水质条件对水流的黏滞性和阻力系数有一定的影响；管道材料和粗糙度也会影响水流的阻力；此外，管道中的弯头、阀门等局部障碍物的数量和类型也会影响水流的局部阻力。

因此，在计算水管阻力时，需要综合考虑各种因素，以获得更加准确的结果。

综上所述，水管阻力计算公式是水力设计中一个重要的概念，它可以帮助我们精确地计算出水头损失，从而为水力设计提供依据。

局部阻力损失试验姓名班级学号实验日期同组姓名北京航空航天大学流体所局部阻力损失试验一、实验目的要求1．掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；2．通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验建立函数式的途径；3．加深对局部阻力损失机理的理解。

二、实验装置本试验装置如图1所示：图1 局部阻力系数实验装置图1．自循环供水器；2．试验台；3．可控硅无级调速器；4．恒压水箱5．溢流板；6．稳水孔板；7．突然扩大实验管段；8．测压计；9．滑动测量尺；10．测压管；11．突然收缩实验管段；12．试验流量调节阀。

实验管道由小 → 大 → 小三种已知管径的管道组成，共设有六个测压孔，测孔1-3和3-6分别测量突扩和突缩的局部阻力系数。

其中测孔1位于突扩界面处，用以测量小管出口端压强值。

三、实验原理写出局部阻力前后两断面的能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得：1．突然扩大采用三点法计算，下式中f12h -由f23h -按流长比例换算得出。

实测 221122je 12f12p v p v h [(Z )][(Z )h ]2g2gααγγ-=++-+++21e je v h /2gαζ=理论 '21e 2A (1)A ζ=- 2''1je e v h 2gαζ=2．突然缩小采用四点法计算，下式中B 点为突缩点，f4-B f3-4h h 由换算得出，fB 5f56h h --由换算得出。

实测 225544js 4f4B 5fB-5p v p v h [(Z )h ][(Z )h ]2g2gααγγ-=++--+++25s js v h /2gαζ=经验 '5s 3A 0.5(1)A ζ=- 2''5js s v h 2gαζ=四、实验方法与步骤1．测记实验有关常数。

2．打开电子调速器开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。

实验二 雷 诺 数 实 验一、 实验目的1、 观察液体在不同流动状态时流体质点的运动规律2、 观察流体由层流变紊流及由紊流变层流的过度过程3、 测定液体在圆管中流动时的下临界雷诺数2c e R二、 实验原理及实验设备流体在管道中流动，由两种不同的流动状态，其阻力性质也不同。

雷诺数的物理意义，可表征为惯性力与粘滞力之比。

在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H 不变。

如果管路中出口阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均速度v ，微启红色水阀门，这是红色水与自来水同步在管路中沿轴线向前流动，红颜色水呈一条红色直线，其流体质点没有垂直于主流方向的横向运动，红色直线没有与周围的液体混杂，层次分明地在管路中流动。

此时，在流速较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动，为层流运动。

如果将出口阀门逐渐开大，管路中的红色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的流动呈临界状态。

如果将出口阀门继续开大，出现流体质点的横向脉动，使红色线完全扩散与自来水混合，此时流体的流动状态微紊流运动。

图1雷诺数实验台示意图1.水箱及潜水泵2.接水盒3. 上水管4. 接水管5.溢流管6. 溢流区7.溢流板8.水位隔板9. 整流栅实验管 10. 墨盒 11. 稳水箱 12. 输墨管 13. 墨针 14.实验管15.流量调节阀雷诺数表达式e v dR ν⋅=，根据连续方程：A=v Q ，Qv A=流量Q 用体积法测出，即在Δt 时间内流入计量水箱中流体的体积ΔV 。

tVQ ∆=42d A π=式中：A —管路的横截面积；d —实验管内径；V —流速；ν—水的粘度。

三、实验步骤1、准备工作：将水箱充满，将墨盒装上墨水。

启动水泵，水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，并保持溢流，以保持水位高度H 不变。

2、缓慢开启阀门7，使玻璃管中水稳定流动，并开启红色阀门9，使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。

3、开大出口阀门15，使红色水在玻璃管内的流动呈紊流状态，在逐渐关小出口阀门15，观察玻璃管中出口处的红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。

水力学局部水头损失量测实验水力学是研究水流流动特性的学科，它旨在研究和分析水的流动机理，以便系统和准确地描述水的流动过程。

水头损失（水头损耗）是指水流穿过管道时，由于中间的障碍（包括水力阀、排污阀等）而产生的纵向阻力，致使水体所带来的机械能（抽水机提升的能量）减少所拥有的水头，这就是水头损失所指的含义。

局部水头损失量测实验是水力学专业研究的一个基本实验，其目的是为了研究设立的管道中的流体的流变属性，它能够反映在流线方向上的变化和弯半径变化，观测流体动力学参数的变化情况，从而为提高大型水工结构的效率提供科学依据。

它主要分为直管内流测试和阀体内流测试，其原理大致相同。

实验首先安装实验装置，将直管和阀体安装在垂直安装，装置包括液体填充管、正压值表、胸管、水池和控制器等，将实验水体从水池中泵出穿行其中，实验过程采用液体温度和压力的定时记录和比较，计算出不同的参数值，用来检验水头损失的大小。

