《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、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。

实验一伯努利方程实验
1．观察流体流经实验管段时的能量转化关系，了解特定截面上的总水头、测压管水头、压强水头、速度水头和位置水头间的关系，从而加深对伯努利方程的理解和认识。

2．掌握各种水头的测试方法和压强的测试方法。

3．掌握流量、流速的测量方法，了解毕托管测速的原理。

二、实验条件
伯努利方程实验仪
三、实验原理
1．实验装置：
图一伯努利方程实验台
1.水箱及潜水泵
2.上水管
3.电源
4.溢流管
5.整流栅
6.溢流板
7.定压水箱
8.实验
细管9. 实验粗管10.测压管11.调节阀12.接水箱13.量杯14回水管15.实验桌
2.工作原理
定压水箱7靠溢流来维持其恒定的水位，在水箱下部装接水平放置的实验细管8，水经实验细管以恒定流流出，并通过调节阀11调节其出水流量。

通过布置在实验管四个截面上的四组测压孔及测压管，可以测量到相应截面上的各种水头的大小，从而可以分析管路中恒定流动的各种能量形式、大小及相互转化关系。

各个测量截面上的一组测压管都相当于一组毕托管，所以也可以用来测管中某点的流速。

电测流量装置由回水箱、计量水箱和电测流量装置（由浮子、光栅计量尺和光电子
传感器、电测流量计等）组成，可在电测流量仪上直接数显实验时的流体出流体W （升）和相应的出流时间t （s ），从而可计算出流量Q 来。

也可用计量水箱和秒表配合，用体积法测出流量（如图所示）。

实验装置相关结构尺寸：Z1=Z2=Z3=190mm ， Z4=-60mm ；
d1=d3=d4=Φ14mm ， d2=Φ25mm （全部为内径） 四、实验内容和要求（按内容逐项写清楚） 1．掌握一种测量流体流速的原理； 2．加深对能量方程的理解； 3．验证静压原理。

五、实验方法与步骤
1．实验前的准备工作： 1）．全开溢流水阀门 ； 2）．稍开给水阀门 ； 3）．将回水管放于计量水箱的回水侧； 4）．接好各导压胶管； 5）．检验压差板是否与水平线垂直； 6）． 启动电泵，使水作冲出性循环,检查各处是否有漏水的现象。

2．验证静压原理： 启动电泵，关闭给水阀，此时能量方程试验管上各个测压管的液柱高度相同，因管内的水不流动没有流动损失，因此静水头的连线为一平行基准线的水平线，即在静止不可压缩均匀重力流体中，任意点单位重量的位势能和压力势能之和（总势能）保持不变，测点的高度和测点位置的前后无关，记下四组数据于表二的最下方格中。

3．测速：
能量方程试验管上的四组测压管的任一组都相当于一个毕托管，可测得管内任一点的流体点速度，本试验已将测压管开口位置在能量方程试验管的轴心，故所测得的动压为轴心处的，即最大速度。

毕托管求点速度公式： gh V B 2=
利用这一公式和求平均流速公式（F Q V /=）计算某一工况（如表中工况2平均速度栏）各测点处的轴心速度和平均流速得到表一
管径粗的地方流速小，细的地方流速大。

4．观察和计算流体、管径，能量方程试验管（伯努利管）对能量损失的情况：
在能量方程试验管上布置四组测压管Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，每组面的测压管测的压力为总压，全开给水阀门，观察总压沿着水流方向的下降情况，这说明流体的总势能沿着流体的流动方向是减少的，改变给水阀门的开度，同时用计量水箱和秒表测定不同阀门开度下的流量及相应的四组测压管液柱高度，记到数据表中。

表二给出了两个工况的全部实验数据 根据以上数据和计算结果，绘出流量下的各种水头线，并解释图中现象。

5．结束实验：全开阀门，把管道内的水放掉，然后关闭各阀门。

六、实验的重点或难点
流体力学常用的测速方法和对能量方程（伯努利方程）的理解。

七、实验注意事项
实验过程中注意管路中气泡的排除和读数的准确性。

八、思考题
1．为什么能量损失时沿着流动的方向增大的？
2．为什么Ⅰ比Ⅱ压力能头大？（由于管径变粗流速减慢，动能头转变为了压力能头）3．为什么Ⅱ比Ⅲ位置能头相同但压力能头小了？（因为压力能头转化成速度能头了）4．为什么Ⅳ比Ⅲ压力能头增大了？（因为尽管两点管径相同，动能头相等，但因位置变化所以压力能头增大了）
实验二 动量方程实验
通过以下两种方法验证恒定流量方程 1、射流对水箱的反作用； 2、射流对平板的作用力。

