流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 1雷諾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解流體的流動(dòng)形態(tài)：觀察實(shí)際的流線形狀，判斷其流動(dòng)形態(tài)的類型；2、熟悉雷諾準(zhǔn)數(shù)的測(cè)定和計(jì)算方法；3、確立 “層流與湍流與Re 之間有一定關(guān)系”的概念。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、雷諾示范實(shí)驗(yàn)裝置2、秒表3、量杯三、實(shí)驗(yàn)原理流體在流動(dòng)過程中有3 種不同的流動(dòng)形態(tài)，即層流、湍流和介于兩者之間的過渡流。雷諾用實(shí)驗(yàn)的方法研究流體流動(dòng)時(shí)， 發(fā)現(xiàn)影響流體流動(dòng)類型的因素除了流速 u 以外，還有管徑 d、流體的密度 以及粘度 ，由這四個(gè)物理量組成的無因次數(shù)群Re稱之為雷諾數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明，流體在直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)：du當(dāng) Re2000時(shí)，流體的流動(dòng)類型為層流。當(dāng) Re4000時(shí)

2、，流體的流動(dòng)類型為湍流。當(dāng) 2000 Re 4000，流體的流動(dòng)類型可能是層流，也可能為湍流，將這一范圍稱之為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。從雷諾數(shù)的定義式來看，對(duì)于同一管路d 為定值時(shí)， u 僅為流量的函數(shù)。 對(duì)于流體水來講，及僅為溫度的函數(shù)。因此確定了溫度及流量即可計(jì)算出雷諾數(shù)Re。四、實(shí)驗(yàn)裝置及流程實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)水從玻璃水槽流進(jìn)玻璃管（內(nèi)徑20mm），槽內(nèi)水由自來水供應(yīng)，槽壁外有溢流槽，過量的水進(jìn)溢流槽排入下水道。實(shí)驗(yàn)時(shí)打開閥門，水即由玻璃槽進(jìn)入玻璃管，流進(jìn)排水管排出，用閥門調(diào)節(jié)水量，流量可由量筒及秒表測(cè)定。高位墨水瓶貯藏墨水之用，墨水由經(jīng)閥門流入玻璃管。紅墨水瓶玻璃水槽閥門量筒圖 1 雷諾

3、示范實(shí)驗(yàn)裝置五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表表 1雷諾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表水溫 _23_ 水粘度 _943.2_10-3PaS水密度 _999.2_kg/m3管內(nèi)徑 _16_mm項(xiàng)流速測(cè)定雷諾準(zhǔn)數(shù)流動(dòng)形態(tài)序目量杯讀數(shù)計(jì)時(shí)流速 u號(hào) mL Sm/sRe據(jù) Re做出判斷實(shí)際觀察到形態(tài)11001090.0114193.2層流細(xì)線22951060.0346586.5層流細(xì)線3290730.0494837.3層流細(xì)線4330330.1242101.8湍流開始出現(xiàn)波浪形5380320.1482508.6湍流紊亂6370280.1642779.8湍流紊亂六、討論1、流量從小做到大，當(dāng)剛開始湍流，測(cè)出雷諾數(shù)是多少？與理論值200

4、0 有否差距？請(qǐng)分析原因。答： 剛開始湍流時(shí)，測(cè)出的雷諾數(shù)是 2101.8，與理論值有差距但差距不大。實(shí)驗(yàn)裝置較為簡(jiǎn)便，同時(shí)與實(shí)驗(yàn)的環(huán)境及實(shí)驗(yàn)過程中的操作都有一定的關(guān)系，還有就是讀數(shù)及計(jì)時(shí)都存在偶然誤差。2、根據(jù)測(cè)得Re 值與觀察到的流動(dòng)形態(tài)是否一致。請(qǐng)分析原因。答： 層流狀態(tài)是測(cè)得的 Re 與理論值基本一致，表明實(shí)驗(yàn)還是比較成功的。當(dāng)測(cè)得的Re2000后，流態(tài)基本呈現(xiàn)湍流的狀態(tài)?？赡苁且?yàn)槲覀儗?shí)驗(yàn)過程中，噪音和動(dòng)靜較大，擾動(dòng)因素較多，使 Re 處于過渡區(qū)的流體都呈現(xiàn)了湍流的流態(tài)。七、注意事項(xiàng)1、要保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，盡量使實(shí)驗(yàn)裝置以及周圍現(xiàn)場(chǎng)保持寧?kù)o。2、流體的流量調(diào)節(jié)要緩慢、平穩(wěn)。3、墨

