流体力学讲义 第八章 管道不可压缩流体恒定流

《流体力学》实验报告开课实验室： DA126 2011 年 4月 18 日 学院 年级、专业、班姓名 成绩 课程 名称 流体力学实验实验项目 名 称不可压缩流体恒定流动的能量方程实验指导教师教师评语教师签名：年 月 日一、实验目的1、掌握均匀流的压强分布规律以及非均匀流的压强分布特点；2、验证不可压缩流体恒定流动中各种能量间的相互转换；3、学会使用测压管与测速管测量压强水头、流速水头与总水头；4、理解毕托管测速原理。

二、实验原理流线为平行线的流动为均匀流，流线不平行的流动为非均匀流。

对于恒定均匀流，元流上流体流速沿程不产生变化，无加速度产生。

非均匀流相反，元流上流通流速不断变化，有加速度产生，由此引起的惯性力不容忽略。

根据流线变化是否强烈，非均匀流又分为急变流与突变流，近似平行时，称渐变流；流线变化剧烈时称急变流。

均匀流、非均匀流上的压强分布规律各自不同。

由于渐变流流线变化较缓并近似平行，通常近似按均匀流处理。

均匀流、渐变流同一断面的压强分布规律满足如下的计算公式：z + p /ρg=c 但是非均匀流同一断面的压强不满足此式，也不能用能量方程求解，它根据流线弯曲方向不同而不同。

当其惯性力与重力出现叠加时压强增大，这种情况出现在流体流动的凹岸；当惯性力与重力出现削减时压强减少，它出现再流体流动的凸岸，因此，凹岸压强大，凸岸压强小。

实际流体在流动过程中除遵循质量守恒原理外，必须遵循动量定理，质量守恒原理在一维总流中的应用为总流的连续性方程，动能定理在一维总流中的应用为能量方程。

如下所示221121A v A v Q Q ===2122222211112//2//-+++=++w h g v a g p z g v a g p z ρρ 实际流体中，总水头线始终沿程降低，实验中可以从测速管的液面相对于基准面的高度读出。

测压管水头等于总水头减其流速水头。

Z+p/ρg=H-a 2v /2g,断面平均流速用总水头减去该断面的测压管水头得到：av 2/2g=H-(z+p/ρg).三、使用仪器、材料自循环供水器、恒压水箱、溢流板、稳水孔板、可控硅无级调速器、实验管道、流量调节阀、接水阀、接水盒、回水管测压计。

不可压缩流体恒定流能量方程实验报告(共8篇)不可压缩流体恒定流能量方程(伯努利)实验不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验实验人：徐俊卿、郑仁春、韩超、刘强一、实验目的要求1、验证流体恒定总流的能量方程；2、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性；3、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。

二、实验装置本实验的装置如图1.1所示。

图1.1 自循环伯诺里方程实验装置图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。

说明：本仪器测压管有两种：1、毕托管测压管（表1.1中标*的测压管），用以测读毕托管探头对准点的总水头H?(?Z?p?)H(?Z??)2g，须注意一般情况下H?与断面总水头?2g不同（因一般u2p?2u??），它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；2、普通测压管（表2.1未标*者），用以定量量测测压管水头。

实验流量用阀13调节，流量由体积时间法（量筒、秒表另备）、重量时间法（电子称另备）或电测法测量（以下实验类同）。

三、实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。

可以列出进口断面（1）至另一断面(i)的能量方程式(i?2,3,??,n) Z1?p1a112g2Zipiai?i2g2hw1iZ?p取a1?a2??an?1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出值，测出通2过管路的流量，即可计算出断面平均流速?及2g，从而即可得到各断面测压管水头和总水头。

