流体实验ppt

0.0731 o E

0.0631 oE
(cm2
/
s)
0E 无单位,当其>2时,用上式将恩氏粘度0E 直接转换为运动粘度
例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度 L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ =0.1Pa·s。
求作用在活塞上的粘性力。
解： T A dv
粘度
液体
气体
掌握两种粘度的单
位计量方式(P6)
o
温气度 体
4)粘度的测量方法
法1: 用粘度计直接测量得出：(绝对粘度 , )
毛细管粘度计、旋转粘度计
法2: 用恩氏粘度计测出相对粘度(恩氏粘度 0E ),
然后用经验公式转换为运动粘度.
恩氏粘度计测定
o E t1 t2
200ml被测液体从恩氏粘度计流出的时间 200ml，20度的纯水从恩氏粘度计流出的时间50s
t

1 V
V T
(oC 1)
• 注意：
• (a)严格地说，不存在完全不可压缩的流体。 • (b)一般情况下的液体都可视为不可压缩流体
（发生水击时除外）。 • (c)对于气体，当所受压强变化相对较小时，
可视为不可压缩流体。 • (d)管路中压降较大时，应作为可压缩流体。
5.流体的粘滞性
1)粘性：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，随
• 直线惯性力： I ma
• 离心惯性力： R m 2r
• 这三种力都与液体质量m成正比，且都作用在质点 中心上，因而称为质量力
二、表面力（近程力）（接触力）
• 表面力指作用于流体的表面上，并与受作用的流 体表面积成正比。

h ' h
气〔ρ〕-液〔ρ’〕 h ' h
解：水温40℃，汽化压强为7.38kPa 大气压强 pa 97.3103 10m
g 99.229.807
汽化压强
pgv 979.3.22891.803070.76m
p 12 v 1 2 ag 注z2意 z ：1 z 2-p z2 1 ——2 v 2 2 下 游p 断w面高 度减上游断面高度〔±〕； ——用相对ρ压a-ρ强—计—算外的界气大体气伯密努度利减方管程内
常与连续性微分方程 ux uy uz 0 联立 x y z
2.粘性流体运动微分方程〔粘性作用→切应力〕
f 1 p 2 u d u u u u d t t
——纳维-斯托克斯方程〔N-S方程〕
分量式
X 1 p x 2 u x u tx u x u x x u y u y x u z u z x
pAagz2z1v 2 29v 2 2
1 9 2 .8 1 .2 0 .8 9 .8 4 0 0 0 .8 v 2 9 0 .8 v 2
2
2
1 1 18 528 .6 7 2.48 即 27 2 6.6 724 .48
Y 1 p y 2 u y u ty u x u x y u y u y y u z u z y Z 1 p z 2 u z u tz u x u x z u y u y z u z u z z
元流的伯努利方程
1.理想流体元流的伯努利方程 〔1〕推导方法一
将〔1〕、〔2〕、〔3〕各式分别乘以dx、dy、 dz，并相加
g 2g
单位重量流体的机械能守恒〔总水头不变〕
2.粘性流体元流的伯努利方程
z1pg 12 u1 g 2 z2pg 22 ug 2 2hw'

