工程流体力学(含实验演示)
水力学工程流体力学
水力学工程流体力学实验指导书及实验报告专业农田水利班级学号姓名河北农业大学城乡建设学院水力学教研室目录（一）不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验 (1)（二）不可压缩流体恒定流淌量定律实验 (4)（三）雷诺实验 (8)（四）文丘里实验 (10)（五）局部水头缺失实验 (14)（六）孔口与管嘴出流实验 (18)（一）不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验一．实验目的要求：1.把握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验两侧技术；2.验证恒定总流的能量方程；3.通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步把握有压管流中动水力学的能量转换特性。
二．实验装置：本实验的装置如图1.1所示，图中：1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.溢流板；5.稳水孔板；6.恒压水箱；7.测压计；8.滑动测量尺；9.测压管；10.实验管道；11.测压点；12.毕托管；13.实验流量调剂阀。
三．实验原理：在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面，能够列出进口断面（1）至断面（i）的能量方程式（2,3,,i n =⋅⋅⋅⋅⋅⋅）1i z ++=z +++22111122i i i w i p v p vh g g取121n a a a ==⋅⋅⋅=，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出z+p值，测出通过管路的流量，即可运算出断面平均流速v 及22v g，从而即可得到各断面测管水头和总水头。
四．实验方法与步骤：1.熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。
2.打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平（开关几次）。
3．打开阀13，观看测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观看当流量增加或减少时测管水头的变化情形。
4.调剂阀13开度，待流量稳固后，侧记各测压管液面读数，同时测记实验流量（与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数）。
（完整word版）流体力学流动演示实验
（完整word版）流体⼒学流动演⽰实验流体⼒学流动演⽰实验流体⼒学演⽰实验包括流线流谱演⽰实验、流动演⽰实验两部分。
各实验具体内容如下：第1部分流线流谱演⽰实验1.1 实验⽬的1)了解电化学法流动显⽰原理。
2)观察流体运动的流线和迹线，了解各种简单势流的流谱。
3)观察流体流经不同固体边界时的流动现象和流线流谱特征。
1.2 实验装置实验装置见图1.1。
图1.1 流线流谱实验装置图说明：本实验装置包括3种型号的流谱仪，Ⅰ型演⽰机翼绕流流线分布，Ⅱ型演⽰圆柱绕流流线分布，Ⅲ型演⽰⽂丘⾥管、孔板、突缩、突扩、闸板等流段纵剖⾯上的流谱。
流谱仪由⽔泵、⼯作液体、流速调节阀、对⽐度调节旋钮与正负电极、夹缝流道显- 1 -⽰⾯、灯光、机翼、圆柱、⽂丘⾥管流道等组成。
1.3 实验原理流线流谱显⽰仪采⽤电化学法电极染⾊显⽰技术，以平板间夹缝式流道为流动显⽰平⾯，⼯作液体在⽔泵驱动下从显⽰⾯底部流出，⼯作液体是由酸碱度指⽰剂配制的⽔溶液，在直流电极作⽤下会发⽣⽔解电离，在阴极附近液体变为碱性，从⽽液体呈现紫红⾊。
