工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)

重慶大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程名稱流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)開課實(shí)驗(yàn)室流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室學(xué)院年級專業(yè)班_學(xué)生姓名學(xué)號開課時(shí)間2011至2012學(xué)年第二學(xué)期總成績教師簽名

流體力學(xué)》實(shí)驗(yàn)報(bào)告開課實(shí)驗(yàn)室：2012年3月27日學(xué)院年級、專業(yè)、班姓名成績課程名稱流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)名稱流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師教師評語教師簽名：年月曰一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證靜力學(xué)的基本方程。2、學(xué)會使用測壓管與U形測壓計(jì)的量測技能。3、理解絕對壓強(qiáng)與相對壓強(qiáng)及毛細(xì)管現(xiàn)象。4、靈活應(yīng)用靜力學(xué)的基本知識進(jìn)行實(shí)際工程量測。二、實(shí)驗(yàn)原理重力作用下不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程為：Pg式中：z為單位重量液體的位能，也稱位置水頭；p/pg為單位重量液體的壓能，也稱壓強(qiáng)水頭。如果自由表面壓強(qiáng)p0與當(dāng)?shù)卮髿鈮簆^E強(qiáng)相等時(shí)，液體內(nèi)任一點(diǎn)相對壓強(qiáng)可表示為：式中：h為液體自由表面下任一點(diǎn)液體深度。裝置如左圖所示：1-測壓管；2-帶標(biāo)尺測壓管；3-連通管；4-真空測壓管；5-U型測壓管；6-通氣閥；7-加壓打氣球；8-截止閥；9-油柱；10-水柱；11-減壓放水閥。三、使用儀器、材料流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀、燒杯、漏斗、水、煤油。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、記錄參數(shù)：測點(diǎn)標(biāo)高V2.1cm1、記錄參數(shù)：測點(diǎn)標(biāo)高V2.1cmV—2.9cmV-5.9cmb=基準(zhǔn)面選在：自由液面，測點(diǎn)位能Z=aa=c=2.1cmZ=—2.9cmZb<.9cm水容重：Y水容重：Y=9.807X10-3N/cm32、步驟(1)po二0,測V0打開通氣閥,VH是水箱液面與大氣相通,此時(shí)po(1)po二0,測V0打開通氣閥,VH是水箱液面與大氣相通,此時(shí)po=0,測水箱液面高程Vo,測壓管液面高程匕（此時(shí)V=V）0Hp>0，共加壓3次，每次測定V00p<0，共減壓3次，每次測定V003、油容重的測定：(2)（累計(jì)加壓）（累計(jì)加壓）（1）測計(jì)h，共測三次V10關(guān)閉通氣閥，大氣加壓,VH，計(jì)算hi=|V0-VH1使U型管內(nèi)水面與油水界面齊平，測V，計(jì)算h=|V-V|H20H關(guān)閉通氣閥，打開放水閥，慢慢防水，直至U型管內(nèi)水面與油面齊平,⑵測計(jì)h2，共測三次匕關(guān)閉放水閥，測計(jì)算h。2液面條件序號水箱液面▽0測壓管2液面▽2壓強(qiáng)水頭測壓管水頭pa/Y=▽-▽2apb/Y=▽-▽2bpc/Y=▽-▽2cZa+Ypa/Zb+Pb/丫Zc+p/ycP=0019.079.076.9711.9714.979.079.079.0719.0510.958.8513.8516.8510.9510.9610.95P>0029.0514.1912.0917.0920.0914.1914.1914.1939.0221.3019.2024.2027.2021.321.321.319.058.356.2511.2514.258.358.358.35P<0029.027.605.5010.5013.508.358.358.3539.005.803.708.7011.705.85.85.8五、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等）表1.1流體靜壓強(qiáng)測量記錄表單位：cm表1.2油容重測量記錄表單位：cm條件序號水箱液面▽0測壓管液面▽2|▽-▽|20|▽-▽20丨的平均值Y廠(N/cm3)P>0且0u型管中水面與油水交界面齊平19.0014.725.72h1=5.70Y=0.008234s(N/cm3)29.0114.705.6939.0014.705.70P<0且0U型管中水面與油水交界面齊平19.017.901.11h2=1.0929.007.921.0839.017.921.09計(jì)算：以水箱液面為基準(zhǔn)面。由公式：Z+p/Y可以計(jì)算出各點(diǎn)的壓強(qiáng)水頭，結(jié)果如表。由公式：Y=Y，又Y=0.009807N/cm3。由公式：YS

