计算流体力学实验

工程流体力学实验报告实验一流体静力学实验实验原理在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程或(1.1)式中：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。

另对装有水油（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)据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。

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。

<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。

2.当PB，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。

(一)不可压缩流体定常流能量方程(伯努利方程)实验一、实验目的要求：1、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技术；2、验证流体定常流的能量方程；3、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性。

自循环伯努利方程实验装置图本实验的装置如图所示，图中：1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.溢流板；5.稳水孔板；6.恒压水箱；7.测压计；8.滑动测量尺；9.测压管； 10.实验管道； 11.测压点； 12.毕托管 13.实验流量调节阀。

56三、实验原理：在实验管路中沿水流方向取n 个过水截面。

可以列出进口截面(1)至截面(i)的能量方程式（i=2,3,.....,，n)W i hg g p Z g g p Z i i i -+++=++12222111νρνρ选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出g p Z ρ+值,测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。

四、实验方法与步骤：1、熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。

2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平(开关几次）。

3、打开阀13，观察测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。

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(与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数)。

5、再调节阀13开度1～2次，其中一次阀门开度大到使液面降到标尺最低点为限，按第4步重复测量。

五、实验结果及要求：1、把有关常数记入表2.1。

2、量测(g pZ ρ+)并记入表2.2。

3、计算流速水头和总水头。

4、绘制上述结果中最大流量下的总水头线和测压管水头线(轴向尺寸参见图2.2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2.2上)。

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。

流体力学动量定理实验报告流体力学是研究流体运动规律的一门学科，其中动量定理是流体力学中的重要定律之一。

本实验旨在通过实际操作验证流体力学动量定理，并深入理解其物理意义和应用。

一、实验目的1. 验证流体力学动量定理的实际有效性；2. 理解动量定理的物理意义和应用；3. 探究不同流体条件下动量定理的适用性。

二、实验原理根据动量定理，当一个物体受到外力作用时，其动量的变化率等于作用在物体上的合外力。

对于流体，其动量定理可以表述为：流体的动量的变化率等于作用在流体上的合外力和压力力之和。

三、实验器材和药品1. 实验装置：流体力学实验装置、流量计、压力计等；2. 实验介质：水。

四、实验步骤1. 将流体力学实验装置连接好，保证流体可以顺利流动；2. 打开水源，调节流量计的流量，保持恒定；3. 使用压力计测量不同位置的压力值，并记录；4. 分别改变流动介质的流速和流量，再次测量压力值并记录；5. 根据实验数据，计算流体的动量变化率并进行比较分析。

五、实验结果与分析通过实验测量得到的压力值和流速数据，可以计算出流体的动量变化率。

根据动量定理，动量的变化率应该等于作用在流体上的合外力和压力力之和。

通过对不同流速和流量下的实验数据进行比较分析，可以得出以下结论：1. 随着流速的增加，流体的动量变化率也增加，说明流体受到的合外力也增大；2. 当流速恒定时，流量的增加会导致动量变化率的增加，说明流体受到的压力力也增大；3. 实验结果与动量定理的预期结果相符，验证了动量定理在流体力学中的适用性。