在阳极附近液体变为酸性，从⽽液体呈现黄⾊。
其他液体仍为中性的橘黄⾊。
带有⼀定颜⾊的流体在流动过程中形成紫红⾊和黄⾊相间的流线或迹线。
流线或迹线的形状，反映了机翼绕流、圆柱绕流流动特性，反映了⽂丘⾥管、孔板、突缩、突扩、闸板等流道内流动特性。
流体⾃下⽽上流过夹缝流道显⽰⾯后经顶端的汇流孔流回⽔箱中，经⽔泵混合，中和消⾊，循环使⽤。
实验指导与分析如下：1)Ⅰ型演⽰仪。
演⽰机翼绕流的流线分布。
由流动显⽰图像可见，机翼右侧即向天侧流线较密，由连续⽅程和能量⽅程可知，流线密，表明流速⼤、压强低；⽽机翼左侧即向地侧流线较稀疏，表明速低、压强较⾼。
这表明机翼在实际飞⾏中受到⼀个向上的合⼒即升⼒。
本仪器通过机翼腰部孔道流体流动⽅向可以显⽰出升⼒⽅向。
此外，在流道出⼝端还可以观察到流线汇集后，并⽆交叉，从⽽验证流线不会重和的特性。
《工程流体力学》PPT课件
本章学习要求:
流体静力学主要研究流体平衡时，其内部的压强分布规律 及流体与其他物体间的相互作用力。它以压强为中心，主要 阐述流体静压强的特性、静压强的分布规律、欧拉平衡微分 方程，作用在平面上或曲面上静水总压力的计算方法，潜体 与浮体的稳定性，并在此基础上解决一些工程实际问题。
无论是静止的流体还是相对静止的流体，流体之间没有相 对运动，因而粘性作用表现不出来，故切应力为零。
• 2.3.3 静止液体中的等压面 • 由于等压面与质量力正交，在静止液体中只有重
力存在，因此，在静止液体中等压面必为水平面。
• 对于不连续的液体或者一个水平面穿过了两种不 同介质连续液体，则位于同一水平面上各点压强 并不一定相同，即水平面不一定是等压面。
2.3 流体静力学的基本方程
2.3.4 绝对压强、相对压强、真空度
(z A (g p A )W ) (z B (g p B )W ) (( (g g ) ) H W g2 1 ) h 1 2 .6 h
2.4 压强单位和测压仪器
2、U形水银测压计
p1=p+ρ1gh1 p2=pa+ρ2gh2 所以 ： p+ρ1gh1=pa+ρ2gh2
M点的绝对压强为： p=pa+ρ2gh2-ρ1gh1
具有的压强势能，简称压能（压强水头）。
测压管水头（ z+p/g）：单位重量流体的总势能。
物理意义： 1. 仅受重力作用处于静止状态的流体中，任意点对同一基准面 的单位势能为一常数，即各点测压管水头相等，位头增高，压 头减小。
2. 在均质（g=常数）、连通的液体中，水平面（z1 = z2=常数）
必然是等压面（p1 = p2 =常数）。
工程流体力学课件：流体静力学
积分得 gz p C
即：
能量形式
式中： gz为单位质量流体的重力 势能，p/ρ为单位质量流体的压 强势能。
§3-2 重力场中的流体平衡
一、流体静力学的基本方程
能量形式方程可改写为
z p C
g
水头形式
z1
p1 g
z2
p2 g
式中：z为位置水头； 为压强水头。表明：不可压重力流 体处于平衡状态时，精水头线C或计示精水头线为平行于基 准面的水平线。
1d2
1 0.12
4
4
因测压管下方H+h的点与圆柱底面在
同一等压面上，故
所以
p gH h
H p h
g
1.29105 0.5 12.65m 1000 9.81
§3-2 重力场中的流体平衡
例二、用如图所示测压计测量管A中水的压力p。已知 h=0.5m，h1=0.2m，h3=0.22m，酒精的密度 1 800kg / m3 水银的密度 2 13600kg / m3，真空计度数 p0 0.25105 Pa 真空度。求A中水的压力。
§3-2 重力场中的流体平衡
四、压强的计量与测量
1、绝对压强
绝对压强是以完全真空（p=0 ）为基准计量的压强。对于