四、实验方法与步骤1、熟悉实验设备，分清哪些测压管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。

2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。

如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。

不可压缩流体名词解释
不可压缩流体是指在流动过程中，其体积或密度不发生显著变化的流体。

这类流体在平衡状态下，任何微小变化（如温度或压力的变化），都不会影响其深度、形状或体积等物理性质。

在工程和科学领域，不可压缩流体通常用来描述流体动力学中的一类理想化现象。

例如，一般假设在低速流动中，气体可以视为不可压缩的。

然而，当速度接近或超过音速时，气体的压缩效应就变得重要起来。

不可压缩流体的概念非常重要，因为在许多实际问题中，流体的性质足够接近不可压缩的性质，可以忽略其小的压缩性，从而简化对流体动力学进行的研究和计算。

例如，在研究和设计飞机、船舶、管道、水轮机等的流体力学问题时，常常
假设工作介质为不可压缩流体，以便于使用更简单的方程进行分析。

不可压缩流体理论在流体力学中占据重要位置。

流体运动的基本规律——质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律在不可压缩流体中的表现形式，成为流体力学的基础方程。

这些基础方程是研究流体运动最重要的工具，也是解决实际流
体力学问题的基础。

在模拟和解析实际问题时，不可压缩流体假设为工程师和科研人员提供了实用的工具。

这些工具不仅帮助他们理解和解决复杂的流体动力学问题，而且帮助他
们设计和优化了许多工程系统，例如管道输送系统、液压系统、制冷系统等等。

然而，需要注意的是，不可压缩流体模型只是一个理想化的模型，它不一定能完全描述所有类型的流体动力学现象。

例如，对于高速流、音速流或者强烈震动和振动的流，压缩效应可能不能忽略，需要使用其他更复杂的模型来描述其物理行为。

因此，使用不可压缩流体模型时，必须清楚它的适用范围和局限性，以避免误导设计和决策。

高等计算流体力学讲义（8）第三章 不可压缩流动的数值方法§1 基本方程及其性质一、基本方程考虑不可压缩NS 方程： 0∇=u（1）()p tρρρτ∂+∇=-∇+∇∂u uu f（2）其中粘性应力为， 2τμ=S（3）12()T=∇+∇S u u如果粘性系数为常数，τμ∇=∆u （4）经无量纲化，常粘性系数不可压缩NS 方程可以写为：()p tυ∇=∂+∇=-∇+∆∂u u uu f u，其中/υμρ=为运动粘性系数。

NS 方程也可以写为无量纲化形式01()R ep t∇=∂+∇=-∇+∆∂u u uu f u其中ρ已经吸收到p 中（p 代表/p ρ）。

不可压缩方程的边界条件为：固体壁面：wall =u u ， 进口条件：in =u u ，出口条件：n∂=∂u 0。

不可压缩方程中的压力场可以相差任一常数而对速度场无影响，所以压力场只是在相差任意常数的条件下是确定的。

为了确定全场压力值，还应指定流场中某一点的压力。

二、不可压N －S 方程的特点：（1） 方程为二阶偏微分方程，二阶项中包含参数μ（粘性系数）。

边界层、分离、湍流…（2） 方程是非线性的，表现为对流项()∇uu 。

对一维问题，非线性项为u ux∂∂。

假定u 的波数为k 的Fourier 分量为()s i n u u t k x = （5） 则：21sin 22u uukx x∂=∂ 。

即振幅由212u u→ ；波数由2k k →。

也就是说，振幅呈现非线性变化，且可以产生高频成分。

粘性的作用，使得解的结构进一步复杂化，考虑模型方程221Re u u tx∂∂=∂∂把（5）式带入模型方程，得2(/Re)()k tut e -=可见，雷诺数越大，或频率越低（流动结构的尺度越大），振幅衰减越慢。

综上所述：由于非线性的作用，会产生高频的流动结构；在大雷诺数的条件下，这些高频结构有较长的生命周期，并且与衰减缓慢的低频结构相互作用，使得流动表现出复杂的的非线性、多尺度特征。

