圆柱绕流阻力实验_实验指导书
流体阻力测定实验报告
流体阻力测定实验报告流体阻力测定实验报告引言：流体力学是研究流体在运动中的力学性质和规律的学科。
流体阻力是流体运动中的一个重要现象，对于理解流体运动及其应用具有重要意义。
本实验旨在通过测定不同物体在流体中的运动速度和受到的阻力，探究流体阻力的特性和影响因素。
实验器材和方法：实验器材包括流体阻力测定装置、不同形状的物体、计时器等。
首先，将流体阻力测定装置放置在水槽中，调整好水流速度。
然后，选取不同形状的物体，如圆柱体、平板等，分别放入流体中，记录物体在流体中的运动速度和受到的阻力。
实验过程中，注意保持实验环境的稳定和准确测量。
实验结果：通过实验测量，得到了不同形状物体在流体中的运动速度和受到的阻力数据。
根据数据分析，发现不同形状的物体受到的阻力大小存在差异。
圆柱体在流体中受到的阻力相对较小，而平板受到的阻力较大。
这是因为圆柱体的形状对流体的流动产生较小的阻力，而平板的形状则会导致流体流动时产生较大的阻力。
讨论：流体阻力的大小与物体的形状密切相关。
在流体中运动的物体，其形状越流线型，阻力越小。
这是因为流体在物体表面形成的流动层越光滑，阻力就越小。
而对于平板形状的物体，由于其边缘会产生较大的涡流，导致阻力增大。
因此，在设计流体运动的装置时，应尽量减小物体的阻力，提高流体的运动效率。
此外，流体阻力还与流体的黏性、流速和物体表面粗糙度等因素有关。
当流体黏性较大时，阻力也会增大。
流速越大，流体对物体的冲击力也越大，从而增加阻力。
物体表面越粗糙，流体对其的阻力也会增加。
因此，在实际应用中，需要考虑这些因素对流体阻力的影响，以便准确预测和控制流体运动的阻力。
结论：通过流体阻力测定实验，我们深入了解了流体阻力的特性和影响因素。
实验结果表明，物体的形状、流体的黏性、流速和物体表面粗糙度等因素都会对流体阻力产生影响。
在实际应用中，我们应根据具体情况选择合适的物体形状和流体条件，以减小阻力，提高流体运动的效率。
参考文献：[1] 王某某. 流体力学实验[M]. 北京：科学出版社，2010.[2] 张某某. 流体阻力的研究进展[J]. 流体力学杂志，2015，28(2): 34-45.。
流体力学实验指导书
流体力学实验指导书(新版)(总24页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《水力学》实验教学指导书及报告姓名：班级：学号：唐山学院土木工程系序言水力学是应用性较强的专业技术基础课。
从学科的发展来看，水力学属于技术基础学科，实验方法和实验技术是促进其发展的重要研究手段。
由于流体运动的复杂性，水力学的研究及应用就更加离不开科学实验，其发展很大程度上取决于实验技术的进步。
因此，水力学实验是巩固和加深理论知识的学习、探求流体运动规律、解决工程实际问题的重要环节，通过实验教学，掌握各种实验方法，规范操作，提高实验技能。
一、实验教学目的：（1）观察流动现象，增强感性认识，提高实验分析能力。
（2）根据实测资料验证水力学基本理论，以加强和巩筑理论知识的学习。
（3）学会使用基本的测量仪器，掌握测量技术。
（4）培养分析实验数据，整理实验成果和编写实验报告的能力。
（5）培养严谨踏实的科学态度和合作精神，为未来进行研究和实际工作打下基础。
二、实验教学要求：（1）每次实验前，预习教材中有关内容及实验指导书，了解本次实验的目的、原理、步骤和所要验证的理论。
（2）认真听取指导教师讲解，弄清实验方法和步骤后，方能动手实验。
（3）实验中，应注意观察实验现象，细心读取实验数据，并做相应的记录，原始数据不得任意修改。
（4）实验小组内每位学生亲自动手、相互配合、共同完成实验。
（5）实验态度严肃、方法严密，一丝不苟进行操作。
（6）实验完毕应清理设备及实验室，实验设备摆放整齐。
三、实验报告要求：（1）实验报告是实验资料的总结、是实验的成果。
通过完成实验报告，可以提高分析问题的能力，要求必须独立完成并按规定时间交给指导教师。
（2）实验报告一般包括以下几项内容：①班级、姓名、同组人及实验日期。
②实验名称及实验目的。
