中国石油大学：流体力学(电子教案)

实验一、流体静力学实验、实验目的：填空1•掌握用液式测压计测量流体静压强的技能;2•验证不可压缩流体静力学基本方程，加深对位置水头、压力水头和测压管水头的理解；3.观察真空度（负压）的产生过程，进一步加深对真空度的理解;4 •测定油的相对密度；5•通过对诸多流体静力学现象的实验分析，进一步提高解决静力学实际问题的能力。

二、实验装置1、在图1-1-1下方的横线上正确填写实验装置各部分的名称本实验的装置如图所示。

1. 测压管：2.带标尺的测压管；3. 连通管：4. 通气阀：5. 加压打气球：6. 真空测压管7. 截止阀：8. U型测压管：9. 油柱：10. 水柱：11._ 减压放水阀图1-1-1 流体静力学实验装置图2、说明1•所有测管液面标高均以标尺(测压管2)零读数为基准；2•仪器铭牌所注\、B、、'- D系测点B、C、D标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，贝U v B、'- c、'- D亦为Z B、z c、Z D;3•本仪器中所有阀门旋柄均以顺管轴线为开。

三、实验原理在横线上正确写出以下公式1 •在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程形式之一:(1-1-1a)形式之二：p 二P o h (1-1b)式中z――被测点在基准面以上的位置高度；P ――被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；P o——水箱中液面的表面压强；——液体重度；h ——被测点的液体深度。

2.油密度测量原理当U型管中水面与油水界面齐平(图1-1-2)，取其顶面为等压面，有P oi =(1-1-2)另当U型管中水面和油面齐平(图1-1-3)，取其油水界面为等压面，则有P o2+»H =Y°H即P °2 =」w h 2=Y°H —Yw H(1-1-3) 由（1-1-2 ）、（ 1-1-3 ）两式联解可得：H+h 2代入式（1-1-2 ）得油的相对密度d odo（1-1-4）wh i h 2根据式（1-1-4），可以用仪器（不用额外尺子）直接测得 d o 。

《流体力学》实验教案（全）(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；5 / 456.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。

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)选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出值,测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压，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()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)。

六、结果分析及讨论：1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？2、流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？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？4、试问避免喉管(测点7)处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头(如抬高或降低水箱的水位)对喉管压强的影响情况。

中国石油大学工程流体力学教案一、课程简介工程流体力学是研究流体在工程中的应用和行为的科学，它涉及到流体的运动规律、动力学特性以及流体与固体相互作用的规律。

本课程旨在使学生掌握流体力学的基本理论、方法和应用，为他们在石油工程、化工、能源等领域的工作提供必要的流体力学知识。

二、教学目标通过本课程的学习，学生应能：1. 理解并掌握流体力学的基本概念、原理和定律；2. 运用流体力学的理论和方法分析和解决实际工程问题；3. 掌握流体力学在石油工程等领域的应用；4. 培养科学思维和创新能力，提高工程实践能力。

三、教学内容第一部分：流体力学基础1. 流体的性质和流动分类2. 流体静力学3. 流体动力学第二部分：流体流动的数值模拟1. 数值模拟的基本原理和方法2. 流体流动的数值模拟实例第三部分：流体与固体的相互作用1. 流体对固体的作用力2. 流体与固体的相互作用实例第四部分：流体力学在石油工程中的应用1. 油气藏流体力学2. 油井流动分析3. 油气管道流动分析四、教学方法采用课堂讲授、案例分析、上机实习相结合的教学方法。

通过讲授流体力学的基本理论和方法，分析实际工程案例，使学生掌握流体力学的应用技能。

利用上机实习环节，让学生亲自动手进行流体流动的数值模拟，提高他们的实践能力。

五、教学评价课程结束后，进行闭卷考试，考试内容涵盖课程的全部教学内容。

还将在学习过程中进行课堂讨论、上机实习等形式的平时考核，全面评估学生的学习效果。

六、教学安排1. 流体的性质和流动分类课时：2学时2. 流体静力学课时：4学时3. 流体动力学课时：6学时4. 数值模拟的基本原理和方法课时：4学时5. 流体流动的数值模拟实例课时：4学时6. 流体对固体的作用力课时：4学时7. 流体与固体的相互作用实例课时：4学时8. 油气藏流体力学课时：4学时9. 油井流动分析课时：4学时10. 油气管道流动分析课时：4学时七、教学资源1. 教材：工程流体力学教材及相关参考书2. 课件：教师制作的课件3. 案例分析：实际工程案例及相关数据4. 数值模拟软件：FLUENT、ANSYS等流体力学模拟软件八、教学建议1. 提前预习，加强课堂互动：学生应提前预习教材，了解课程内容，积极参与课堂讨论，提高学习效果。

中国石油大学工程流体力学教案绪论主要内容：●流体力学概述●工程流体力学概述●本学期学习任务●几点要求一、流体力学概述1、流体力学：研究流体的运动和平衡的规律以及流体和固体之间相互作用的一门科学。

2、流体力学的应用（1）航空航天领域——空气动力学、稀薄空气动力学飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙探测器、航天飞机等航空器都是在大气层内活动的飞行器。