二、实验条件 动量方程实验仪 三、实验原理 1．实验装置：
1.实验水箱
2.控制阀门
3.高位水孔
4.低位水孔
5.砝码
6.转动轴承
7.挡板
8.固定插销
9.水平仪 10.喷嘴 11.水泵 12.水箱 13.挡水板 14.实验台支架
2.工作原理 1）、射流对水箱的反作用力
以水箱水面Ⅰ—Ⅰ，出口断面Ⅱ—Ⅱ及箱壁为控制面，对X 轴列动量方程：
)(101202X X X X
v a v a Q R F
-==∑ρ （1）式
式中：X R —水箱对水流的反作用； ρ—水的密度； Q —流量；
0102,a a —动量休修正系数，取1：
X v 1—水箱水面的平均流速在X 轴的投影，取0； X v 2—出口断面的平均流速在X 轴的投影；
由对转轴计算力矩M 求得X R 。

M=X R L=PQU L
式中：L —出口中心至转轴的距离； d —出口直径； v —出口流速。

移动平衡砝码得到实测力矩O M ： S G M O ∆=*
式中：G —平衡砝码重量； S ∆—S ∆=S-O S ；
O S —未出流时（静态）平衡砝码至转轴的距离；
S —出流时（动态）砝码至转轴的距离。

2）、射流对平面的作用力
取喷嘴出口断面Ⅰ—Ⅰ，射流表面，以免平板出流的截面Ⅱ—Ⅱ为控制面，对X 轴列动量方程：
)(101202X X X X
v a v a PQ R F
-==∑
式中：X R —平板对水流的反作用力；
X v 1—喷嘴出口平均流速在X 轴的投影，即流速； X v 2—Ⅱ—Ⅱ断面平均流速在X 轴的投影，取0； 由对转轴计算力矩M 求得X R 。

M=11*PQUL L R X =
式中：1L —水流冲击点至转轴的距离； d —喷嘴的内径；
v —喷嘴出口的平均速度。

添加砝码得到实测力矩O M ： 2*L G M O = 式中：G —砝码重量；
2L —砝码作用点到转轴的距离。

四、实验内容和要求（按内容逐项写清楚）
1．通过测量射流对平板的作用力，验证恒定流动的动量方程；
2．观察水箱孔口或管嘴出流时，比较不同流量（流速）情况下，水流对水箱作用力的方向和大小。

五、实验方法与步骤
1、射流对水箱的反作用力
1）开启进水阀门，将水箱充满水，关小阀门，使之保持较小溢流； 2）拔出插销，移动砝码，使水平仪水平，记下此时（静态）砝码位置O S 3）插上插销，将出口转至高孔位置。

调节阀门，使之仍保持较小溢流； 4）拔出插销，移动砝码，使水平仪水平，记下此时（动态）砝码的位置O S ； 5）用体积法测量流量，计算流速。

2、射流对平面的作用力
1）在拉链端部加重量50克砝码，然后开启并调节阀门，使平板保持垂直位置，记下砝码位置，用体积法测流量； 2）改变砝码重量，重复步骤1）。

六、实验的重点或难点
通过测量射流对平板的作用力，验证恒定流动的动量方程。

七、实验注意事项
应缓慢开启和调节阀门；注意单位换算。

八、思考题
分析用动量定律求得：力和实测之间产生误差的原因。

原始数据及成果分析： 一、水箱法：
仪器常数：d= cm ，1L = cm ，O S = m ，G= N
仪器常数：d= cm ，L 1= m ，L 2= m
《流体力学》课程
实验报告
实验名称：_______ ________
课程名称：_________________ ______
学生姓名:专业班级：
学号：指导教师:
实验（上机）日期:成绩：
汽车工程学院
一、实验目的及要求
本次实验（上机）所涉及并要求掌握的知识点。

二、实验条件
说明实验（上机）所使用的器件、仪器设备名称及规格、主要耗材的品种与数量；或者对实验（上机）室、机房、服务器、打印机、投影机、网络设备等配置及数量要求。

三、实验原理
四、实验方法与步骤
五、实验数据或现象记录
根据具体实验，设计相应的记录表格或格式。

主要记录原始数据、过程数据、过程现象及结果数据（现象）等。

六、实验结果与分析结论
根据具体实验，进行数据处理与分析，整理、打印相应数据表格、绘制曲线、图形等。

对实验结果进行报告。

七、讨论与提高（不少于300字）
对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见，或者心得体会。