六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：a,b,c各點(diǎn)的測壓管水頭在誤差允許范圍內(nèi)相等，從而靜力學(xué)基本方程得到驗(yàn)證。分析及討論：1?為避免毛細(xì)現(xiàn)象的影響，在測壓管的讀數(shù)上如何減少誤差？答：用同一個(gè)測壓管讀數(shù)，則毛細(xì)現(xiàn)象的影響相同，且讀數(shù)時(shí)，視線保持水平，將液面凹處最低點(diǎn)對應(yīng)尺標(biāo)讀數(shù)。2?靜止流體中，不同斷面測壓管水頭線如何變化？答：在p0一定的情況下，不同斷面測壓管水頭均相同。3?根據(jù)等壓面原理，找出幾個(gè)等壓面。答：1,2測壓管的液面，U型測壓管的水柱的液面與盛水密閉容器的液面是等壓面。當(dāng)，p>0求出p絕對壓強(qiáng)與相對壓強(qiáng)；當(dāng)p<0,求出p的相對壓強(qiáng)、絕對壓強(qiáng)和真空值。0000答：p>0時(shí)，相對壓強(qiáng)p=Y(▽-▽)，絕對壓強(qiáng)p二pa(大氣壓強(qiáng))+p;0200p<0時(shí)，相對壓強(qiáng)p=Y(▽-▽)，真空值pv=Y(▽-▽)，絕對壓強(qiáng)p=pa(大氣壓強(qiáng))-pv。020020

流體力學(xué)》實(shí)驗(yàn)報(bào)告開課實(shí)驗(yàn)室：2012年4月10日學(xué)院年級、專業(yè)、班姓成名績課程名稱流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱不可壓縮流體恒定流動的能量方程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師教師評語教師簽名：年月曰―、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握均勻流的壓強(qiáng)分布規(guī)律以及非均勻流的壓強(qiáng)分布特點(diǎn)；2、驗(yàn)證不可壓縮流體恒定流動中各種能量間的相互轉(zhuǎn)換；3、學(xué)會使用測壓管與測速管測量壓強(qiáng)水頭、流速水頭與總水頭；4、理解畢托管測速原理。二、實(shí)驗(yàn)原理流線為平行線的流動為均勻流，流線不平行的流動為非均勻流。對于恒定均勻流，元流上流體流速沿程不產(chǎn)生變化，無加速度產(chǎn)生。非均勻流相反，元流上流通流速不斷變化，有加速度產(chǎn)生，由此引起的慣性力不容忽略。根據(jù)流線變化是否強(qiáng)烈，非均勻流又分為急變流與突變流，近似平行時(shí)，稱漸變流；流線變化劇烈時(shí)稱急變流。均勻流、非均勻流上的壓強(qiáng)分布規(guī)律各自不同。由于漸變流流線變化較緩并近似平行，通常近似按均勻流處理。均勻流、漸變流同一斷面的壓強(qiáng)分布規(guī)律滿足如下的計(jì)算公式：Z+ptPg=c但是非均勻流同一斷面的壓強(qiáng)不滿足此式，也不能用能量方程求解，它根據(jù)流線彎曲方向不同而不同。當(dāng)其慣性力與重力出現(xiàn)疊加時(shí)壓強(qiáng)增大，這種情況出現(xiàn)在流體流動的凹岸；當(dāng)慣性力與重力出現(xiàn)削減時(shí)壓強(qiáng)減少，它出現(xiàn)再流體流動的凸岸，因此，凹岸壓強(qiáng)大，凸岸壓強(qiáng)小。實(shí)際流體在流動過程中除遵循質(zhì)量守恒原理外，必須遵循動量定理，質(zhì)量守恒原理在一維總流中的應(yīng)用為總流的連續(xù)性方程，動能定理在一維總流中的應(yīng)用為能量方程。如下所示=Q2=叫召=衍為%*—佻*訥隹=E八％fpg*認(rèn)心*雖心實(shí)際流體中，總水頭線始終沿程降低，實(shí)驗(yàn)中可以從測速管的液面相對于基準(zhǔn)面的高度讀出。測壓管水頭等于總水頭減其流速水頭。Z+p/Pg=H-a卩/2g,斷面平均流速用總水頭減去該斷面的測壓管水頭得到：aJ/2g=H-(z+p"g).