p0=pa，则静止流体中某点的绝对压强为
；
2、相对压强
相对压强是以当地大气压强pa为基准计量的压强，即高于大
气压的压强，也称之为计示压强或表压强。那么，静止流体
中某点的相对压强为
；
3、真空度 负的计示压强，称为真空或负压强，用符号pv表示。则
解 在绝对静止条件下，对连续均质流体，有1-2、3-4、5-6等 压面关系，有
p1 p2 , p3 p4 , p5 p6
《工程流体力学》文丘里实验
《工程流体力学》文丘里实验【实验目的】掌握文丘里流量计测量管道流量的原理。
【实验装置】在流体力学综合实验台中，文丘里流量计实验涉及的部分有文丘里实验管、上水阀、出水阀，水泵和计量水箱等，时间及温度可由显示面板直接读出。
【实验原理】文丘里流量计原理如图所示管道中，1和2为两测点，其中测点2处横截面直径明显减小，假设1点横截面静压强为p 1，流速为v 1，直径为d 1；测点2横截面静压强为p 2，流速为v 2，直径为d 2。
列出1点和2点有效截面的伯努利方程：gv g p z g v g p z 22222211++=++ρρ 列出1点和2点的连续性方程：22212144v d v d ⨯=⨯ππ联立伯努利方程和连续性方程，可得不计阻力作用的文丘里管流量为 )(8424142412d d d d p q V -⋅⋅∆⋅=ρπ 【实验步骤】（1）测量各有关常数。
（2）接通电源。
（3）打开开关。
（4）将各阀门调整至恰当位置，使各管道能够按照实验需要实现畅通或关闭。
（5）调整显示面板至“孔板毕托管”实验。
（6）归零。
（7）打开水泵，调节进水阀门，全开出水阀门，使压差达到测压计可测量的最大高度。
（8）测读压差。
（9）逐次关小调节阀，改变流量5次并记录压差，注意调节阀门应缓慢。
（10）把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。
（11）如测管内液面波动时，应取平均值。
注意事项：显示面板读数为负压，即实测位置压强有一定的真空度，但并不影响两个测点的压强差，直接读取即可。
【实验数据记录】1、记录有关常数实验装置台号__________水温__________________管道内径d____________1____________喉部内径d22、实验数据文丘里实验数据记录表。
工程流体力学实验
工程流体力学实验实验一 静水压强实验一、实验目的1、通过实验加深对流体静力学基本方程h p p γ+=0的理解。
2、验证静止流体中不同点对于同一基准面的测压管水头为常数，即=+γpz 常数3、实测静水压强，掌握静水压强的测量方法。
4、巩固绝对压强、相对压强、真空度的概念，加深理解位置水头、压力水头以及测压管水头之间的关系。
5、已知一种液体重度测定另一种液体的重度。
二、实验原理γ3图1 静水压强实验原理图静水压强实验原理如图1所示，相对静止的液体只受重力的作用，处于平衡状态。
以p 表示液体静压强，γ表示液体重度，以z 表示压强测算点位置高度（即位置水头），流体静力学方程为=+γp z 常数上式说明 1、在重力场中静止液体的压强p 与深度h 成线性分布，即4030403h h h h p p p p --=--2、同一水平面（水深相同）上的压强相等，即为等压面。
