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《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。
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。
《流体力学》课程教案（建筑环境与设备工程专业）第一章绪论1．本章的教学目标及基本要求本章为绪论，涉及到流体的定义、作用在流体上的力、流体的基本物理性质和流体的力学模型。
通过本章的教学，要求学生了解流体力学在本学科及相关工程技术领域内的地位和作用，掌握流体与固体的典型区别，连续介质模型、不可压缩流体和理想流体的定义，了解流体的主要物理性质；掌握流体的受力分析方法，能够正确应用牛顿内摩擦定律分析解决液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。
2．本章各节教学内容（列出节名）及学时分配本章教学内容分2单元，每单元2学时单元1：流体力学在本学科中的地位和作用，流体的定义与特点，，作用在流体上的力;流体的惯性, 流体的粘性；习题1-1, 4单元2：流体的粘性，压缩性与膨胀性, 不可压缩流体和理想流体的概念，流体的连续介质模型；习题1-7，8，123．本章教学内容的重点和难点本章的重点是：本章的教学任务是让学生初步建立起流体及流体力学的基本概念，重点放在流体与固体的本质区别，描述流体的基本模型及流体的主要物理性质。
本章的难点是：熟练、正确进行受力分析；正确运用牛顿内摩擦定律分析求解液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。
4. 本章教学内容的深化和拓宽；介绍不可压缩流体的概念及其工程应用意义，说明粘性的外部特性与内部特性的区别。
5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题；本章涉及到较多的物理基本概念，注意时刻提醒学生从最基本的物理现象出发去理解和把握物理概念，在受力分析及应用过程中注意结合以往课程的内容和知识，帮助学生逐步建立将所学知识与工程实际应用相结合的思维习惯。
教学方式以课堂教学为主。
6．本章的主要参考书目；●屠大燕主编·流体力学与流体机械·北京：中国建筑工业出版社，1999●刘鹤年编·水力学·北京：中国建筑工业出版社，1999●李玉柱苑明顺编·流体力学·北京：高等教育出版社，1998●汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983●周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000●潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988●Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: JohnWiley & Sons,1982●Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics.7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001●山东工学院东北电力学院·工程流体力学·北京：电力工业出版社，1980●陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，19927．本章的思考题和习题等。
第三章 流体运动学基础§3—1研究流体流动的方法一、基本概念场－设在空间的某个区域内定义了标量函数或矢量函数，则称定义了相应函数的空间区域为场。
如果研究的是标量函数则称此场为标量场；如果研究的是矢量函数，则称之为矢量场；如果同一时刻场内各点函数的值都相等，则称此场为均匀场，反之为不均匀场，如果场内函数不依于时间，即不随时间改变，则称此场为定常场，反之称为不定常场。
场的分类如下：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧密度场压力场标量场力场速度场矢量场 流场―充满运动流体的场称为流场。
二、研究流体运动的欧拉法欧拉法―欧拉法是通过下列两个方面来描述整个流场情况的：（1）在空间固定点上流体的各种物理量（如速度、压力）随时间的变化。
（2）在相邻的空间点上这些物理量的变化 1、速度表示法欧拉法是以流场中每一空间位置作为描述对象，描述在这些位置上流体的物理参数随时间的变化。
显然，同一时刻，流体内部各空间点上流体质点的速度可以是不同的，即V是（x, y, z ）的函数。
同一空间点上，不同时刻，流体质点的速度也是不同的。
即V又是t 的函数。
另一方面x , y , z 又可以看作是流体质点的坐标，而流体质点的坐标又是时间的函数。