六、实验总结与思考通过本次实验，我们深入理解了流体力学动量定理的物理意义和应用。

实验结果表明，动量定理在流体力学中具有实际有效性，并能够用于解释和预测流体运动过程中的各种现象。

同时，实验过程中还发现了流速和流量对流体动量变化率的影响，这为进一步研究流体力学提供了新的思路和方向。

通过本次实验我们验证了流体力学动量定理的实际有效性，并深入理解了其物理意义和应用。

实验报告：流体力学动量定理实验实验目的：本实验旨在通过测量流体在不同条件下的速度和压力，验证流体力学动量定理，并分析流体的流动特性。

实验原理：流体力学动量定理表明，流体在作用力作用下的动量变化等于作用力对流体的压力和重力的贡献之差。

即动量的变化等于合力乘以时间。

根据流体流动的连续性方程和动量守恒方程，可以推导出动量定理的数学表达式。

实验步骤：1.准备工作：确保实验仪器及设备正常运行，并校准各个测量装置。

2.设置实验装置：安装流体管道和流量计，并连接传感器以测量流体的速度和压力。

3.调整流体流动条件：调节流量控制阀门，使流体在管道中稳定流动，并记录流量、速度和压力的基准值。

4.改变流动条件：调节流体控制阀门，改变流量和速度，并记录相应的压力和速度数据。

5.测量数据：使用传感器和测量仪器记录流体流动过程中的速度和压力数据，并进行实时记录或记录存储。

6.分析数据：根据测量数据计算流体的动量变化，并与实验条件进行对比和分析。

7.绘制实验结果：根据实验数据绘制流体速度和压力随时间变化的曲线，并进行数据分析和讨论。

实验结果：根据测量数据和数据分析，得出流体速度和压力随时间变化的曲线。

对比实验条件和理论预期结果，可以验证流体力学动量定理的准确性。

实验讨论：根据实验结果和对流体力学动量定理的分析，讨论流体流动的特性，如流体的加速度、压力分布等，并讨论实验误差和改进方案。

结论：通过本实验，验证了流体力学动量定理的准确性，并对流体的流动特性进行了分析和讨论。

实验结果与理论预期相符，证明了流体力学动量定理的适用性和可靠性。

附录：实验数据和曲线图、实验装置照片等（如果有）。

这是一个基于流体力学动量定理的实验报告的基本结构，具体内容和格式可以根据实际情况进行调整和完善。

实验:沿程阻力系数测量装置设计实验(光滑管)
1、实验（测试）原理介绍
流速ν的计算公式：v=4Q/(πd ²)
雷诺数的计算公式为：Re=νd/υ
光滑管在光滑区的沿程阻力系数：λ=0.3164/Re0.25
2、实验（测试）装置原理图
U型管的两端接一定管长的两端，通过测量U型管内水位差可以获得ΔH
3、实验装置加工设计计算
光滑管的直径为20cm，第一因为取材方便，第二通过水泵抽水，20cm的管径可以获得比较比较理想的实验数据U型管的最大的高度为100cm，因为可以解决管道两端压力差过大时候导致水位相差过大的问题。

4、实验装置加工过程
加工过程的照片，和说明；可拍视频
5、实验装置使用前标定
光滑管的标定在于对U型管的标定，首先将U型管安装在机架上，然后往U型管中加少量的水，令U型管的上端与大气相通，在两个U型管中标记0刻度，然后通过刻度尺标定其他的数值
6、实验材料汇总
20cm管径的水管一根，100cm的透明管两根，另外总长为150cm左右的软管，五个阀门
7、实验步骤
1打开U型管顶端的阀门一点点开度
2 打开打开U型管的两个下端的阀门，令U型管进入一些水，再关闭顶端的阀门
3关闭打开的两个阀门，打开U型管想通的阀门，再关闭，
4重新打开U型管下端的两个阀门
8、实验数据记录表格
9、实验情况
10、体会
做实验挺有趣的，玩得很开心。