因此，水箱液面和测点3、4处的压强（绝对压强）分别为00h p p a γ+=()03∆-∆+=γa p()04∆-∆+=γa p33h p p a γ+=()33z p a -∆+=γ44h p p a γ+=()44z p a -∆+=γ与以上各式相对应的相对压力（相对压强）分别为a p p p -='000h γ= ()03∆-∆=γ()04∆-∆=γa p p p -='333h γ= ()33z -∆=γa p p p -='444h γ= ()44z -∆=γ式中 a p —— 大气压力，Pa γ—— 液体的重度，3m N0h —— 液面压力水头，m0∆ —— 液面位置水头，m3∆、4∆—— 3、4处测压管水头，m3z 、 4z —— 3、4处位置水头，m3h 、4h —— 3、4处压力水头，m3、静水中各点测压管水头均相等，即43∆=∆或 γγ'+='+4433p z p z 或 4433h z h z +=+即测压管3、4的液位在同一平面上。
工程流体力学第三版A ppt课件
数值分析方法 随着技算机技术的突飞猛进，过去无法 求解的流体力学偏微分方程可以用计算机数值方法求 解。
计算流体力学
有限差分法 有限元法 边界元法 谱分析等
11
如飞行器、汽车、河道、桥梁、涡轮机流场计算； 湍流、流动稳定性、非线性流动中的数值模拟； 大型工程计算软件是研究工程流动问题的有力武 器。
观看动画
2.连续介质假设的意义
排除了分子运动的复杂性。
表征流体性质和运动特性的物理量和力学
量为时间和空间的连续函数，可用数学中连续 函数这一有力手段来分析和解决流体力学问题。
练习题
工程流体力学第三版A
一、表面力： 外界通过接触传递的力，用应力来表示。
pnn
lAi m0FAn
dFn dA
pn
limF dF A0 A dA
应该指出，这里所说的理想流体和热力学中的理想气体 的概念完全是两回事。
三.牛顿流体和非牛顿流体
1、牛顿流体：运动流体的内摩擦切应力与速度梯 度间的关系符合于牛顿内摩擦定律的流体，称为 牛顿流体。
所有的气体以及如水、甘油等这样一些液体都是 牛顿流体。
2、非牛顿流体：实验表明，象胶液、泥浆、纸浆、 油漆、低温下的原油等，它们的内摩擦切应力与速度 梯度间的关系不符合于牛顿内摩擦定律，这样的流体 称为非牛顿流体。
在实际工程中，要不要考虑流体的压缩性，要视具 体情况而定。
二.粘性流体和理想流体
1.粘性流体：自然界中的各种流体都是具有粘性 的，统称为粘性流体或称实际流体。由于粘性的 存在，实际流体的运动一般都很复杂，这给研究 流体的运动规律带来很多困难。为了使问题简化， 便于进行分析和研究，在流体力学中常引入理想 流体的概念。
模型试验
工程流体力学课件：流体动力学
t V V p R d 0
对于支教坐标系，其三个分量形式为
Vx
d
t
X d
V V dA p cos n, i dA
Y d
V V dA p cos n, i dA
时间而变化，则适用的连续方程为
D
d 0
Dt
利用雷诺运输公式，可把式 变成如下形式
d
t
d V dA
t
A
或
式(5-17)
这就是适用于控制体的积分形式的连续方程，它说明控制
体内流体质量的增加率等于通过控制面A进出的流体净流入率
。对于定常流，由于 / t 0 ，则连续方程变为
新占有的区域部分τ1 ，又设从τ(t)空出区域部分为τ3 ，故有
(t t ) 1 2 1 ( 2 3 ) 3 1 3
式中， τ2+ τ3即为体积τ，于是相应的体积分为
I (t t ) I1 (t t ) I (t t ) I 3 (t t )
念，讨论雷诺数是无意义的。
§5-1 雷诺输运定理
三、雷诺运输方程
设在某时刻的流场中，单位体积流体的物理量分布函数值
为 f (r , t ) ，则t时刻在流体域τ上的流体所具有的总物理量为I(t)
，即
I (t )
f (r , t )d
(t )
设t时刻体积在空间τ(t)的位置