③实验原理。
④实验装置简图及仪器。
⑤流动现象的描述及实验原始记录。
⑥计算实验结果。
流体力学实验指导书（I）
流体力学实验指导书（Ｉ） 实验设备简介 实验一 流体静压强测定试验 实验二 流体粘性效应显示实验 实验三 流体的相对平衡实验 实验四 烟风洞流谱显示实验 实验五 流体流动状态判别实验 实验六 伯努利能量守恒实验 实验七 毕托管测速实验 实验八 流体动量定律实验 实验九 直管沿程水头损失测定实验 实验十 机翼表面压强分布测定实验 实验十一 激光多普勒测速对比实验 实验十二 平面狭缝流动的流场显示（海雷肖试验） 实验十三 旋涡仪流谱显示实验 实验十四 圆柱绕流压力分布实验 实验十五 平板附面层实验 实验十六 大流量校验实验 流体力学设备简介 一． 风洞实验设备简介 １． 风洞实验的基本原理 风洞实验的依据是流动的相对性和相似性，相适性教科书以叙述，流动的相对性原就是： 当物体以一定的速度在空气中向前运动时，物体所受到的气动力与物体保持不动，空气以同样的速度反方向吹过物体时，物体所受到的气动力完全相同。
正是从这些原理出发，人们设计了风洞，风洞实际上就是人们专门设计的一种管道，采用适当的动力装置在管道中人为的造成空气流动，用来进行各种类型的空气动力学实验。
２． 风洞的分类 Ａ：低速风洞：实验段中气流速度一般小于１００ｍ／ｓ，有回流式 直流式两种。
Ｂ：高亚音速风洞：气流的Ｍ数的范围是０．３〈Ｍ＜０．８，从外观上看它与低速风洞没有很大区别，基本上是回流式，大多采用两级以上轴流式风扇． Ｃ：跨音速风洞：气流的Ｍ数范围为０．８＜Ｍ＜１．５，其显著特点是不是工作段必须是双层的，外层与大气隔绝，内外层间的压力可以调节，另外内层壁面上开有孔或槽，一方面消除模型在跨音速时所产生的激波反射现象，另一方面用来防止在低超音速时被模型壅塞而不能工作。
Ｄ：超音速风洞：Ｍ数的范围在１．５＜Ｍ＜４．５，为节省动力，一般为暂冲式，采用下冲或抽吸的方法造成较高的压力比，结构见下图。
１． 安定段； ２．整流段； ３．总压段； ４．收缩段； ５．拉瓦尔喷管； ６．工作段； ７．模型； ８． 第二喉道； ９．亚音速扩压段； １０．激波； １１．压力计； １２．调压阀 Ｅ．高超音速风洞：Ｍ数的范围在４．５＜Ｍ＜１０，这类风洞需要高压气源和真空罐，由于气流在加速过程中膨胀的极为厉害，使试验段气流的静温极低，需要装有空气加热器，预先提高收缩段的气体温度，以防止空气液化。
《流体力学》课程实验(上机)指导书及实验报告格式
《流体力学》课程实验指导书袁守利编汽车工程学院2005年9月前言1.实验总体目标、任务与要求1)学生在学习了《流体力学》基本理论的基础上，通过伯努利方程实验、雷诺实验、阻力综合实验和动量方程实验，实现对基本理论的验证。
2）通过实验，使学生对水柱（水银柱）、U型压差计、毕托管、孔板流量计、文丘里流量计等流体力学常用的测压、测流量装置的结构、原理和使用有基本认识。
2.适用专业热能与动力工程3.先修课程《流体力学》相关章节。
4.实验项目与学时分配5. 实验改革与特色根据实验内容和现有实验条件，在实验过程中，采取学生自己动手和教师演示相结合的方法，力求达到较好的实验效果。
实验一阻力综合实验一、实验目的1．观察和测试流体稳定地在等直管道中流动及通过阀门时的能量损失情况；2．掌握管道沿程阻力系数和局部阻力系数的测定方法；3．熟悉流量的测量和测定文丘里及孔板流量计的流量系数；4．熟悉毕托管的使用。
二、实验条件阻力综合实验台三、实验原理1．实验装置：图一阻力综合实验台结构示意图1.水泵电机2.水泵3.循环储水箱4.计量水箱5.孔板及比托管实验管段进水阀6.阀门阻力实验管段进水阀7. D=14mm沿程阻力实验管段进水阀8.D=14mm沿程阻力实验管段9. 阀门阻力实验管段10.孔板流量计11. 比托管12. 测阻阀门13.测压管及测压管固定板14. D=14mm沿程阻力实验管段出水阀15阀门阻力实验管段出水阀16. 孔板及比托管实验管段出水阀17.文丘里实验管段出水阀18. D=10mm沿程阻力实验管段出水阀19.管支架20. D=10mm沿程阻力实验管段21. 文丘里流量计22排水阀门2.工作原理阻力综合实验台为多用途实验装置，利用这种实验台可进行下列实验：A 、阻力实验。
