流體力學與水力學實驗報告及指導書

流體力學與水力學實驗目錄第一章流體力學基礎實驗………………()§1-1流體靜力學實驗……………()§1-3動量方程實驗………………()§1-5局部水頭損失實驗…………()§1-6文丘里流量計、孔板流量計的標定實驗…………………()§1-8雷諾實驗……………………()第一章流體力學基礎實驗本章介紹流體力學的基礎實驗?；A實驗是指用傳統(tǒng)的測試手段測量流體運動的壓強、速度、流量等基本參數(shù)。這些實驗都是教學大綱要求的必做實驗。§1-1流體靜力學實驗1.1.1實驗目的1．觀察測點的測壓管水頭(位置水頭與壓強水頭之和)，加深對靜壓強公式的理解。2．求未知液體的密度1.1.2實驗裝置圖1.1.1靜壓強實驗儀圖1.1.1是一種靜水壓強實驗儀。管1為開口測壓管，管2和管3，管4和管5，管6和管7各組成一個U形管。管1、2、3均與水箱接通，構成一個連通器。其中，管1與密封水箱中部某點接通。管2、3與水箱底部某點接通。管4和管6與水箱上方的氣體壓強接通。管4、5和管6、7分別盛有兩種液體，其密度為和。水箱上方有密封閥，水箱液面上的氣體與大氣不相通，其壓強為p0。調壓箱通過軟管與水箱接通。上、下移動調壓管就可以改變水箱中的水位，也改變水箱中密封氣體的壓強p0。如果調壓筒水面高于水箱的水面，水將從調壓筒流入水箱，此時，水箱中的密封氣體的體積將減小，壓強增大。密封氣體壓強高于當?shù)卮髿鈮?，p0>pa。反之，則p0<pa。1.1.3實驗原理流體靜力學的基本方程是常數(shù)(1.1.1)管1、管3、調壓筒、水箱互相連通，液面與大氣相通。雖然管1，管3與水箱的接點高低不同，但他們的液面高程相同，這就是說明靜止液體內任意一點的位置水頭與壓強水頭之和（稱為測壓管水頭）是相同的。管2的液體與水箱的液體相通，液面氣體的壓強同為p0。因此管2的液面與水箱的液面高程相同。盛有兩種未知密度液體的U形管，其液柱高差是由于壓差p0-pa引起的，故有(1.1.2)(1.1.3)水的密度是已知的，只要讀取各管液面的高程讀數(shù)，就可以求出未知密度和。1.1.4實驗步驟1．關閉密封閥，并檢查密封效果。其方法是，移動調壓筒至某一高程位置，這時各管的液面也隨之移動。如果密封效果良好，各管液面的升降的速度越來越慢，并最終停止圖1.1.2靜水壓強實驗數(shù)據(jù)表在某一高程位置，不再變化。如果密封效果不好，各管的液面總是不停升降，直至各管液面與調壓筒以及水箱的液面平齊。這就說明水箱漏氣。2．將調壓筒形移至某高度，并用螺絲固定。待各管的液面穩(wěn)定后，讀取各管的液面高度讀數(shù)，并填入數(shù)據(jù)表。本實驗測量4組數(shù)據(jù)，其中，p0>pa（調壓筒液面高于水箱液面）和p0<pa（調壓筒液面低于水箱液面）的情況分別測量2組數(shù)據(jù)。測量內容：各測壓管的液柱高度。1.1.6思考題1．在什么情況下，管1，2，3的液面平齊？2．當管2，3的液面平齊時，管4，5以及管6，7的液面是否全分別平齊？為什么？3．管1和管5都與大氣相通，其液面是否處在同一個等壓面上？4．如果(-)>(-)，則zzzz7654和哪個較大？1.1.5數(shù)據(jù)整理及誤差分析流體力學實驗的數(shù)據(jù)整理是件復雜的工作，為此，可編制數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)供實驗課使用。圖1.1.2是編者研制的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的靜水壓強實驗數(shù)據(jù)表界面。實驗裝置中的未知液體的密度值分別為，。由數(shù)據(jù)表看出，測量誤差小于7%，引起誤差的主要原因是儀器的水柱高度讀數(shù)的精度不夠。水柱高度的刻度為mm，小數(shù)點后面的值是目估的，從而引起誤差。1.3動量方程實驗1.3.1實驗目的用杠桿法測量水流對檔板的沖擊力，并用動量方程計算水流對檔板的作用力，兩者進行比較，加深對動量方程的理解。1.3.2實驗裝置及實驗原理圖1.3.1動量方程實驗儀圖1.3.1是本實驗使用的實驗裝置示圖。水箱為實驗提供穩(wěn)壓水源，水箱的溢流板上開設若干泄流孔。開、閉這些泄流孔可以控制水位的高低。水流從設在水箱下部的管嘴射擊，沖擊一個軸對稱曲面檔板，檔板將射流沖擊力傳遞給杠桿。移動砝碼到某一位置，可使杠桿保持平衡。本實驗用杠桿平衡原理測量射流的沖擊力。另外，再用流體力學的動量方程計算射流對檔板的作用力，并比較這兩個沖擊力的大小，以便進行誤差分析。設砝碼的重量為G，作用力臂為L1，射流的作用力為F，作用力臂為L。當杠桿平衡時，有（1.3.1）圖1.3.2動量方程用圖射流的沖擊力也可以由動量方程算出，圖1.3.2是計算用圖，設射流的偏轉角度為（即入射速度矢量轉到出流速度矢量所旋轉的角度），射流的流量為Q，入射速度為V，則有（1.3.2）本實驗的射流偏角有90°，135°，180°等3種。1.3.3實驗步驟1．實驗前，調節(jié)平衡錘的位置，使杠桿處于水平狀態(tài)。2．開啟水泵，向水箱充水。調節(jié)溢流檔板泄孔的開啟程度，使水箱的水位保持在某一高度位置。3．打開出流孔口，使水流沖擊擋板。4．移動砝碼至適宜位置，使杠桿保持水平，記錄數(shù)據(jù)。5．改變水位，重復以上測量。另外，也可以更換另一種偏轉角的擋板，并進行相應的測量。6．實驗結束后，關閉水泵，取下砝碼，排空水箱。測量內容：流量、砝碼力臂。1.3.4數(shù)據(jù)處理及誤差分析圖1.3.3