1高等实验流体力学
浙江大学实验报告(流体力学)
本科实验报告（流体力学）姓名：学院：系：专业：学号：指导教师：2019年12 月30 日实验报告课程名称：流体力学实验类型：验证性实验项目名称：(一)流体静力学综合型实验实验日期：2019 年11月13日一、实验目的和要求1.掌握用测压管测量流体静压强的技能;2.验证不可压缩流体静力学基本方程;3.测定油的密度;4.通过对诸多流体静力学现象的实验观察分析,加深流体静力学基本概念理解,提高解决静力学实际问题的能力。
二、实验内容和原理1.在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程z + p/ρg = C 或p = p0 + ρgh式中:z——被测点相对基准面的位置高度;p——被测点的静水压强(用相对压强表示,以下同)p0——水箱中液面的表面压强;ρ——液体密度;h——被测点的液体深度。
2.油密度测量原理方法一：测定油的密度ρ0，简单的方法是利用实验装置的U型测压管8，再另备一根直尺进行直接测量。
实验时需打开通气阀4，使p0 =0。
若水的密度ρw为已知值，由等压面原理有ρ0/ρw = h1/H方法二：不另备测量尺，只利用测管2的自带标尺测量。
先用加压打气球5打气加压使U型测压管8中的水面与油水交界面齐平，有p01 =ρw gh1 = ρ0gH再打开减压放水阀11降压，使U型测压管8中的水面与油面齐平，有p02 = -ρw gh2 = ρ0gH-ρw gH联立两式则有ρ0/ρw = h1/(h1+h2)三、主要仪器设备图.1 流体静力学综合型实验装置图1. 测压管2. 带标尺测压管3. 连通管4. 通气阀5. 加压打气球6. 真空测压管7. 截止阀8. U型测压管9. 油柱10. 水柱11. 减压放水阀四、操作方法与实验步骤1.定性分析实验（1）测压管和连通管判定。
按测压管和连通管的定义,实验装置中管1、2、6、8都是测压管，当通气阀关闭时,管3无自由液面,是连通管。
(2)测压管高度、压强水头、位置水头和测压管水头判定。
高等流体力学课件 第一章 流体力学的基本概念
J 0
x y z x0 x0 x0 J x y z 0 y0 y0 y0 x y z z0 z0 z0
有限大的正数
rr r0 , r
互为反函数。
§1.1 拉格朗日参考系和欧拉参考系
三、两个参考系间的相互转换
2.两个参考系间的相互转换
若已知流线经过点 (x0,y0,z0) ,则参数方程的初始条件可定为，
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§1.1 拉格朗日参考系和欧拉参考系
一、拉格朗日参考系
1.流动的描述
着眼于流体质点。 描述每个流体质点自始至终的运动，即位置随时间的变化。
r r r r(x 0,y0,z0,t) 式中x0 , y0 , z0 是t =t0 时刻流体质点的空间坐标，用来区分不同的流体质点。
二、流线
1.定义
某时刻，流场中的一条曲线，曲线上各点的速度矢量方向和曲线在 该点的切线方向相同。
2.流线方程的微分方程
d r d i x d j y d k z u u i v j w k
i dru dx u
j dy v
k dz0 w
2.流动物理量随时间的变化
加速度：
ai
ui t
uj
ui xj
其他物理量：
d dt
t uj
xj
dp dt
p t
uj
p xj
§1.1 拉格朗日参考系和欧拉参考系
三、两个参考系间的相互转换
1.两个参考系间相互联系——雅可比行列式
0 初始时刻流体微团体积 T时刻变形后流体微团体积
1.流动的描述
着眼于空间点。 描述流过每个空间点上的流体质点的运动。
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2
aij ijkk
uD S r
表示由于流体微团变形而产生的 M 点相对于M点 的速度变化。
uR
1 ur
2
表示由于流体微团绕瞬时轴旋转而产生的 对于M 点的速度变化。
M 点相
26
26
欧拉和拉格朗日参考系中的时间导数
欧拉参考系：
u t x,y,z
u
u(x,
y,
z,
t)
某一空间点上的流体速度随时间的变化，称当地导 数或局部导数。
拉格朗日参考系：u u(x0, y0, z0,t)
u
t
x0 , y0 ,z0
流体质点速度随时间的变化，即加速度。
在欧拉参考系下用 Du 表示流体质点的速度变化。
25
速度分解定理，应变率张量和旋转率张量
速度分解定理
ui
ui x j
xj
1 2
ui x j
u j xi
1 2
ui x j
u j xi
xj
sij x j aij x j S r A r
Sr 1 ur
2
u uD uR
aij x j ijk x jk r
物质导数
以矢量和张量下标形式表示的物质导数
D
Dt
t
uk
xk
D
Dt
t
u
t
u
算符
u
ui vj wk
i
x
j
y
k
z
u v w x y z
13
13
物质导数物理意义
D Dt t uk xk
D 物质导数，质点导数，随体导数；
Dt
欧拉参考系中的时间导数，称局部导数或就地导数，表示空