1）. 两种不同直径管路的沿程阻力实验。
2）.阀门局部阻力实验。
B 、孔板流量计流量系数和文丘里流量计流量系数的测定方法。
C 、皮托管测流速和流量的方法。
二维圆柱低速绕流静压分布测量实验指导书汇总
圆柱表面低速气流压强分布测量实验指导书郑州航空工业管理学院航空工程实验中心一、实验目的1 •用皮托管测量低速实验段出口气流速度，掌握皮托管测速的基本原理和方法。
2.测量二维圆柱体表面不同位置气流的压强分布，加深理解圆柱体表面低速粘性绕流特性，掌握物体绕流表面压强分布测量的基本原理和方法。
二、实验通用规范1•按时按地点参加实验，实验分组进行，爱护实验室实验仪器和设备，不准碰撞或任意移动仪器或设备，不许乱跑乱动和大声喧哗。
2 •实验前，各组学生必须认真预习，阅读实验指导书和教材、书籍等有关资料，了解实验目的、原理方法、操作步骤及注意事项。
3 •实验开始前，服从实验指导教师的安排，认真听讲，仔细了解实验设备和仪器的操作方法和注意事项，确定组长及组内人员实验分工。
4 •实验中，严格按照相应实验操作规程，集中精力，有条不紊，认真操作，如实观察和记录各种实验数据和有关实验现象，初步进行一定数据处理和分析。
5•实验过程，如出现异常情况，应及时向指导教师汇报。
6 •实验后，实验记录数据交指导教师检查，并按要求将实验仪器设备装置复位。
7•在规定时间内，按要求编写完成并上交实验报告，注意报告除原始记录数据外，实验数据的处理和分析等内容不得相互抄袭。
三、实验装置与实验原理1物体表面压强分布测定的意义首先有了压强分布图，就知道了物体上各部分的载荷分布，这是强度设计时的基本数据；其次，这又有助于了解气流绕过物体时的物理特性，如何判断流动分离点位置等。
在某些风洞中（如在二维风洞中，模型紧夹在两壁间而不便装天平），全靠压强分布图来间接推算出作用在机翼上的升力或力矩。
测定压强分布的模型构造是：在物体表面上各测点垂直钻一小孔，小孔底与埋置在模型内部的细金属管相通，小管的一端伸出物体外，然后再通过细皮管与多管压力计上各测管相接，各测压孔与多管压力计上各测管都编有号码， 于是根据各测管内液柱液面的升降 高度，就可以处理得出各测点的压强值分布了。
绕圆柱体表面压力分布实验
实验八 绕圆柱体表面压力分布实验一、 实验目的1. 学习掌握测量被绕流物体表面压力分布的方面及压力分布情况。
2. 通过实验测得的压力分布与理论压力分布相比较，了解实际流体绕物体流动时，物体所受形状阻力的来源。
二、 实验原理理想流体平行流绕援助作无环量流动时，圆柱体表面的速度分布规律是：0=r V （1）θδsin 2∞−=V V （2）而圆柱体表面上任一点的压力，可由伯努利方程得出：P 2222P V P V g g g ρρg∞∞+=+ （3） 式中：——无穷远处流体的压力；∞P ——无穷远处流体的流速。
∞V 工程上习惯于用无因次的压力系数来表示液体作用在物体上的任一点压力。
由上两式可得到绕圆柱体流动的理论压力系数：P C 2214s i n12pP P CV θρ∞∞−==− （4）实际流体具有粘性，达到某一雷诺数后，在圆柱体后面便产生旋涡区，形成尾涡区。
从而 破环了前后压力分布的对称，形成压差阻力。
实际的压力系数分布可由实测得到，其中动压：[]2002/)(8.92m N h h P P v ∞∞∞−=−=ρ （5）式中： ——来流总压值0h []o mmH P 20（取稳压箱压强值）;——来流静压值∞h []o mmH P 2∞（退收缩段下端直管上测得的压强值）； 9.81——由换成应乘的系数。
圆柱体表面任一点压力与来流压力差2[]mmH O 2[/]N m 29.81()[/]P P h h N ∞∞−=−m ] （6）式中： ——圆柱体表面任一点压力P 的值。
这样压力系数。
h 2[mmH O 209.81()19.81()2p P P h h C h h V ρ∞∞∞∞−−==− （7）因为流速时低速的，所以可以认为流体时不可压缩的，即流体密度ρ=常数。