流体：具有流动性的物质，包括液体和气体 流体特性：流动性、压缩性、热传导性、表面张力等 流体分类：牛顿流体和非牛顿流体 流体力学：研究流体运动规律和流体与固体相互作用的学科
流体静力学基本概念：研究流体在静止状态下的力学性质 流体静压力：流体在静止状态下的压力 流体静压力分布：流体在静止状态下的压力分布规律 流体静压力与流体深度的关系：流体静压力随流体深度的增加而增加
误差控制措施：提 高测量精度、优化 实验设计、减少系 统误差等
误差分析结果：误 差大小、误差分布、 误差影响因素等
实验结果：流体力学实验的结果分析 应用领域：流体力学在工程、科学、技术等领域的应用 展望未来：流体力学的发展趋势和前景 结论：流体力学实验结果的意义和价值
实验前，确保所有设备、仪器和材料都处于良好状态 实验过程中，遵守操作规程，避免操作失误 实验结束后，及时清理实验现场，确保无安全隐患 实验过程中，注意环保，避免污染环境
,
汇报人：
01
02
03
04
05
06
流体力学实验是工程学科的重要课程之一 实验内容涵盖了流体力学的基本原理和实践操作 实验目的是培养学生对流体力学的理解和应用能力 实验课件可以帮助学生更好地理解和掌握实验内容
演示流体力学实验的操作步 骤和注意事项
介绍流体力学的基本概念和 原理
帮助学生理解和掌握流体力 学实验的方法和技巧
实验改进建议：增加实验步骤的详细说明，完善实验数据记录，明确实验结论，提高实验的可操作性和准确性。
流体力学实验技术的发展趋势
实验方法的创新与改进
添加标题
添加标题
实验设备的更新与升级
添加标题
添加标题
实验结果的应用与推广
汇报人：

X 1 p 0 x
Y 1 p 0 y
欧拉平衡方程
Z 1 p 0 z
p p( , T )
t
1 V V T p
1 V V p T
p p(V , T )
1 t T p
p
p
1 p T
V
p y = pn pz = pn
px = p y = pz = pn = p
28/34
第二章
流体静力学
§1 静压强及其特性 §2 流体静力学平衡方程 §3 压力测量 §4 作用在平面上的静压力 §5 作用在曲面上的静压力 §6 物体在流体中的潜浮原理
29/34
§2流体静力学平衡方程
通过分析静止流体中流体微团的受力，可以建立 起平衡微分方程式，然后通过积分便可得到各种不同 情况下流体静压力的分布规律。 why 因此，首先要建立起流体平衡微分方程式。 现在讨论在平衡状态下作用在流体上的力应满足 的关系，建立平衡条件下的流体平衡微分方程式。
《流体力学》
汪志明教授
5/24
第一章 流体的流动性质
§1 流体力学的基本概念
§2 流体的连续介质假设 §3 状态方程 §4 传导系数 §5 表面张力与毛细现象
《流体力学》
汪志明教授
6/24
§2 流体的连续介质假设
虽然流体的真实结构是由分子构成，分子间有一定的孔隙，但流 体力学研究的并不是个别分子微观的运动，而是研究大量分子组成的 宏观流体在外力的作用下所引起的机械运动。 因此在流体力学中引入连续介质假设：即认为流体质点是微观上 充分大，宏观上充分小的流体微团，它完全充满所占空间，没有孔隙 存在。这就摆脱了复杂的分子运动，而着眼于宏观机械运动。

p2
gz3
u32 2
p3
gz4
u42 2
p4
gz5
u52 2
p5
gz6
u62 2
p6
4
4' 3 3'
1
1' 5 5'
6 6' 2 2'
【例6】水经变径管从上向下流动，粗细管径分别为d2=184mm,
d1=100mm，水在粗管内的流速为u2=2m/s，两测压口垂直距离
h=1.5m，由1-1 至 2-2 截面间能量损失hf1-2=11.38J/kg,问：U
第四节 流体在管内的流动阻力
流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力. ——流动阻力产生的根源
直管阻力 ：流体流经一定管径的直管时由
管路中的阻力
hf
于流体的内摩擦而产生的阻力
hf
局部阻力：流体流经管路中的管件、阀门及
hf 管截面的突然扩大及缩小等局部
32
h f h f hf 地方所引起的阻力。
h f : 单位质量流体流动时所损失的机械能，J/kg。
14
即Pa。
F u
S y
du
dy
——牛顿粘性定律
式中：
du ：速度梯度 dy
：比例系数，它的值随流体的不同而不同，流
体的粘性愈大，其值愈大，称为粘性系数或动力粘度，简
称粘度。
15
2、流体的粘度
1)物理意义
du dy
促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。 粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来
P2= 6.15×104Pa(表压) hf1-2= 160J/kg
u2
Vs
d2
34.5 0.072 3600

