西安交通大学流体力学边界层测定实验报告

西安交通大学实验报告题6-27问题描述：强度为24 2m/s 的点源位于坐标原点，与速度为10m/s沿x正向的均匀流动叠加。

求复合流动滞止点到坐标原点的距离：该流动可以表示的绕流物体的形状及在θ=π/2 和3π/2 处物体外廓线之间的距离；θ=π/2 处物体外廓线上的速度。

分析求解：○1强度为24m2 /s 的点源势函数、流函数分别为：24Φln ln2rπ=24 2θπψ=10m/s 沿x 正向的均匀流动流函数为：Ψ=10rsinθΦ=10r cosθ则复合流动的速度势函数与流函数分别为Φ=10r cosθ+242πln r（1）Ψ=10r sinθ+242πθ（2）流线方程为10r sinθ+242πθ=C（3）势流速度场为V r=10cosθ+242πrVθ=−10sinθ（4）滞止点Vr=0，Vθ=0 解得X=−r=−0.382m，θ=π即滞止点到坐标原点的距离为0.328m.将滞止点坐标带入式（2），得Ψ=12，并且物体型线的流线特征是上面存在滞止点。

故有外轮廓线方程为10r sinθ+242πθ=12（5）○2θ=π/2 时，r=0.6 θ=3π/2 时，r=0.6 所以b=1.2m即在θ=π2，3π2之间时：外轮廓线距离为1.2m○3当θ=π2时 r=0.6 带入式4有V r=6.366m/s,Vθ=−10m/s ○4绘图：因外轮廓线方程10r sinθ+242πθ=12，则有2412210sinrθπθ-=，x=21tanrθ+,y=x tanθ首先采用EXCEL软件求得一系列散点数据后（限于篇幅，数据不再列出，改变θ得到相应的x,y），再利用origin 软件绘出绕流物体轮廓图。

对于周围一定区域流线分布，只需将上式的12改成常数C(12C>).类似于画绕流物体轮廓图画出流线分布图。

题7-36问题重述：设有一虹吸管，其装置如图所示，设管径为 150mm.试求通过该管的流量。

流体力学中的湍流边界层理论与实验研究湍流边界层是流体力学中一个重要的研究领域，它涉及到流体在管道、河流、飞机机翼等表面上的流动机制。

湍流边界层的理论和实验研究对于解决工程中的湍流流动问题，提高流体的输送效率，降低能量损失具有重要的实际应用价值。

在本文中，我们将从湍流边界层的理论基础和实验研究方法两个方面来进行讨论。

一、湍流边界层的理论基础湍流边界层的研究始于19世纪末，当时人们对于纳维-斯托克斯方程的解析解进行研究，发现在一定条件下，流体在边界层内表现出湍流现象。

随后，人们提出了湍流边界层的理论模型，试图描述湍流边界层的形态和运动规律。

其中最经典的理论模型是普拉斯特契克湍流模型和抛物型方程模型。

普拉斯特契克湍流模型是基于冲击动力学理论提出的，它将湍流边界层的运动视为一系列固定参数的二维振荡量，通过分析这些振荡量的湍流动力学特征，得出了湍流边界层的平均速度和湍流能量的表达式。

普拉斯特契克湍流模型的提出，为湍流边界层的理论研究提供了重要的参考。

抛物型方程模型是湍流边界层研究的又一重要成果，它采用了数学上的偏微分方程来描述湍流边界层的运动规律。

通过求解这些偏微分方程，人们可以得到湍流边界层的速度、梯度和流动的涡旋结构等信息，为湍流边界层的实际应用提供了重要的理论依据。

二、湍流边界层的实验研究方法湍流边界层的实验研究是湍流边界层研究的重要组成部分，它通过实验仪器和测量手段来获取湍流边界层的宏观和微观参数，验证理论模型的准确性，探究湍流边界层的运动机制。