三、使用儀器、材料自循環(huán)供水器、恒壓水箱、溢流板、穩(wěn)水孔板、可控硅無級調(diào)速器、實(shí)驗(yàn)管道、流量調(diào)節(jié)閥、接水閥、接水盒、回水管測壓計(jì)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉實(shí)驗(yàn)儀器，分清普通測壓管和測速管及兩者功能上的區(qū)別。2、打開電源，啟動供水系統(tǒng)，水箱供水至溢流，排凈實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)的空氣后關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥。檢查所有的測壓管液面是否齊平，若不平需查明原因并排除氣體。3、全開流量調(diào)節(jié)閥，使測壓管19液面盡可能接近標(biāo)尺零點(diǎn)，待流動穩(wěn)定后記錄測壓管與測速管液面讀數(shù)，同步定時(shí)測量時(shí)段流出水體的體積，并計(jì)算流量2至3次取平均。4、逐級調(diào)劑流量調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)節(jié)流量，待流動穩(wěn)定后，測讀測壓管與測速管頁面讀數(shù)，按與步驟3相同的方法同步測量流量。改變流量調(diào)節(jié)閥的開度，測取3組不同的流量，計(jì)入表。5、實(shí)驗(yàn)完畢后，先關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，檢查所有的測壓管頁面是否齊平，若不表明實(shí)驗(yàn)有故障,應(yīng)排除故障重新實(shí)驗(yàn)。確認(rèn)無誤后關(guān)閉電源，將儀器回復(fù)到實(shí)驗(yàn)前狀態(tài)。6、比較均勻流與非均勻流斷面的測壓管水頭值。7、分析計(jì)算各斷面的流速水頭、測壓管水頭與總水頭，從而計(jì)算沿程水頭損失與局部水頭損失，并比較突然擴(kuò)大與突然縮小的測壓管水頭及其水頭損失。8、在均勻流斷面上，推求測速管處的流速，將測試與計(jì)算成果列于表中。水箱面高程呼0=47.60cm直徑￡=1_4O3Hd2=1_01cm=Z.0tt3H實(shí)驗(yàn)裝置圖:五、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)測點(diǎn)液面讀數(shù)于斷面能量轉(zhuǎn)換的測算表單位：cm測點(diǎn)管徑d位置水頭Z壓強(qiáng)水頭p/y流速水頭測壓管水頭z+p/y總水頭H測壓管水頭差△(z+p/y)水頭損失h=-=11.402046.70021.402018.0006.20838.00044.20831.402017.9006.20837.90044.1080.1000.10041.402017.4006.20837.40043.6080.5000.50051.402016.6706.20836.67042.8780.7300.73061.0120-5.30030.05014.70044.75021.97071.0120-5.30022.91014.70037.6180.0007.13281.4020-4.950&85015.05023.900-0.35091.4020-4.9506.20815.05021.2580.0002.642101.4019-3.7006.20815.30021.508-0.250111.4019-9.4506.2089.55015.7580.0005.750121.40101.85010.65011.85022.500-2.300131.40101.8506.20811.85018.0580.0004.442141.4006.9007.8006.90014.7004.950151.4006.9006.2086.90013.1080.0001.592162.0009.6002.4009.60012.000-2.700172.0009.6006.2089.60015.8080.000-3.808181.4003.5007.5003.50011.0006.100191.4003.5006.2083.5009.7080.0001.292畢托管測速計(jì)算表編號6812141618備注測速管讀數(shù)44.7523.922.514.71211測壓管讀數(shù)14.715.0511.856.99.63.5點(diǎn)流速u(cm/s)7.754.214.623.952.193.87六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與計(jì)算（一）實(shí)驗(yàn)結(jié)果從最下方圖可以看出，均勻流同一斷面上兩個(gè)測點(diǎn)2,3的測壓管水頭值2>3,非均勻流斷面上的兩個(gè)測點(diǎn)10,11的測壓管水頭值10>11。