因此： x = x ( t ) y = y ( t ) z = z ( t )),,,(),,,(),,,(t z y x w w t z y x t z y x u u ===υυ故：V =V(x , y , z, t )同理：),,,(t z y x p p =),,,(t z y x ρρ=2、流体质点的加速度流体质点的加速度为：tVa d d =则：z u w y u x u u t u t z z u t y y u t x x u t u t u a x ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂+∂∂==υd d z w y x u t t a y ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂==υυυυυυd d zw w y w x w u t w t w a z ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂==υd d 用矢量表示为： V V tVt V a)(d d ∇⋅+∂∂==其中yk y j x i ∂∂+∂∂+∂∂=∇ 为哈密顿算式。
《流体力学》实验教案（一）word版一、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. 培养观察现象、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. 流体静力学基本方程：帕斯卡定律、压力与深度关系；3. 流体动力学基本方程：连续性方程、伯努利方程。
三、实验器材与步骤1. 实验器材：流体容器、压力计、流量计、尺子、计时器等；2. 实验步骤：（1）检查器材是否完好，确保实验安全；（2）根据实验要求，设置流体容器和测压、测流量的设备；（3）开始实验，记录初始数据；（4）改变实验条件，观察并记录数据；（5）分析实验数据，验证流体力学原理。
四、实验注意事项1. 严格遵守实验规程，确保人身和设备安全；2. 保持实验环境的整洁和安静；3. 准确记录实验数据，避免误差；4. 实验过程中发现问题，及时报告实验指导教师。
五、实验报告要求1. 报告内容：实验目的、原理、器材、步骤、数据、分析等；2. 报告格式：Word文档，清晰，简洁明了，数据准确；3. 报告截止时间：实验结束后一周内提交。
《流体力学》实验教案（二）word版六、实验目的1. 学习流体流动的数值模拟方法；2. 掌握计算流体力学（CFD）基本原理；3. 培养运用现代技术手段分析流体力学问题的能力。
七、实验原理1. 数值模拟的基本概念；2. 计算流体力学基本方程：纳维-斯托克斯方程、能量方程；3. 湍流模型：κ-ε模型、LES模型等。
八、实验器材与步骤1. 实验器材：计算机、CFD软件；2. 实验步骤：（1）安装并熟悉CFD软件；（2）根据实验要求，设置流体参数和计算区域；（3）导入几何模型，划分网格；（4）选择适当的湍流模型，设置边界条件和初始条件；（5）进行数值计算，观察并分析计算结果。
九、实验注意事项1. 遵守实验规程，确保计算机安全和数据存储；2. 合理选择计算参数，避免计算资源浪费；3. 认真观察计算过程，及时记录重要信息；4. 实验过程中发现问题，及时与实验指导教师沟通。
流体力学习题3
第三章 流体动力学基础
复习思考题
1．比较拉格朗日法和欧拉法，两种方法及其数学表达式有何不同？
2．什么是流线？流线有哪些不要性质，流线和迹线有无重合的情况？
3．总流连续性方程1122v A v A =的物理意义是什么？
4．何谓均匀流及非均匀流？以上分类与过流断面上流速分布是否均匀有克关系？
5．何谓渐变流，渐变哪些有哪些重要性质？引入渐变流概念，对研究流体运动有什么实际意义？
6．动能校正系数α及动量校正系数β的物理意义是什么？
7．说明总流伯努力利方程2
21112221222w p v p v z z h g g g g
ααρρ++=+++各项的物理意义和几何意义。
8．应用总流伯努力利方程解题时，在所取过流断面上，不同点单位重量液体具有的机械能是否相等？
9．结合公式的推导，说明总流伯努力利方程的适用条件。
10．结合公式推导，说明总流动量方程2211()F Q v v ρββ=-∑适用条件。
习 题
选择题（单选题）
3-1 恒定流是：
（a）流动随时间按一定规律变化；
（b）流场中任意空间点的运动要素不随时间变化；（c）各过流断面的流速分布不同；
（d）各过流断面的压强相同。
3-2 非恒定流是：
（a）əu/ət=0；
（b）əu/ət≠0；
（c）əu/əS=0；
（d）əu/əS≠0。
3-3 一元运动是：
（a）均匀流；
（b）速度分布按直线变化；
（c）运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数；（d）限于直线运动。
3-4 均匀流是：
（a）当地加速度为零；
（b）迁移加速度为零；
（c）向心加速度为零；
（d）合加速度为零。
3-5 变直径管的直径d1=320mm，
d2=160mm，流速v1=1.5m/s，v2为：
（a）3 m/s；
（b）4 m/s；
（c）6m/s；
（d）9 m/s。
3-6 一等直径水管，A-A为过流断面，B-B为水平面，1、2、3、4为面上各点，各点的运动物理量有以下关系：
（a）p1=p2；
（b）p3= p4；
（c）z1+p1/ρg= z2+p2/ρg；
（d）z3+p3/ρg= z4+p4/ρg。
3-7 伯努利方程中z+p/ρg+αv2/2g表示：
（a）单位重量流体具有的机械能；
（b）单位质量流体具有的机械能；
（c）单位体积流体具有的机械能；
（d）通过过流断面流体的总机械
能。