5、水注入量控制適當(dāng)。八、思考題1、影響流動(dòng)形態(tài)的因素有哪些？答： 玻璃管的管內(nèi)徑、流體的流速、實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫度（影響流體的密度和動(dòng)力粘度）2、如果說可以只用流速來判斷管中流動(dòng)形態(tài)，流速低于某一具體數(shù)值時(shí)是層流，否則就是湍流，你認(rèn)為這種看法對(duì)不？在什么條件下可以只由流速的數(shù)值來判斷流動(dòng)形態(tài)？答： 這種說法不對(duì)，在玻璃管內(nèi)徑不變，管壁的阻力可忽略不計(jì)，流體為理想狀態(tài)的情況下，可以只由流速的數(shù)值來判斷流動(dòng)形態(tài)。3、研究流動(dòng)形態(tài)在工程上有何現(xiàn)實(shí)意義？答： 流體的流動(dòng)形態(tài)直接影響流體內(nèi)部相互間作用力的方向、構(gòu)成，與整個(gè)系統(tǒng)能量構(gòu)成也有關(guān)系，對(duì)于水庫(kù)水壩的修筑，艦艇、飛行器的設(shè)計(jì)都有重要的現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

6、2冷熱水混合器的內(nèi)部流動(dòng)與熱量交換數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉 Gambit 和 Fluent 的用戶界面和操作；2、學(xué)會(huì)使用Gambit 建模和劃分網(wǎng)格；3、學(xué)會(huì)使用fluent 求解器進(jìn)行求解，并顯示計(jì)算結(jié)果。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、聯(lián)想開天S8000 電腦 5 臺(tái)，高性能計(jì)算機(jī)（酷睿2/2G/512 獨(dú)顯） 12 臺(tái)2、Gambit 、 Fluent 軟件一套三、操作過程1、問題描述一個(gè)冷熱水混合器的內(nèi)部流動(dòng)與熱量交換問題?；旌掀鞯拈L(zhǎng)寬均為20cm，上部帶3cm的圓角，溫度為 T=350K 的熱水自上部的熱水管嘴流入， 與下部右側(cè)的管嘴流入的溫度為 290K 的冷水再混合器內(nèi)進(jìn)行熱量與動(dòng)量交

7、換后，自下部左側(cè)的小管嘴流出。2、利用 Gambit 建立計(jì)算模型1）啟動(dòng) Gambit 并且建立一個(gè)新的項(xiàng)目文件2）選擇求解器3）創(chuàng)建坐標(biāo)網(wǎng)格4）劃分各面的網(wǎng)格5）設(shè)置邊界類型（ 6）導(dǎo)出網(wǎng)格文件3、用 Fluent 求解用 Fluent 求解包括導(dǎo)入和檢查網(wǎng)格、建立求解模型、設(shè)置邊界條件、求解、顯示計(jì)算結(jié)果等。（1）網(wǎng)格的導(dǎo)入和檢查及有關(guān)操作2）建立求解模型3）設(shè)置流體的物理屬性4）設(shè)置邊界條件5）求解6）顯示計(jì)算結(jié)果7）二階離散化方法重新計(jì)算8）自適應(yīng)網(wǎng)格修改功能（9）保存項(xiàng)目4、結(jié)果與討論在本例的計(jì)算過程中，我們使用了三種離散方法1）最初的網(wǎng)格，能量方程采用一階離散方法；2）最初的網(wǎng)格

8、，能量方程采用二階離散方法；3）利用溫度梯度定位網(wǎng)格單元并給予改進(jìn)，能量方程采用二階離散方法。將三種方法得出的溫度分布進(jìn)行比較分析。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）對(duì)于最后的結(jié)果，繪制出口處的壓強(qiáng)、速度和溫度分布圖；2）改變?nèi)肟谶吔鐥l件重新計(jì)算，觀察結(jié)果；3）在出口邊界上設(shè)置觀察點(diǎn)，檢測(cè)出口截面上的速度變化。出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠(chéng)危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠(chéng)宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付

9、有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是以先帝簡(jiǎn)拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰以為營(yíng)中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所?！澳?”，是以眾議舉寵為督：愚親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時(shí)，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長(zhǎng)史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待也。臣本布衣，躬耕于南陽(yáng)，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于敗軍之際，奉命于危難之間，爾來二十有一年矣。先帝知臣謹(jǐn)慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以來，夙夜憂嘆，恐托付不效，以傷先帝之明；故五月渡瀘，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，當(dāng)獎(jiǎng)率三軍，北定中原，庶竭駑鈍，攘除奸兇，