（二）誤差分析實(shí)驗(yàn)開始時(shí)未檢查各測壓管液面是否齊平，易產(chǎn)生誤差測水頭線時(shí)俯視或仰視讀數(shù)，造成誤差測流量時(shí)，流動不穩(wěn)定，存在誤差分析與討論均勻流斷面測壓管水頭、壓強(qiáng)分布與非均勻流斷面測壓管水頭與壓強(qiáng)分布是否相同？答：分布不相同。均勻流斷面如12-13斷面，其測壓管水頭與壓強(qiáng)水頭分布均勻，而非均勻流斷面如10-11斷面，其測壓管水頭與壓強(qiáng)水頭11均小于10的數(shù)值。實(shí)際流體測壓管水頭可否沿程升高？總水頭沿程變化如何？各部分能量如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換？答：可以，當(dāng)位置水頭不變，但是管徑增大，如14-15截面至16-17截面，其壓強(qiáng)水頭增加，則測壓管水頭增加。總水頭沿程減小，原因是由于有摩擦力造成的沿程損失及急變流產(chǎn)生的渦流造成的局部損失，轉(zhuǎn)化為流體的內(nèi)能。3?流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？答：有如下二個(gè)變化：（1）流量增加，測壓管水頭線（P-P）總降落趨勢更顯著。這是因?yàn)闇y壓管水頭，任一斷面起始時(shí)的總水頭E及管道過流斷面面積A為定值時(shí),￡三+巴Q增大，"就增大，則「必減小。而且隨流量的增加阻力損失亦增大，管道任一過水?dāng)嗝嫔系目偹^E水頭E相應(yīng)減小，故’的減小更加顯著。（2）測壓管水頭線（P-P）的起落變化更為顯著。因?yàn)閷τ趦蓚€(gè)不同直徑的相應(yīng)過水?dāng)嗝嬗?W,=A(Z+-)=2W,=A(Z+-)=Y=d+<-式中為兩個(gè)斷面之間的損失系數(shù)。管中水流為紊流時(shí)，接近于常數(shù)，又管道斷面為定值，故Q增大,H亦增大，（P-P）線的起落變化就更為顯著。4.如何利用現(xiàn)有的測壓管與測速管測量某點(diǎn)的點(diǎn)流速？答：利用測速管測出總壓p',利用測壓管測出該點(diǎn)的靜壓p,再利用伯努利方程得=旦比托管測定的流速是否準(zhǔn)確？原因何在？答：不完全準(zhǔn)確。一來讀數(shù)時(shí)有誤差，二來同一截面內(nèi)速度分布不均勻，各點(diǎn)速度均不相同。沿程水頭損失與局部水頭損失如何測定？答：局部水頭損失通過急變流變截面前的均勻流斷面與變截面后的均勻流斷面間的總水頭損失來確定。沿程損失通過一個(gè)緩變流段的兩端截面的總水頭損失來確定。流體力學(xué)》實(shí)驗(yàn)報(bào)告開課實(shí)驗(yàn)室：2012年4月28日學(xué)院年級、專業(yè)、班姓名成績課程名稱流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)名稱局部水頭損失實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師教師評語教師簽名：年月曰一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握三點(diǎn)法、四點(diǎn)法測量局部水頭損失與局部阻力系數(shù)的技能；2、驗(yàn)證圓管突然擴(kuò)大局部阻力系數(shù)公式及突然縮小局部阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式；3、加深對局部水頭損失機(jī)理的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理由于流動邊界急劇變化所產(chǎn)生的阻力稱局部阻力，克服局部阻力引起的水頭損失稱局部損失。為滿足工程需要，使斷面形狀、面積大小和流動方向改變，從而流動邊界產(chǎn)生各種各樣的突變，這些突變甚至還可能是它們的某幾種變化的綜合型式。從內(nèi)部機(jī)理上，局部阻力或是由于邊界面積大小變化引起的邊界層分離現(xiàn)象產(chǎn)生，或是流動方向改變時(shí)形成的螺旋流動造成，或者兩者都存在造成的局部阻力，因此，很難用一個(gè)公式表示。