目前，湍流边界层的实验研究主要包括以下几个方面：1. 测量技术：湍流边界层的测量需要较高的精度和灵敏度，因此需要采用先进的测量技术。

常用的湍流边界层测量技术包括激光多普勒测速仪、热线和冷线测速技术、压力传感器等。

2. 模型设计：湍流边界层的实验研究通常需要设计相应的模型和装置。

这些模型和装置的设计应能够模拟真实流动情况，保证实验结果的准确性和可靠性。

3. 数据处理：湍流边界层的实验数据通常需要进行复杂的数据处理和分析。

）之外的流体速度就形成：润湿→附着→内摩擦力→减速→梯度
边界层内：沿板面法向的速度梯度很边界层外：不存在速度梯度或速度梯度
流体在平板上流动时的边界层：
流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区域，即流速降为主体流速的99％以内的区域。

边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离。

层流边界层：在平板的前段，边界层内的流型为层流。

湍流边界层：离平板前沿一段距离后，边界层内的流
直管内：流体须经一定的距离才能形成稳定的边界层。

由于总流量不变，中心流速增加。

边界层占据整个管截面。

与物体的长度相比，边界层的厚度很小；边界层内沿边界层厚度的速度变化非常急边界层沿着流体流动的方向逐渐增厚；
边界层中各截面上的压强等于同一截面上在边界层内粘滞力和惯性力是同一数量级边界层内流体的流动存在层流和紊流两种
圆柱后部：猫眼
扩张管（上壁有抽吸）
B
S′
A
涡，这种旋涡具有一定的脱落频率，称为卡门涡街.
湍流产生的原因：
湍动强度
在模型实验中，模拟湍流，要求雷诺数和湍动强边界层的转变、分离以及热量和质量传递系数等
依微分方程的个数：零方程模型、一方
FLUENT软件在化学处理领域主要可应用 于：
燃烧 干燥 过滤 传热和传质 材料处理 混合 反应 分离 蒸馏 喷射控制 成型 焚化 测量/控制 聚合 沉淀 通风



















。

一、实验背景与目的流体力学是研究流体运动规律和力学特性的学科，广泛应用于工程、科学研究和日常生活等领域。

为了提高我们对流体力学基本理论的认识，培养实际操作能力，我们进行了流体力学实验实训。

本次实训旨在通过一系列实验，加深对流体力学基本概念、基本理论和实验方法的理解，提高我们的动手能力和分析问题的能力。

二、实验内容与过程本次实训共进行了五个实验，分别为：1. 沿程阻力实验：通过测定流体在不同雷诺数情况下，管流的沿程水头损失和沿程阻力系数，学会体积法测流速及压差计的使用方法。

2. 动量定律实验：测定管嘴喷射水流对挡板所施加的冲击力，测定动量修正系数，分析射流出射角度与动量力的相关性，加深对动量方程的理解。

3. 康达效应实验：观察流体流动，发现某些问题和现象，分析流体与物体表面之间的相互作用。

4. 毛细现象实验：研究毛细现象的产生原因及其影响因素，了解毛细现象在工程中的应用。

5. 填料塔流体力学性能及传质实验：了解填料塔的构造，熟悉吸收与解吸流程，掌握填料塔操作方法，观察气液两相在连续接触式塔设备内的流体力学状况，测定不同液体喷淋量下塔压降与空塔气速的关系曲线，并确定一定液体喷淋量下的液泛气速。

在实验过程中，我们严格按照实验指导书的要求进行操作，认真记录实验数据，并对实验结果进行分析和讨论。

三、实验结果与分析1. 沿程阻力实验：通过实验，我们得到了不同雷诺数情况下，管流的沿程水头损失和沿程阻力系数。

结果表明，随着雷诺数的增加，沿程水头损失和沿程阻力系数均有所减小，说明层流和湍流对流体阻力的影响不同。

2. 动量定律实验：实验结果显示，管嘴喷射水流对挡板所施加的冲击力与射流出射角度密切相关。

当射流出射角度增大时，冲击力也随之增大，说明动量修正系数在动量方程中的重要性。

3. 康达效应实验：通过观察流体流动，我们发现当流体与物体表面之间存在表面摩擦时，流体会沿着物体表面流动，这种现象称为康达效应。

实验结果表明，康达效应在工程中具有广泛的应用，如飞机机翼的形状设计等。

流体力学的边界层
哎呀呀，一听到“流体力学的边界层”这个词，是不是感觉脑袋都大啦？其实我一开始也是这样的，觉得这东西可难可难啦！
你想想啊，咱们平常看到的水流、气流，好像就是那么随意地流来流去，可谁能想到这里面还有这么个神秘的“边界层”呢？
就比如说，咱们在河里玩水，水从咱们脚边流过，感觉凉凉的、滑滑的。