经过实验，此种装置能够很好地检测出管道中水头损失的大小，可以改善水力学模型以及水力结构的设计。

本实验中，我们在设计水工结构MyCompany制造的水池处，进行局部水头损失量测实验，首先将水池罩体（此处用以安装阀体）安装完毕后，将水填充至下料管中，打开压力表，检查压力变化。

随后，安装完成的阀体依次加入，当装置安装完成后，系统会自动开启流量计，以观察水头损失的变化。

在实验过程中，我们经过重新检查参数，得出结论：原告安装完成后，液体填充和排水阀理想运转情况下，可以使实验控制区域水头损失控制在100厘米以内。

在实验过程中，我们也可以观测流线的变化的变化趋势，并根据实验室的数据，研究出来的结果除了对水力学领域的新发现之外，还可以作为其他设计和制造水工结构的参考依据。

总的来说，局部水头损失量实验是一种能够反映管道内水头损失大小的实验和装置，能够提高大型水工结构的效率并得出新的研究发现。

而在MyCompany制造的水池处，我们完成了局部水头损失量实验，得出结论：在此安装完成后，液体填充和排水阀运行情况下，可以使实验控制区域水头损失控制在100厘米以内。

《水力学》课程教学大纲课程名称：水力学（Hydraulics)课程类型：专业基础课;范围选修课学时:72学时，4.5学分适用对象：水利水电工程、农业水利工程、给水排水工程本科先修课程：高等数学、大学物理、理论力学一、课程性质、目的与任务以及对先开课程要求水力学是水利类各专业必修的一门主要专业基础课.水力学的任务是研究液体（主要是水）的平衡和机械运动的规律及其实际应用。

通过本课程的学习，使学生掌握水流运动的基本概念、基本理论与分析方法，理解不同水流的特点，学会常见水利工程中的水力计算，并具备初步的试验量测技能，为学习后续课程和专业技术工作打下基础.二、教学重点及难点本课程教学重点:水静力学,水动力学理论基础，流动阻力与水头损失,有压管路，明渠均匀流,明渠非均匀流。

难点：液体的相对平衡，作用在平面、曲面上的力,实际液体的运动微分方程，恒定总流伯诺里方程，恒定总流动量方程，紊流沿程损失的分析与计算，复杂长管的水力计算，管网的水力计算，无压圆管均匀流水力计算，断面单位能量、临界水深，恒定明渠流动的流动型态及判别标准,明渠非均匀渐变流微分方程，棱柱体渠道非均匀渐变流水面曲线的计算.三、与其它课程的关系学习本课程应具备高等数学中有关微分、积分、简单微分方程等高等数学基础；还应具备理论力学、材料力学中有关静力学、动力学、应力与应变、面积矩等方面的工程力学基础。

后续课程为水资源管理、水工建筑物、水利工程施工与水电站。

四、教学内容、学时分配及基本要求第一章绪论(2学时）基本要求：了解液体运动的基本规律及研究液体运动规律的一般方法,掌握液体的主要物理性质.重点：.液体的主要物理性质难点：液体粘性产生原因及作用第一节水力学的任务及其发展概况1、水力学的任务2、水力学发展简史第二节液体的主要物理性质及其作用在液体上的力1、液体的质量和密度2、液体的重量和容重3、液体的粘滞性4、液体的压缩性5、液体的表面张力6、作用于液体上的力第三节液体的基本特征和连续介质1、液体的基本特征2、连续介质假设3、理想液体的概念第四节水力学的研究方法1、科学试验2、理论分析3、数值计算第二章水静力学（8 学时）基本要求：掌握静水压强的特性，压强的表示方法及计量单位，掌握液体平衡微分方程与水静力学的基本方程，掌握液柱式测压仪的基本原理,能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总压力。

水力学实验报告思考题答案（一）伯诺里方程实验（不可压缩流体恒定能量方程实验）1、 测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？测压管水头线(P-P)沿程可升可降，线坡J P 可正可负。

而总水头线(E-E)沿程只降不升，线坡J P 恒为正，即J>0。

这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。

如图所示，测点5至测点7，管渐缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，J P >0。

，测点7至测点9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高，J P <0。

而据能量方程E 1=E 2+h w1-2，h w1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有h w1-2>0，故E 2恒小于E 1，（E-E ）线不可能回升。

（E-E ）线下降的坡度越大，即J 越大，表明单位流程上的水头损失越大，如图上的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。

2、 流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？1）流量增加，测压管水头线（P-P ）总降落趋势更显著。

这是因为测压管水头222gAQ E pZ H p -=+=γ，任一断面起始的总水头E 及管道过流断面面积A 为定值时，Q 增大，gv 22就增大，则γp Z +必减小。

而且随流量的增加，阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头E 相应减小，故γpZ +的减小更加显著。

2）测压管水头线（P-P ）的起落变化更为显著。

因为对于两个不同直径的相应过水断面有g A Q g A Q A Q g v g v v p Z H P 2222222212222222122ζζγ+-=+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆=∆ g A Q A A 212222122⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=ζ式中ζ为两个断面之间的损失系数。

管中水流为紊流时，ζ接近于常数，又管道断面为定值，故Q 增大，H ∆亦增大，()P P -线的起落变化更为显著。

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？ 测点2、3位于均匀流断面，测点高差0.7cm ，γpZ H P +=均为37.1cm （偶有毛细影响相差0.1mm ），表明均匀流各断面上，其动水压强按静水压强规律分布。