通常，局部水頭損失用局部阻力系數(shù)了和流速水頭的乘積表示，即念=少皿覺大多數(shù)的局部阻力系數(shù)了只能通過實(shí)驗(yàn)測定，不同的邊界形狀局部阻力系數(shù)了不同，只有少數(shù)局部阻力系數(shù)可以用理論分析得出。突然擴(kuò)大，實(shí)測：hje=[(Zi+pi/Y)+vi2/2g]-[(Z2+p2/Y)+v22/2g]+hfi-2g=980cm/s2hfi-2=1/2hf2-3ge=hj(y22g)理論：ge'=(1-AI/A2)2氣'瓷Wi2/2g)突然縮小，實(shí)測：hjs=[(Z4+p4/Y)+v42/2g]-[(Z5+p5/Y)+v52/2g]-(hf4-B+hfB-5)hf4-B=i/2hf3-4hfB-5=hf5-6苧hjs/"化)經(jīng)驗(yàn)：g'=1/2(1-A5/A3)h.'=g，(v52/2gSjSS5三、使用儀器、材料局部水頭損失實(shí)驗(yàn)儀由自循環(huán)供水器（循環(huán)水泵）、實(shí)驗(yàn)臺、無極調(diào)速器、水箱、溢流板

穩(wěn)水孔板、突然擴(kuò)大與突然縮小實(shí)驗(yàn)管道、測壓管、流量調(diào)節(jié)閥、接水盒、回水盒等組成。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、通水排氣，啟動水泵，全開調(diào)節(jié)閥，待實(shí)驗(yàn)管道中空氣排凈后，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥；2、校核測壓計(jì)。各管液面穩(wěn)定后，任意兩管液面高差不超過1mm即可；3、測流量Q（用重量法測Q,接水）和各管液面高程h~h，連續(xù)測5次。第一次，全開調(diào)節(jié)閥（16注意，第六管液面要能讀數(shù)），測Q和h~h，以后每次都是在前一次的基礎(chǔ)上，關(guān)小調(diào)節(jié)閥，使16第六管的液面上升1.5cm左右，測Q和h~h；164、校核測壓計(jì)，同2。否則，重新測試；5、填寫參數(shù)、填表；五、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)表7.1測試數(shù)據(jù)記錄表序號體積V/cm3時(shí)間t/s流量Q/(cm3/s)測壓管讀數(shù)1234561138013106.15415.5019.3019.0518.904.052.552134813103.69216.3019.9519.5519.505.203.503133813102.92316.8020.3520.0520.006.204.60412901399.23117.6021.0020.1520.107.255.75512641397.23118.0521.4021.0020.958.106.65計(jì)算：由公式：1、突然擴(kuò)大，實(shí)測：hje=[(Z]+P]/Y)+V]2/2g]-[(Z2+p2/Y)+v22/2g]+hfi-2g=980cm/s2hf1-2=1/2hf2-3疔hje/(V12/2g)理論：』=(1亠少2)2he'春(V12/2g)2、突然縮小，實(shí)測：hjs=[(Z4+p4/Y)+v42/2g]-[(Z5+p5/Y)+v52/2g]-(hf4_B+hfB_5)hf4-B=1/2hf3-4人咲=hf5-點(diǎn)孑％化2創(chuàng))

經(jīng)驗(yàn)：「1/2(I-A5/A3)hjs'飛'(V52/2g)表7.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算表單位：cm局部阻力系數(shù)序號流量Q//-S|■.■前斷面后斷面—前后斷面實(shí)測沿程水頭損失上.宀-實(shí)測局部水頭損失.詔匕實(shí)測局部阻力系數(shù)理論局部水頭損失1i—3?牯總水頭H3?牯總水頭H突然擴(kuò)大1106.15410.97426.4740.70020.0000.1256.3490.5796.1302103.69210.47126.7760.66820.6180.2005.9530.5695.8533102.92310.31627.1160.65821.0080.1505.9580.5785.767499.2319.58927.1890.61221.6120.4255.1520.5375.360597.2319.20627.2560.58821.9880.2005.0680.5515.148突然縮小1106.1540.70019.60010.10214.1521.5253.9230.2773.4452103.6