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工程流体力学（含实验演示）一、选择题 (共26题)1、以下物理量中,量纲与运动粘度相同的是（）A、动力粘度B、粘性力C、压强与时间的乘积D、面积除以时间考生答案：D2、在源环流动中,等势线是（）A、平行直线B、同心圆C、过圆心的半辐射线D、螺旋线考生答案：D3、己知某井筒环形截面管路的内径d1为10cm,外径d2为15cm,则水力半径与之相等的圆形截面的管路半径为（）A、2.5B、5C、7.5D、10考生答案：B4、并联管段AB有3条管线并联,设流量Q1>Q2>Q3,则三段管路水头损失的关系为（）A、B、C、D、考生答案：B5、以下物理量中,量纲与动力粘度相同的是（）A、运动粘度B、粘性力C、密度D、压强与时间的乘积考生答案：D6、在点汇流动中,等势线是（）A、平行直线B、同心圆C、过圆心的半辐射线D、螺旋线考生答案：B7、己知某管路截面为正方形,边长为12cm,其水力半径为（）A、12cmB、6cmC、4cmD、3cm考生答案：D8、理想流体是一种通过简化得到的流体模型,在理想流体中不存在（）A、体积力B、惯性力C、压力D、粘性力考生答案：D9、以下物理量中,量纲与应力相同的是（）A、动力粘度B、总压力C、压强D、表面张力考生答案：C10、在纯环流中,等势线是（）A、平行直线B、同心圆C、过圆心的半辐射线D、螺旋线考生答案：C11、己知某管路截面为正方形,边长为10cm,则其水力半径为（）A、2.5B、5C、7.5D、10考生答案：A12、下列单位中,（）是基本量纲的单位A、米B、牛C、PaD、瓦考生答案：A13、动力粘度系数的单位是（）A、Pa.sB、/sC、s/考生答案：A14、静止流体的点压强值与（）无关A、位置B、方向C、流体的密度考生答案：B15、在缓变流的同一有效截面中,流体的压强分布满足（）A、B、P＝CC、D、考生答案：A16、串联管路AB有3段组成,设水头损失hf1>hf2>hf3,摩阻系数相等,管线长度也相等,中间无流体引入引出,则三段管线的流量之间的关系是（）A、Q1<Q2<Q3B、Q1=Q2=Q3C、Q1>Q2>Q3考生答案：B17、动量方程不可以适用于（）A、粘性流体的的流动B、非稳定流动C、以上两种说法都不对考生答案：C18、N-S方程不可以适用于（）A、不可压缩粘性流体的流动B、不可压缩理想流体的非稳定流动C、不可压缩理想流体的稳定流动D、非牛顿流体的运动考生答案：D19、下列说法中正确的是（）A、液体不能承受压力B、理想流体所受的切应力一定为0C、粘性流体所受的切应力一定为0考生答案：B20、其它条件(流体和管材,管径和管壁厚度等)均相同的情况下,当管路中液体流速增加,则水击压力会（）A、增加B、减小C、不变考生答案：A21、单位时间内,控制体内由于密度变化引起的质量增量等于从控制面（）。
A、流入的质量B、流出的质量C、流入与流出质量之和D、流入与流出质量之差考生答案：D22、以下关于流体静压力说法中错误的是（）A、静压力沿着作用面的内法线方向B、流体与固体的接触面上静压力将垂直于接触面C、静止流体中任一点的静压力大小与作用方向无关,因此静止流体对固体接触面上的作用力是一个标量考生答案：C23、雷诺数表征（）之比A、压力与粘性力之比B、惯性力与重力这比C、惯性力与粘性力之比考生答案：C24、静止的水仅受重力作用时,其测压管水头线必为（）A、B、向下直线C、斜线考生答案：A25、流体连续介质假设包含（）A、质量分布假设B、质量分布假设.运动连续假设C、质量分布假设.运动连续假设.内应力连续假设考生答案：C26、（）的沿程阻力系数与雷诺数无关A、阻力平方区B、紊流光滑区C、层流区考生答案：A二、选择题 (共11题)27、以下流体在静止时,适用于欧拉平衡方程的是（）A、水B、空气C、汽油D、天然气考生答案：ABCD28、以下流体,适用于欧拉运动方程的是（）A、粘度不为0的牛顿流体粘度为0的牛顿流体C、理想流体D、原油考生答案：BC29、在其它条件不变的情况下,以下因素中会使水击压力增加的有（）A、管壁变厚B、管壁变薄C、流速增加D、流速减小考生答案：AC30、关于控制体和系统,以下说法错误的有（）A、控制体与外界可以有能量的交换,但不能有质量的交换。