下面是位差与阀门开度的关系图，流速与位差的关系图和雷诺数与位差的关系图。

《流体力学》实验教案（一）一、实验目的1. 理解流体力学的基本概念和原理。

2. 掌握流体力学实验的基本方法和技能。

3. 培养观察、分析问题和解决问题的能力。

二、实验原理1. 流体的定义和分类。

2. 流体静力学原理：帕斯卡定律、压力与深度关系。

3. 流体动力学原理：牛顿第二定律、流速与压力关系。

三、实验器材与步骤1. 实验器材：流体容器、压力计、流量计、计时器、尺子等。

2. 实验步骤：a. 准备工作：将流体容器放在水平位置，连接压力计、流量计等器材。

b. 测量静态压力：记录不同位置的压力值。

c. 测量动态压力：改变流体速度，记录不同位置的压力值。

d. 数据处理：根据实验数据，分析流体静力学和流体动力学原理。

四、实验注意事项1. 确保实验器材的准确性和可靠性。

2. 操作过程中要注意安全，避免液体喷溅。

3. 实验数据要准确记录，便于后期分析。

五、实验报告要求1. 描述实验目的、原理和步骤。

2. 列出实验数据，包括静态压力和动态压力值。

3. 分析实验结果，验证流体静力学和流体动力学原理。

《流体力学》实验教案（二）六、实验目的1. 掌握流体流动的两种形态：层流和湍流。

2. 探究流体流动形态与雷诺数的关系。

3. 培养观察、分析和解决问题的能力。

七、实验原理1. 层流与湍流的定义及特点。

2. 雷诺数的计算公式及意义。

3. 流体流动形态与雷诺数的关系。

八、实验器材与步骤1. 实验器材：流体容器、尺子、摄影器材、计算器等。

2. 实验步骤：a. 准备工作：将流体容器放在水平位置，连接相关器材。

b. 观察并记录层流和湍流的特征。

c. 测量流体速度，计算雷诺数。

d. 改变流体速度，重复步骤b和c。

e. 数据处理：分析流体流动形态与雷诺数的关系。

九、实验注意事项1. 确保实验器材的准确性和可靠性。

2. 操作过程中要注意安全，避免液体喷溅。

3. 实验数据要准确记录，便于后期分析。

十、实验报告要求1. 描述实验目的、原理和步骤。

一、实验目的1. 了解计算流体力学的基本原理和方法；2. 掌握计算流体力学软件的使用方法；3. 通过实验验证计算流体力学在工程中的应用。

二、实验原理计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是一种利用数值方法求解流体运动和传热问题的学科。

其基本原理是利用数值方法将连续的物理问题离散化，将其转化为求解偏微分方程组的问题。

在计算流体力学中，常用的数值方法有有限差分法、有限元法和有限体积法。

本实验采用有限体积法进行流体运动的数值模拟。

有限体积法将计算区域划分为若干个控制体，在每个控制体上应用守恒定律，将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程组。

通过求解这些代数方程组，可以得到流体在各个控制体内的速度、压力和温度等参数。

三、实验内容1. 实验一：二维不可压缩流体的稳态流动模拟（1）实验目的：通过模拟二维不可压缩流体的稳态流动，验证计算流体力学在流体运动模拟中的应用。

（2）实验步骤：① 建立二维流场模型，包括进口、出口、壁面和障碍物等；② 划分计算区域，选择合适的网格划分方法；③ 设置边界条件和初始条件；④ 选择合适的数值方法和湍流模型；⑤ 运行计算流体力学软件，得到流场参数；⑥ 分析结果，绘制流线图、速度矢量图等。

（3）实验结果与分析：通过模拟二维不可压缩流体的稳态流动，得到流场参数，并绘制流线图、速度矢量图等。

根据实验结果，可以分析流场特征，验证计算流体力学在流体运动模拟中的应用。

2. 实验二：三维不可压缩流体的瞬态流动模拟（1）实验目的：通过模拟三维不可压缩流体的瞬态流动，验证计算流体力学在流体运动模拟中的应用。

（2）实验步骤：① 建立三维流场模型，包括进口、出口、壁面和障碍物等；② 划分计算区域，选择合适的网格划分方法；③ 设置边界条件和初始条件；④ 选择合适的数值方法和湍流模型；⑤ 运行计算流体力学软件，得到流场参数；⑥ 分析结果，绘制流线图、速度矢量图等。

浙江大学化学实验报告课程名称：过程工程原理实验甲实验名称：流体力学综合实验指导教师：专业班级：姓名：学号：同组学生：实验日期：实验地点：Ⅰ流体流动阻力的测定一、实验目的1）掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法。

2）测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。

3）测定流体流经管件（阀门）时的局部阻力系数ξ。

4）识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、试验流程与装置图 1 流体力学综合实验流程示意图三、基本原理1.流量计校核通过计时称重对涡轮流量计读数进行校核。