不可压缩流体恒定流动量定律实验引言在流体力学中，不可压缩流体恒定流动量定律是一个重要的理论定律。

它描述了在稳态条件下，流经截面的流体的动量守恒。

本实验旨在通过实验验证不可压缩流体恒定流动量定律，并通过数据分析来验证实验结果的准确性。

实验目的1.验证不可压缩流体恒定流动量定律；2.掌握实验仪器的使用方法；3.学习数据处理和分析的方法。

实验仪器和材料•检流罩•测力计•密度瓶•比重缸•变流器•电磁阀•水泵实验步骤1.将实验室环境调整至恒定温度；2.将测力计安装到检流罩上，并将检流罩放置在流体管道中；3.接通流体管道上的变流器和电磁阀，并将其设置为稳定工作状态；4.打开水泵，使流体开始流动；5.根据实验要求，调整水泵出口处流体的流量和速度；6.使用测力计测量流体通过检流罩的动力；7.将测得的数据记录下来。

数据处理与分析首先，根据实验测得的流体动力数据，结合流体的密度和截面积，可以计算出流体的流速。

然后，根据不可压缩流体恒定流动量定律，可以计算出流体通过截面的流量。

比较实验测得的流量和计算得到的流量，可以验证不可压缩流体恒定流动量定律的准确性。

为了进一步验证实验结果的准确性，可以进行不同流量下的实验，并观察实验结果的变化。

如果实验结果和计算结果的偏差较小，即实验数据与理论相符，则可以认为不可压缩流体恒定流动量定律在该实验条件下成立。

结论通过本实验，我们成功验证了不可压缩流体恒定流动量定律，并通过数据处理和分析验证了实验结果的准确性。

实验结果表明，在稳态条件下，流经截面的流体的动量守恒成立。

同时，我们也掌握了实验仪器的使用方法，学习了数据处理和分析的技巧。

参考文献1.张凯. 不可压缩流体力学[M]. 清华大学出版社, 2002.2.杨勇. 流体力学实验技术与方法[M]. 合肥工业大学出版社, 2014.。

不可压缩无粘流动的流体动力学6 不可压缩无粘流动的流体动力学6无粘流动的应力场1 无粘流动的应力场6 1-1, z方向上微元质量应用牛顿第二定律,微元质量应用牛顿第二定律方程两边同除以dxdydz是微小量y方向的牛顿第二定律可以得出对运动的无粘流体而言，点的正应力各向对运动的无粘流体而言一点的正应力各向相同（即是一个标量），无粘流体中正应力等于热力学压强的负值，即等于热力学压强的负值无摩流动动方程欧方程无摩擦流动的动量方程：欧拉方程2 无摩擦流动的动量方程：欧拉方程6-2N S方程N-S方程在无摩擦流动中不存在剪应力，正应力是热力学压强的负值如果重力是唯一的质量力如果z坐标是垂直方向欧拉方程对于重力是唯的质量力的情况，柱对于重力是唯一的质量力的情况，柱坐标形式的分量方程如下：z轴是垂直向上的，因此，g r gθ，g z g=g=-做刚体运动的流体的欧拉方程3 做刚体运动的流体的欧拉方程6-3流体被加速而在相邻流体层之间没有相对运动，即，流体做没有变形的运动时，就不会产生剪应力。

运用合适的自由体动方程我们确定流体内体运动方程，我们可以确定流体内压强的变化。

的变化直线加速运动的流体绕着垂直轴线做稳定旋转运动的流体欧拉方程可以解决非惯性坐标系中做刚体运动的流体内压强分布的问题，可以得到相同的结果。

流线坐标中的欧拉方程6-44 流线坐标中的欧拉方程流线？定常流动中，流体质点的运动轨迹？流线坐标定常流动中，沿着流线：定常流动中，沿着流线的位移是用于描述运动方程较好的坐标坐标。

在非定常流动中，流线可以给出瞬在非定常流动中流线可以给出瞬时速度场的图形表示时速度场的图形表示。

运动方程可以写成沿着流线的位移坐标sn以及流线的法向位移坐标的表达式在流动方向上（即s方向）对体积为dsdndx的微元流体应用牛顿第二定律，并忽略粘性力β是流线的切线和水平方向的夹角αs 是流体质点沿着流线方向的加速度在流动方向上流体质点的随体加速度在具有垂直方向的z轴坐标系中沿着流线方向标系中，沿着流线方向对于定常流动，忽略质量力时，在流动方向上的欧拉方程速度的减小伴随着压强的增加，成反比关系。