3-8 水平防止的渐扩管如图所示，如
忽略水头损失，断面形心点的压强有
以下关系：
（a）p1>p2；
（b）p1=p2；
（c）p1<p2；
（d）不定。
3-9 粘体流体总水头线沿程的变化是：
（a）沿程下降；
（b）沿程上升；
（c）保持水平；
（d）前三种情况都有可能。
3-10 粘体流体测压管水头线的沿程的变化是：
（a）沿程下降；
（b）沿程上升；
（c）保持水平；
（d）前三种情况都有可能。
计算题
3-11 已知流场u x=2t+2x+2y，u y=t－y+z，u z=t+x－z。
求流场中x=2，y=2，z=1的点在t=3时的加速度（m/s）。
（35.86m/s2）
3-12 已知流速场u x=xy3，u y=－1/3y3，u z=xy，试求：
（1）点（1，2，3）之加速度；（13.06m/s2）
（2）是几元流动？
（3）是恒定流还是非恒定流；
（4）是均匀流还是均匀定流？
3-13已知平面流动的速度分布为u x=a，u y=b，其中a、b为常数。
求流线方程并画出若干条y>0时的流线。
（(b/a)x-y=C）
3-14 已知平面流动速度分布为u x=－cy/（x2+y2），u y= cx/（x2+y2），其中c为常数。
求流线方程并画出若干条流线。
（x2+y2=C）
3-15已知平面流动的速度场为u=（4y－6x）t i+（6y－9x）t j。
求t=1时的流线方程并绘出x=0至x=4区间穿过x轴的4条流线图形。
（1.5x-y=C）
3-16 水管的半径r0=30mm，力量Q=401L/s ，已知过流断面上的流速分布为u=u max （y/r0）1/7。
式中：u max是断面中心点的最大流速，y为距管壁的距离。
试求：（1）断面平均流速；
（2）断面最大流速；
（3）断面上等于平均流速的点距管壁的距离。
（145.08cm/s；177.65cm/s；
0.726cm/s；）
3-17 不可以压缩流体对下面的运动是否满走连续性条件？
（1）u x=2x2+y2，u y=x3－x（y2－2y）
（2）u x=xt+2y，u y=xt2－yt
（3）u x=y2+2xz，u y=－2yz－x2yz，u z=1/2x2z2+x3y4（(1)不连续；(2)连续；(3)连续）
3-18 已知不可压缩流体平面流动在y方向的流速分量为u y=y2－2x+2y，求速度在x 方向的分量u x。
（μx=-(2xy+2x)+f(y)）
3-19 水管直径50mm，末端的阀门关闭时，压力表读值为21kN/m2，阀门打开后读值降至5.5 kN/m2，如不计水头损失，求通过的流量。
（10.9L/s）
3-20 水在变直径竖管中流动，已知粗管直径d1=300mm，流速v1=6m/s。
为使两断面的压力表读值相同，试求细管直径（水头损失不计）。
（d2=0.24m）
3-21 一变直径的管段AB，d A=0.2m，d B=0.4m，高差∆h=1.5m，今测得
p A=30kN/m2，p B=30kN/m2，B点断面平均流速v B=6m/s。
试判断水在管中的流动方向。
（流向B-A）
3-22 用水银压差计测量水管中的某带内流速u，如读值∆h=60mm，求该点流速。
（3.85m/s）
3-23 为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径d1=200mm，流量计喉管直径d2=100mm，石油密度ρ=850kg/m3，流量计流量系数μ=0.95。
现测得水银压差计读数h p=150mm。
问此时管中流量Q多大？（51.1L/s）
3-24 水箱中的水从一扩散短管流到大气中。
直径d1=100mm，该处绝对压强p1=0.5大气压，直径d2=150mm。
求水头H。
水头损失不计。
（1.23m）
3-25 离心式通风机用集流器A从大气中吸入空气。
直径
d=200mm处，接一根细玻璃管，管的下端插入水槽中。
已知管
中的水上升H=150mm，求每秒钟吸入的空气量Q。
空气的密度
ρ为1.29kg/m3。
（1.499m3/s）
3-26 一吹风装置，进、排风口都直通大气，管径d1= d2=1m，
d3=0.5m。
已知排风口风速v3=40m/s空气的密度ρ=1.29kg/m3，
不计压强损失。
试求风扇前、后的压强p1和p2。
（p labs=97935.5Pa；p zabs=98967.5Pa）
3-27 水由喷嘴射出，已知流量Q=0.4m3/s，主管只D=0.4m，喷口直径d=0.1m，水头损失不计。
求作用在喷嘴上的力。
（143.3kN）
3-28水平方向射流，流量Q=36L/s，流速v=30m/s，受垂直于射流轴线方向的平板的阻挡，截去流量Q1=12 L/s，并引起射流其余部分偏转，不计射流在平板上的阻力，试求射流的偏转角及对平板的作用力。
（30°；456.6kN）
3-29 矩形断面的平底渠道，其宽度B=2.7m，渠底在某断面处抬高0.5m，抬高前的水深为2m，抬高后的水面降低0.15m，如忽略边壁和底部阻力。
试求：
（1）渠道的流量；
（2）水流对底坎的推力R。
（8.483m3/s；22.45kN）
3-30 闸下出流，平板闸门宽b=2m，闸前水深h1=4m，闸后水深h2=0.5m，出流量
Q=8m3/s，不计摩擦阻力。
试求水流对闸门的作用力，并与按静水压强分布计算的结果相比较。
（98.35kN）。