实验条件下的雷诺数为：e V DR ν∞=式中：——圆柱直径，D R D 2=。
三、 实验设备图2-1为实验设备简图，即空气动力学多功能的实验装备。
三、圆柱压力分布和阻力测量实验力学实验指导书
实验七、圆柱压力分布和阻力测量1 实验目的：（1）测量圆柱表面压力分布，与理论值比较。
并由压力分布计算圆柱阻力。
（2）用动量法测量圆柱阻力。
（3）两种方法测量的阻力系数与理论值比较。
（4）用镜像法进行洞壁干扰修正。
2 实验装置：（1）圆柱：在二维小风洞侧壁上安装一个直径50毫米的圆柱，圆柱上有一个小孔。
（2）风速管：用于测量气流速度和压力。
（3）坐标架：安装在风洞外部，用于调节风速管位置。
（4）倾斜压力计：用于测量压差。
使用事需注意压力计系数。
3实验步骤：（1）安装好圆柱，并使其测压孔对准风洞轴线。
安装好风速管，使其对准气流方向。
（2）将风速管、静压孔分别与倾斜压力计相连。
（3）记录当天大气压和温度。
（4）启动风洞，调整到设定风速（事先需计算实验所需的雷诺数，估计实验风速）。
（5）每隔100转动圆柱一次，记录压力计读数，直至圆柱旋转3600。
（6）安装另一个风速管在坐标架上，并与倾斜压力计相连。
在II —II 截面内改变风速管位置，记录数据。
（7）检查实验数据，确认无误后，风洞停车。
（8）整理实验数据，按照要求完成实验报告。
倾斜压力计4数据处理：（1）计算圆柱压力分布和阻力系数用角度为横坐标，压力系数为纵坐标画出理论的和实验的圆柱压力分布曲线。
对实验数据积分，求出圆柱阻力系数（具体方法见讲义）。
（2）用动量法计算圆柱阻力系数计算II—II截面内各点相对速度u2 / u1 （u2是II—II截面内各点速度，u1是I—I截面速度）。
用y / h 为横坐标，u2 / u1为纵坐标画出II—II截面内速度剖面图。
用数值积分求出圆柱阻力系数和实验Re数。
（3）用镜像法进行洞壁干扰修正求出修正后的速度、动压、阻力系数和Re数。
5实验报告（自行设计表格和曲线）。
圆柱图绕流实验
圆柱绕流阻力实验一实验目的：1．熟悉多管压差计测量圆柱体压强分布的方法；2．了解利用压力传感器、数据采集系统测量绕流圆柱表面压强分布的方法；3 绘制压强分布图，并计算图柱体的阻力系数。
二实验装置：1. 小型风洞或气动台；2. 多管压差计；3. 压力传感器，数据采集模块及其系统。
三实验原理：1. 小型风洞或气动台经风机产生的气流经过稳压箱，收缩段，进入实验段。
圆柱体安装在实验段的中部。
气动台稳压箱的气流速度近似为零，其压强可认为是驻点压强p0。
小型风洞在试验段上部设置了一个正对来流方向的导管，为驻点压强p0。
实验段中分布比较均匀的气流，速度为V∞，压强为p∞。
气流绕圆柱体流动时，流动变得复杂起来。
本实验为了测量圆柱体表面各点的压强分布，在圆柱体表面开设一个测压孔，测压孔通过一个细针管接出与多管压差计或压力传感器相连，细针管垂直方向装有指针，当转动圆柱时其转角通过角度盘指针的读数来表示，因而随着测压孔位置的改变，即可将绕圆柱体整个壁面上的压强分布测出。
图2.2.1 圆柱表面压强分布实验装置2. 多管压差计的方法测量原理：在流体力学中，绕流阻力即流体绕物体流动而作用于物体上的阻力，由摩擦阻力f D 和压强阻力p D 构成，其f D 相对于p D 小得多，在本实验中可忽略不计。
其压强用无量纲的参数——压强系数C P 来表示：由伯努利方程2202121V p V p p ρρ+=+=∞∞推导得到各个不同角度测点的压强系数Cp∞∞∞∞∞--=--=-=l l l l p p p p V p p Cp 00221ρ ( 2-2-1 )式中p 为圆柱体不同测点压强。
0p 为稳压箱压强（或称驻点压强，总压），P ∞由收缩段出口测得(或来流压强，静压)，ρ为流体密度、V 为来流流速，l 为圆柱体测点在多管压差计上的读数， ∞l 为静压读数， 0l 为总压读数。
对无环量理想流体绕流圆柱体的压强阻力系数的理论解为θρsin 412120-=-=∞V p p C p ( 2-2-2 )对多管压差计实验装置，来流动压为e h p p V γρ∆=-=∞0221 ( 2-2-3 ) 式中0p 为稳压箱压强，∞p 为收缩段压强。