流体特性
流体具有易流动性、无固定形状、抗 压性、表面张力等特性。其中，易流 动性是流体最显著的特点，使其能够 适应容器的形状并传递压力。
流动类型及特点
01 02
层流
层流是指流体在流动过程中，各质点沿着一定的轨迹做有规则的平滑运 动。层流具有流速分布均匀、流线平行且连续、质点间无相互混杂等特 点。
湍流
Pa）。
压强
流体中某点的压力与该点处流体密 度的比值，用符号$rho$表示，单 位是千克每立方米（kg/m³）。
压力与压强的关系
$p = rho gh$，其中$g$是重力加 速度，$h$是该点距流体自由表面 的垂直距离。
浮力原理及应用
01
02
03
04
浮力
浸在流体中的物体受到流体竖 直向上的托力，其大小等于物
流线、流管、流量等，以及连续 性方程、伯努利方程等重要原理
。
黏性流体的运动
分析了黏性对流体运动的影响， 包括层流和湍流的形成机制、雷 诺数等概念。
流体的基本性质和分类
介绍了流体的定义、特性以及不 同类型的流体，如牛顿流体和非 牛顿流体。
流体机械能转换
介绍了流体机械能转换的基本原 理，如泵、风机、涡轮机等设备 的工作原理和性能参数。
人工明渠
人工开挖或建造，具有规 则的几何形状，水流条件 相对简单。
涵洞和隧洞
水流在封闭空间内流动， 受边界条件限制，流速分 布和能量损失有特定规律 。
明渠均匀流和非均匀流现象
均匀流
流速沿程不变，水面线呈 水平或倾斜直线，常见于 长直渠道或水槽实验。
非均匀流
流速沿程变化，水面线呈 曲线，分为渐变流和急变 流，常见于天然河道和复 杂渠道。
前沿研究领域介绍

伯努利方程
流体在流动过程中，流速大则压强小，流速小则压强大。
流体粘性
流体在运动过程中，由于内摩擦力作用，流速不同的层之间产生 动量传递。
实验步骤
准备实验器材
包括流体管道、流体泵 、压力计、流量计等。
安装实验装置
按照实验要求，将实验 器材组装起来，确保密
封性和安全性。
开始实验
开启流体泵，使流体在 管道中流动，观察并记
操作失误问题
部分学生在操作过程中出现失误，导致实验结果偏离预期 。解决方案是加强实验前的培训和指导，确保学生熟悉操 作流程和注意事项。
对未来实验的展望
01
增加实验内容
在未来实验中，可以增加更多的流体力学实验项目，如流体阻力和升力
的测量等，以丰富学生的实验体验。
02
改进实验设备
随着技术的进步，可以引入更先进的流体力学实验设备，以提高实验的
《流体力学实验》ppt课件
• 实验概述 • 实验设备与材料 • 实验操作与数据记录 • 实验结果与讨论 • 实验总结与展望
01
实验概述
实验目的
培养实验操作技能和数据 分析能力。
了解流体在不同条件下的 流动特性。
掌握流体力学的基本原理 。
01
03 02
实验原理
牛顿第二定律
流体在力的作用下产生加速度，力与加速度成正比。
趋势分析
根据图表中的数据变化趋势，分析流体的流 动特性。
数据对比
将实验数据与理论值进行对比，分析误差产 生的原因。
参数影响
分析实验参数对实验结果的影响，探究参数 变化对流体流动的影响规律。
结果讨论与解释
误差分析
01
对实验误差进行分析，找出误差产生的主要原因，并提出减小