可你有没有想过，靠近咱们脚的那一层水，和远处的水流动的方式不太一样呢？这靠近咱们脚的这一层，就是边界层啦！
有一次，我和小伙伴们做了一个有趣的实验。

我们弄了一个小小的水槽，里面装满了水，然后让水慢慢流出来。

我们发现，在水槽的边上，水好像流得特别慢，就像是被什么东西拖住了一样。

这难道不神奇吗？
再打个比方，就像咱们跑步的时候，身边的风呼呼地吹。

靠近咱们身体的那一层风，跑起来就没那么顺畅，这也像是一种边界层的现象呢！
那这个边界层到底有啥用呢？这可太重要啦！比如说飞机的翅膀，要是不考虑边界层的影响，飞机可能就飞不起来啦！还有汽车的外形设计，也得考虑边界层，要不然风阻大得吓人，得多费油啊！
我就好奇地问老师：“老师，这边界层咋这么神奇啊？”老师笑着说：“孩子，这世界上神奇的东西多着呢，边界层只是其中一小部分。

”我又接着问：“那怎么才能更好地研究它，让它为我们服务呢？”老师摸摸我的头说：“只要你们好好学习，以后就能明白啦！”
我心里就想，哼，我一定要把这神秘的边界层搞清楚！
你说，这流体力学的边界层是不是特别有趣？它就像是一个隐藏在我们身边的小秘密，等着我们去发现，去探索！我觉得啊，只要我们用心去观察，去学习，就能揭开它神秘的面纱，让它为我们的生活带来更多的便利和惊喜！。

流体力学实验报告总结与心得1. 实验目的本次流体力学实验的目的是通过实验方法，对流体的流动进行定性和定量分析，掌握基本的流体流动规律和实验操作技能。

2. 实验内容本次实验主要分为两个部分：流体静力学的实验和流体动力学的实验。

在流体静力学实验中，我们测定了液体的密度、浮力、压力与深度的关系，并验证了帕斯卡定律。

在流体动力学实验中，我们测量了流体在管道中的速度分布，获得了流速与压强变化的关系，并通过管道阻力的实验验证了达西定理。

3. 实验过程与结果在实验过程中，我们依次进行了密度的测量、液体的浮力测定、压力与深度关系的测定、流速分布的测量和管道阻力的实验。

通过各项实验得到的数据，我们进行了数据处理和分析，得出了相应的曲线和结论。

在密度的测量实验中，我们使用了称量器和容量瓶，通过测定液体的质量和体积，计算出了液体的密度。

在测量液体的浮力时，我们使用了弹簧测量装置，将液体浸入弹簧中，通过测量弹簧的伸长量计算出液体所受的浮力。

在压力与深度关系的测定实验中，我们使用了压力传感器和水桶，通过改变水桶的水深，测量压力传感器的输出信号，得出了压力与深度的关系曲线。

在流速分布的测量实验中，我们使用了流速仪和导管，将流速仪安装在导管中不同位置，通过读出流速仪的示数，绘制出流速与导管位置的关系曲线。

在管道阻力的实验中，我们通过改变导管的直径和流速，测量压力传感器的输入信号，计算出阻力与流速的关系。

4. 结论与讨论通过以上实验和数据处理，我们得出了以下结论：1. 密度的测量实验验证了液体的密度与质量和体积的关系，得到了各种液体的密度数值，并发现不同液体的密度差异较大。