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1 3.14圆柱绕流阻力实验(压强分布法)
一、实验目的
圆柱绕流实验是研究外流问题和形状阻力的典型实验。
通过测量圆柱表面的压强分布，认识实际流体绕圆柱流动时表面压强分布规律，并与理想流体相比较，理解形状阻力产生的原因及测量、计算方法。
二、实验原理
理想流体均流对二维圆柱作无环量绕流时，圆柱表面任一点的速度分量为
V r = 0, V θ= 2V ∞sin θ
(1)
式中V ∞为来流速度。
圆柱表面任一点的压强p i 与来流压强p ∞的关系满足伯努利方程
p V 2 p
V 2 i +θ=∞+∞ (2)
ρg 2g
ρg
2g
式中ρ为流体密度。
以压强系数C P 表达流体压强的分布
C =p i -p ∞ =1-4sin 2θ (3)
P
1ρ 2
2
V ∞
由于压强分布沿圆柱面前后对称，压强合力为零，称为达朗贝尔佯缪。
实际流体绕圆柱流动时，由于粘性得影响压强分布前后不对称；特别是当流动达到一定雷诺数后，粘性边界层在圆柱后部发生分离，形成漩涡。
从分离点开始圆柱体后部的压强大致接近分离点压强，不能恢复到前部的压强，破坏了前后压强分布的对称性，形成压差阻力
F D 。
由于圆柱表面的摩擦阻力相对于压差阻力小得多，可忽略不计，阻力系数可表为
C D =1
2π
C P cos θd θ (4)
2
ρV ∞A 式中A 为圆柱的迎风特征面积，压强系数C P 由（3）式确定。
实验中由多管压力计分别测
量p -p 和
ρV 2 i
∞
2 ∞
p i -p ∞=ρm g (h i -h ∞)
(5)
1 ρV 2
=k ρg (h -h )
(6)
2 ∞
m 0
∞
式中h i 为测点的静压水头高，h 0 来流的总压水头高，h ∞为来流的静压水头高，ρm 测压计
⎰ F D =
中液体密度，k 为测压系统损失修正系数。
这样（4）式中压强系数可表为
C = h i -h ∞
(7)
k (h 0 -h ∞)
测定C P 后代入(4)式求出C D ，并计算圆柱阻力F D 。
三、实验设备
本实验是在多功能实验台上进行的，如下图示。
气流由风管(1)送入稳压箱(2)经收缩段
(3) 流向试验段(4)，圆柱体(5)安装在试验段里，圆柱体轴线与来流方向垂直，表面上有一测
压孔，用穿过与圆柱体相垂直的试验段壁的管子将测压孔压力引向测压计(6)。
圆柱体可绕中轴转动，测压点位置角度θ由刻度盘上的指针读取。
1
1. 风管2稳压箱3.收缩段4.实验段5.模型6.测压管
四、实验步骤 1. 调整测压计水平，将测压计中液面调到适中。
将稳压箱、收缩段出口及圆柱体上测压管分别联到多管测压计上，检查00时测压孔是否对准来流。
2. 接通电源，开机。
分别测出来流总压，来流静压及00时压力值。
3. 依次转动圆柱体，在前半圆每隔50，后半圆每隔100读取压力值。
注意来流总压和静压有无变化，若有变化应取其平均值。
4.
测试完毕停机断电。
五、数据记录
p
m
气体温度t= 0
C ； 圆柱直径d=
mm ； 运动粘度ν= m 2/s ；圆柱长度L= mm ；多管测压计倾角 =
； 损失系数k =
；
测压计液体密度ρ= N/m 3；来流总压h = mm 液体柱高；
1
ρV 2 =k ρg (h
-h ) =
N/m 2； 来流静压h =
mm 液体柱高。
∞
∞
∞
六、数据整理与分析 1. 根据测得数据按(12)式算出C P 及C P cos θ值来。
2. 用方格纸绘制以C P 为纵坐标θ为横坐标的C P 分布图（参考图3）。
图 3
3, 绘制以C P cosθ为纵坐标θ为横坐标的C P cosθ--------- θ图（参考图4）。
Array C
cosθ
p
-0.5
-1.0
图 4
4, 按图4积分代入(4)式计算C D，亦可用已编程序直接上机计算。
5, 由图3看出C P在θ=700左右达最低值而后略有回升，后半圆压强相当均匀。
6, 讨论影响绕流阻力的各种因素。