3.2 描述流体运动的两种方法
3.2.1 Lagrange法
1.基本思想：跟踪每个流体质点的运动全过程，记录 它们在运动过程中的各物理量及其变化
2.拉格朗日变数：（a,b,c,t）——区分流体 质点的标志
3.质点物理量：B(a,b,c,t)， 如：
pp(a,b,c,t) (a,b,c,t)
3.2 描述流体运动的两种方法
3.2 描述流体运动的两种方法
3.2.0 流体质点和空间点
•流体质点：是个物理点，它是在 两者相互关系：流场
连续介质中取出的，在几何尺寸 中空间某一点，先后由 上无限小，可以看作一点，但包 不 同 的 流 体 质 点 所 占 含许多分子，具有一定物理量。 据；流体质点物理量会
发生变化，而空间点是
•空间点：几何点，表示空间位置 不动的。
Reynolds数的物理意义：
惯性力 Re 粘性力
惯性使扰动放大，导致湍流，粘性抑制扰动使流动保持稳定。 当 Re 时，流动趋于理想流体运动。
2. 机翼绕流风洞试验
机翼绕流流场的特点：
流线(streamline)： 上翼面：流线密 下翼面：流线稀
(a) Re~1
3. 卡门涡街(Karman vortex street)
第3章 流体运动学
(Fluid Kinematics)
第3章 流体运动学
从几何的观点研究流体的运动，不 讨论运动产生的动力学原因。
ma F
rrx,y,z,t vvx,y,z,t aax,y,z,t
3.1 流动图形观察 (flow visualization)
观察几个典型流动，感受实际流动现象和特征。 圆管流动——流动状态 机翼绕流——升力、阻力 圆柱绕流——涡激振荡

原
力〔垂直于作用面，记为 ii〕和两个切向 应力〔又称为剪应力，平行于作用面，记为
理
ij，i j），例如图中与z轴垂直的面上受
到的应力为 zz〔法向）、 zx和 zy〔切
电 向），它们的矢量和为：
子
课
件 τ zzix zjy zkz
返回
前页
后页
主题
西
1.1 概述
安
交 • 3 作用在流体上的力
大 化
子 课 件
返回
前页
后页
主题
西
1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用
安
交
大 思索：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数 R反
化 映了什么？
工 原
理 p1p2
p2
p1 z2
电 子
(0)gR(z2z1)g z1
课
R
件
A A’
返回
前页
后页
主题
西 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用
安
交 大
•
2．压差计
化 • （2〕双液柱压差计
p1
p2
工•
原•
理
电•
子•
课
件
又称微差压差计适用于压差较小的场合。
z1
1
z1
密度接近但不互溶的两种指示
液1和2 ， 1略小于 2 ；
R
扩p 大1 室p 内2 径与2 U 管1 内g 径之R 比应大于10 。 2
图 1-8 双 液 柱 压 差 计
返回
安
交 大
•
1．压力计
化 • （2〕U形压力计
pa
工 • 设U形管中指示液液面高度差为RA，1 指• 示液

•
de=4R=4×0.173=0.693m
•
V=Q/A=0.2/0.48=0.417m/s
10
材料工程基础
• 矩形 a·3a=3a2=0.48m2 a=0.4m b=1.2m
R ab 0.48 0.15 m 2(a b) 2 1.6
• de=4×0.15=0.6m V=Q/A=0.417m/s
则
hf

p1 p2
g
测压管中的水柱高差△Ｐ即为有效截面1-1和2-2 间的压头损失。
14
材料工程基础
图４-３ 水平等 直管道中水头损失
15
材料工程基础
伯努利(能量)方程实验
16
材料工程基础
【例4-1】 管道直径 d 100mm，输送水的流量 qV 0.01
m3/s，水的运动黏度 1106 m2/s，求水在管中的流动状 态？若输送 1.14104 m2/s的石油，保持前一种情况下的流 速不变，流动又是什么状态？
6
材料工程基础
４.１.２ 雷诺数
流体的流动状态与流速、管径和流体的黏性等物理性质有关。
uc d
引入比例系数 Rec


uc Rec d Rec d 或
Rec

ucd

Rec 称为临界雷诺数，是一个无量纲数。
7
材料工程基础
流体在任意形状截面的管道中流动时，雷诺数的形式是
Re ude
材料工程基础
第四节 流体在管道中的流动 一维定常流动
4.1 流体的两种流动状态 4.2 圆管中流体的层流流动 4.3 圆管中流体的紊流流动 4.4 流动阻力损失 4.5 管路计算
1