B、控制体与外界可以有质量的交换,但不能有能量的交换。
C、控制体与外界可以有能量的交换,也可以有质量的交换。
D、系统与外界既不能有能量交换,也不能有质量交换考生答案：ABD31、以下流体,不适用于N-S方程的是（）A、粘度为0的牛顿流体B、幂律流体C、理想流体D、假塑性流体考生答案：BD32、在其它条件不变的情况下,以下因素中会使水击压力增加的有（）管壁弹性模量增加B、管壁弹性模量减少C、管径增加D、管径减少考生答案：AD33、在以下关于压力体的说法中,正确的有（）A、压力体中必须充满液体B、压力体中可以充满液体,也可以没有液体C、压力体由受力曲面.液体的自由表面以及两者之间的铅垂面所围成的封闭体积D、压力体分为实压力体和虚压力体考生答案：BCD34、以下流体在静止时,适用于欧拉平衡方程的是（）A、假塑性流体B、天然气C、柴油D、理想流体考生答案：ABCD35、以下流体,适用于N-S方程的是（）A、粘度不为0的牛顿流体B、粘度为0的牛顿流体C、理想流体D、假塑性流体考生答案：ABC36、考生答案：×59、流量对内部阻力和外部阻力都有影响考生答案：√60、如果流体没有可压缩性,水击压力趋向于0。
考生答案：×61、在压力管路的水力计算中,并联管路各并联管段的水头损失都相等考生答案：√62、当温度升高时液体的动力粘度系数μ一般会升高考生答案：×63、圆管中的层流流动,其流速呈抛物面分布考生答案：√64、流动阻力中的外部阻力与管壁的粗糙程度无关考生答案：×65、在容器开孔面积相同的情况下,圆锥形扩张管嘴用于得到较大的流量。
考生答案：√66、串联管路中间由于管径或流速的变化,会导致流量在各管段中并不一定相等。
考生答案：×67、流体质点就是指的流体的分子考生答案：×68、当温度升高时液体的动力粘度系数μ一般会升高。
考生答案：×69、连续性假设使流体的研究摆脱了复杂的分子运动,而着眼于宏观机械运动。
考生答案：√70、对于静止流体来说,其静压力一定沿着作用面内法线方向。
考生答案：√71、N-S方程适于描述所有粘性流体的运动规律。
考生答案：×72、欧拉法是以研究个别流体质点的运动为基础,通过对各个流体质点运动的研究来获得整个流体的运动规律。
考生答案：×73、流线和迹线一定重合。
考生答案：×74、通常采用雷诺数作为判断流态的依据。
考生答案：√75、欧拉数的物理意义为粘性力与惯性力的比值考生答案：×76、在牛顿粘性流体的流动中px+py+pz=3p考生答案：√77、长管指的是管线的距离较长考生答案：×78、流体和固体的显著区别在于当它受到切力作用时,就要发生连续不断的变形即流动。
考生答案：√79、压力体中必须充满液体。
考生答案：×80、流体总是从高处流向低处。
考生答案：×81、不可压缩流体的平面流动一定具有流函数。
考生答案：√82、正确的物理公式一定符合量纲合谐性（齐次性）原理的考生答案：√83、理想流体即使在运动中其所受的剪切应力也为0考生答案：√84、串联管路各管段的流量相等考生答案：√85、理想不可压均质量重力流体作定常或非定常流动时,沿流线总机械能守恒。
考生答案：×86、从层流过渡到湍流和从湍流过渡到层流的临界雷诺数是相同的考生答案：×87、尼古拉兹曲线是利用人工粗糙管得到的实验数据绘制的考生答案：√88、发生水击现象的物理原因主要是由于液体具有惯性和压缩性考生答案：√89、并联管路各管段的水头损失不相等考生答案：×90、流体质点是指微观上足够大,宏观上足够小,且具有线性尺度效应的分子团。
考生答案：×91、气体的粘度一般随着温度的升高而增大。
考生答案：√92、达西公式既适用于层流,也适用于紊流。
考生答案：√。