2. 测量液体的浮力实验验证了浮力与液体所受重力的关系，进一步加深了我们对浮力的理解。

3. 压力与深度关系的测定实验验证了帕斯卡定律，即液体的压强与深度成正比，且与液体的密度无关。

4. 流速分布的测量实验揭示了流体在导管中的流动规律，得到了流速随着导管位置的变化而变化的曲线，为后续的流体动力学研究提供了基础。

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 。

平板边界层实验报告引言平板边界层实验是一种常见的流体力学实验方法，用于研究在流体与固体界面发生的各种现象和特性。

通过实验可以获取边界层厚度、速度剖面、摩擦系数等参数，对于理解流体边界层的特性具有重要意义。

本实验报告将详细介绍平板边界层实验的原理、实验装置、实验过程和实验结果，并对实验结果进行分析和讨论。

实验原理在实验中，我们使用平板边界层实验装置对流体的边界层进行研究。

其原理基于以下几点：1.边界层理论：边界层是指流体流动过程中处于流体与固体物体之间的一层流动区域，其特点是速度梯度较大、流动剪切应力较高。

边界层的特性对于流体的运动、传热和传质等过程具有重要影响。

2.平板边界层：平板边界层是指位于平板表面附近的边界层，它是边界层研究中最常见的情况之一。

通过对平板边界层的研究，可以深入理解边界层的结构、特性及其对流体流动的影响。

3.流动速度剖面：边界层中流体的速度随距离平板表面的距离而变化，一般呈现一定的速度剖面形态。

通过测量流体速度剖面，可以确定边界层的厚度和速度分布特性。

实验装置实验装置由以下几个主要部分组成：1.平板：平板用于产生平板边界层。

通常采用光滑的表面，材质多为金属或塑料。

2.流体：实验中常使用空气或水作为流体介质。

流体通过输送装置注入到实验装置中。

3.流量计：流量计用于精确测量流体的流量，以保证实验条件的准确性。

4.速度测量装置：速度测量装置用于测量流体在平板边界层中的速度。

常见的测量方法包括热线法、激光多普勒测速法等。

5.数据记录系统：数据记录系统用于记录实验过程中获得的各项数据，包括流体流量、速度剖面等。

实验步骤本实验的具体步骤如下：1.准备工作：清洁实验装置，确保平板表面光滑且无杂质。

2.实验装置搭建：按照实验要求搭建实验装置，包括安装平板、连接流体输送装置和速度测量装置。

3.流体注入：启动流体输送装置，将流体注入实验装置中，并调节流量控制阀以控制流体的流量。

4.测速：使用速度测量装置对流体在平板边界层中的速度进行测量。

流体流动中的边界层研究边界层是流体流动过程中一个非常重要的现象。

在流体流动的过程中，由于粘性的存在，流体会在靠近固体表面形成一个粘性较大的区域，我们称之为边界层。

边界层的研究对于了解流体流动行为、改善流体流动性能以及预测流体流动中的阻力非常关键。

边界层研究的目的是探究在流体流动过程中，边界上的速度、压力和温度等物理量随距离的变化规律。

边界层是一种非常薄的区域，在流动物体表面附近，流体流动的性质会发生显著的变化。

边界层的研究不仅可以帮助我们理解流体流动现象的本质，还可以为工程设计和优化提供依据。

边界层的研究内容包括边界层的形成机理、边界层厚度的计算、边界层的发展和分离、边界层中的速度分布和剪切应力等。

边界层的形成主要是由于粘性的影响，粘性力会阻碍流体靠近物体表面的自由流动，从而形成一个粘性较大的区域。

边界层的厚度取决于流体的粘性和流动速度，可以通过流体力学方程和实验手段进行计算和测量。

边界层的发展过程可以分为两个阶段，即层流边界层和湍流边界层。

在层流边界层中，流体流动的速度分布遵循层流条件，流速逐渐减小到零。

在湍流边界层中，由于流体流动的不稳定性，流速会出现剧烈的波动，流动状态混乱不规则。

边界层的发展和分离对于减小阻力、改善流动性能非常重要。

在高速流动和复杂几何体的情况下，边界层的分离现象会导致阻力增大，因此需要通过研究边界层的发展和控制手段，降低流体流动中的阻力。

边界层中的速度分布和剪切应力也是边界层研究的重要内容。

由于边界层的粘性，流体流动的速度会随着距离的增加而增加。

在边界层的内部，由于剪切力的作用，会产生剪切应力。

研究边界层中速度的分布和剪切应力的变化规律，可以帮助我们了解流体在不同条件下的流动特性，为工程设计和流体力学问题的解决提供依据。

综上所述，边界层的研究对于理解流体流动行为、改善流体流动性能以及预测流体流动中的阻力等方面具有重要意义。

边界层的形成机理、厚度计算、发展和分离、速度分布和剪切应力等内容是边界层研究的重点。