2.雷诺数求解Re=ρudμ (1)u=V900πd2 (2)式中：V----流体流量，m3ℎ⁄3.直管阻力摩擦系数λ的测定流体水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：ℎf=Δp fρ=λldu22 (3)即λ=2dΔp fρlu2 (4)式中：Δp f----直管长度为l的压降，Pa4.局部阻力系数ξ的测定阻力系数法：流体通过某一管件（阀门）时的机械能损失可表示为流体在管径内流动时平均动能的某一倍数，即：ℎf′=Δp f′ρg=ξu22g (5)即ξ=2Δp f′ρu2 (6)式中：Δp f′----局部阻力压力降，Pa局部阻力压力降的测量方法：测量管件及管件两端直管（总长度为l′）总的压降为∑Δp，减去其直管段的压降，该直管段的压降可由直管阻力Δp f（长度为l）实验结果求取，即Δp f′=∑Δp−l′lΔp f (7)四、实验步骤1）离心泵灌水，关闭出口阀（23），打开电源，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀（23）缓缓开到最大；2）对压差传感器进行排气，完成后关闭排气口阀，使压差传感器处于测量状态；3）开启旁路阀（24），选定自最小到最大若干流量，对流量计做流量校核试验；4）开启流量调节阀（21），先调至最大流量，然后在最小流量1m3ℎ⁄之间再连续取8组等比数据，每次改变流量，待流量稳定后，，记录压差、流量、温度等数据；5）实验结束，关闭出口阀（23），停止水泵电机，清理装置。

计算流体力学实验报告——热传导方程求解姓名：梁庆学号：0808320126指导老师：江坤日期：2010/12/30基于FTCS格式热传导方程求解程序设计摘要计算流体力学是通过数值方法求解流体力学控制方程，得到流场的定量描述，并以预测流体运动规律的学科。

在CFD中，我们将流体控制方程中积分微分项，近似的表示为离散的代数形式，使得积分或微分形式的控制方程转化为离散的代数方程组；然后通过计算机求解这些代数方程，从而得到流场在空间和时间点上的数值解。

基于以上思路，我们利用FTCS格式差分，工程上常用的热传导方程，并编制计算机求解程序，解出其数值解。

并通过Matlab绘制，求解结果，分别以二维，三维的形式，给出求解结果，本实验通过求解的数值解，制作了1秒内长度为1的距离内，热传导情况动画，以备分析所用。

关键词FTCS 有限差分热传导方程一、 问题重述编制一个可以有限差分程序，实现求解热传导方程。

非定常热传导方程：22(0)u u t tγγ∂∂=>∂∂初边值问题的有限差分求解。

初始条件和边界条件为：(,0)()(0,)()0(1,)()0u x f x u t a t u t b t =⎧⎪==⎨⎪==⎩ 其中1γ=，初值条件为：000.3()10.30.710100.7 1.033x f x x x ⎧<<⎪⎪=<<⎨⎪⎪-+<⎩ 取网格点数Mx=100，要求计算t=0.01,t=0.1,t=1,t=10,时的数值解。

计算时间步长取20.1tx γσ==。

差分格式为：FTCS 格式。

本程序采用FTCS 格式为：111(12)n n n n k k k k u u u u σσσ++-=+-+二、 程序设计规程解决差分格式程序设计，主要解决初值初始化问题，差分求解问题，输出显示问题，三大模块。

本文通过函数设计，分别将这里的三个问题，用三个函数实现。

图1 设计总图具体差分原理如下：图2 差分模块三、程序建立及各模块1.初始化模块建立本程序需实现有提示性的操作，因而需要有相应的文字输出，在主函数中，输出提示文字，输入界面如下：图3 输入界面2.差分模块的建立差分模块函数体：void deidai(double **num,double x,double t){ double dt=t/(N-1); double dx=x/100.0;double ss=dt/(dx*dx);cout<<"差分因子为："<<ss<<endl;for(int i=1;i<N;i++)for(int j=1;j<100;j++)num[i][j]=ss*num[i-1][j+1]+(1-2*ss)*num[i-1][j]+ss*num[i-1][j-1];//差分格式}00.10.20.30.40.50.60.70.80.91位置 X 热传导量u热传导方程求解结果3. 显示模块的建立本程序在输入求解时间上，每次所取的差分空间步长，由题目中100网格数所定，时间步长由20.1tx γσ==，反求得到，故而，所求时间越长，所求得的结果越细，为了便于在c++中输出显示，实验时只输出其中一部分结果。