例：飞机为什么能飞？——各种飞机都是靠空气动力克服自身重力实现升空的。

飞机在空中飞行，必然有外力作用。

在水平飞行中，飞机上主要作用着4种力，它们是升力（Y）、阻力（X）、推力（P）和重力（G）。

飞机的受力直接影响飞机的运动状态，它们相互平衡时，飞机便作水平匀速直线飞行。

尽管有各个部件的配合，但是最主要的是飞机有一对采用特殊剖面形状的机翼。

翼剖面又称翼型。

大家知道，机翼外形都是采用称流线形设计。

根据流体的连续性和伯努利定理可知，相对远前方的空气来说，流经上翼面的气流受挤，流速加快，压力减小，甚至形成吸力（负压力）；而流过下翼面的气流流速减慢。

于是上下翼面就形成了压力差。

这个压力差就是空气动力。

按力的分解法则，将其沿飞行方向分解成向上的升力和向后的阻力。

阻力由发动机提供的推力克服，升力正好可克服自身的重力，将飞机托向空中。

这就是飞机会飞的奥秘。

（2）船舶工业很显然，船舶工业更是离不开流体力学。

船舶、舰艇的外形直接影响到他们的航行速度、稳定性等特性，在设计时必须考虑在流体力学上如何使船体线型达到最佳。

例：潜艇现代潜艇按艇体线型的形状可分为三种，即常规型、水滴型和过渡型。

常规型适宜于水面航行，但对提高水下航速是不利的。

水滴型水下阻力小，有利于提高水下航速，但水滴型潜艇的水面航行性能较差，艇首容易上浪，而且易出现埋首现象。

过渡型潜艇是把常规型的直首和水滴型的尖尾相结合的一种潜艇线型，这种潜艇的水面航行性能优于水滴型，而水下航行性能优于常规型潜艇。

船吸现象1912年秋天，"奥林匹克"号正在大海上航行，在距离这艘当时世界上最大远洋轮的100米处，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰"豪克"号正在向前疾驶，两艘船似乎在比赛，彼此靠得较拢，平行着驶向前方。

绪 论一、课程简介1、课程的研究对象——单元操作 （1）单元操作的概念指在各种化工过程中，遵守同一基本原理，所用设备相似，作用相同，仅发生物理变化过程的那些操作，称为单元操作。

（2）单元操作的特点①所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。

②单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。

③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。

（3）单元操作的分类根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类：流体动力过程、传热过程和传质过程。

2、课程性质：本课程是化工类专业学生的专业必修课。

3、课程特点：理论与经验相结合的工程研究方法。

二、单元操作中常用的基本概念和观点 1、物料衡算根据需要人为地划出一个封闭体系，那么有：输入物料=输出物料+（物料损失） 2、 能量衡算 同样对于一个体系有：输入能量=输出能量+（能量损失）在化工生产过程中的能量衡算大多为热量衡算。

3、平衡关系平衡是过程进行的极限状态。

通过讨论平衡关系，我们可以判断过程进行的方向及过程推动力的大小。

4、过程速率 过程速率与过程推动力成正比，与过程阻力成反比。

即：过程阻力过程推动力过程速率5、经济核算 三、单位及单位换算单位可分为二大类：基本单位和导出单位。

（1）基本单位基本单位只有几个，指定的几个独立的物理量。

由于同一物理量在不同的单位制中具有不同的单位和数值，象cm.g.s 制和工程单位制等给人类的计算和交流带来麻烦，为此规定使用统一的“国际单位制”，即SI 制。

SI 制有七个基本单位SI 制有以下两大优点：通用性：自然科学、工程技术以及国民经济中都采用； 一贯性：不需引入比例系数。

（2）导出单位其它物理量利用基本量从物理定律中导出，称为导出量，其单位称为导出单位。

基本单位与导出单位的总和称为单位制。

（3）单位换算经验公式（又称数字公式，根据实验结果整理而得）中各符号只代表物理量的数字部分，而它们的单位必须采用指定的单位。

中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告实验日期：成绩：班级：学号：姓名：教师：李成华同组者：实验六、流动状态实验一、实验目的h）及断面的平均流速；1．测定液体运动时的沿程水头损失（fh—v）曲线图，找出下临界点并计算雷诺数的值。

2．在双对数坐标上绘制流态（f二、实验装置本室验的装置如图所示。

本实验所用的设备有流态实验装置、量筒、秒表、温度计及粘温表。

在图1-6-1横线上正确填写实验装置各部分的名称图1-6-1流态实验装置1.稳压水箱；2.进水管；3.试验管路；4. 试验管路；5.压差计；6流量调节阀；7.回流管线；8.试验台；9. 蓄水箱；10. 抽水泵；11.出水管三、实验原理 填空1．液体在同一管道中流动，当 速度 不同时有层流、紊流两种流动状态。

的特点是质点互不掺混，成线状流动。

在 紊流 中流体的各质点相互掺混，有脉动现象。

不同的流态，其 沿程水头损失 与断面平均速度的关系也不相同。

层流的沿程水头损失与断面平均流速的一次方 成正比；紊流的沿程水头损失与断面平均速度的m 次方成正比 (m= 1.75~2 ) 。

层流与紊流之间存在一个过渡区，它的沿程水头损失与断面平均流速关系与层流、紊流的不同。

2．当稳压水箱一直保持溢流时，实验管路水平放置且管径不变，流体在管内的流动为稳定流 ，此种情况下v 1=v 2。

那么从A 点到B 点的沿程水头损失为h f ，可由能流量方程导出：221122f 12121212()()22()()p v p v h z z g gp p z z h h hγγγγ=++-++=+-+=-=∆h 1、h 2分别是A 点、B 点的测压管水头，由 压差计 中的两个测压管读出。

3．雷诺数（Reynolds Number ）判断流体流动状态。

雷诺数的计算公式为：Dv Re ν=D —圆管内径；v —断面平均速度；ν—运动粘度系数当c Re Re <（下临界雷诺数）为层流，c Re =2000~2320；当cRe Re '>（上临界雷诺数）为紊流，c Re '=4000~12000之间。