《流体力学》实验指导书
实验（一）流体静力学综合性实验一、实验目的和要求掌握用测压管测量流体静压强的技能；通过测量静止液体点的静水压强，加深理解位臵水头、压强水头、及测管水头的基本概念；观察真空现象，加深对真空度的理解；验证不可压缩流体静力学基本方程；测量油的重度二、实验装臵本实验装臵如图1.1所示4.真空测压管5.U 型测压管6.通气阀7.加压打气球8.截止阀9.油柱10. 水柱11.减压放水阀说明： 1. 所有测压管液面标高均以标尺（测压管2）零度数为基准；2.仪器铭牌所注^B 、▽D 系测点B 、C 、D 标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则^B 、▽C .▽D 亦为Z B 、Z C 、Z D3. 本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。
4. 测压管读数据时，视线与液面保持水平，读凹液面最低点对应的数据。
三、实验原理1在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程pz +=constY或p =+y h式中：z —被测点在基准面以上的位置高度；1.测压管2.带标尺测压管3.连通管 I2367485D图1.1流体静力学综合性实验装臵图p—被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；po—水箱中液面的表面压强Y—液体容重；h—被测点的液体深度。
上式表明，在连通的同种静止液体中各点对于同一基准面的测压管水头相等。
利用液体的平衡规律，可测量和计算出连通的静止液体中任意一点的压强，这就是测压管测量静水压强的原理。
压强水头£和位置水头z之间的互相转换，决定了夜柱高和压差的对应关系：Ap二yKh Y对装有水油（图1.2及图1.3）U型侧管,在压差相同的情况下，利用互相连通的同种液体的等压面原理可得油的比重So有下列关系：Y h0=1—Y h+hw12图1.2图1.3据此可用仪器（不用另外尺）直接测得So。
四、实验方法与步骤1.搞清仪器组成及其用法。
包括：1）各阀门的开关；2）加压方法关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气；3）减压方法开启筒底阀11放水4）检查仪器是否密封加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。
流体力学实验报告(全)
工程流体力学实验报告实验一流体静力学实验实验原理在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程或(1.1)式中：z被测点在基准面的相对位置高度；p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；p0水箱中液面的表面压强；γ液体容重；h被测点的液体深度。
另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：(1.2)据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。
实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。
测压管水头线指测压管液面的连线。
实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。
<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。
2.当PB，相应容器的真空区域包括以下三部分：(1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。
(2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。
(3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。
这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。
3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。
4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。
常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。
水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。
于是有(h、d单位为mm)一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。
《高等工程流体力学》课件
课程大纲
概述课程重点和每个章节的内容概要，为学习提供指引。
流体力学基础知识
打下坚实的基础，掌握流体的基本性质、流动的描述方法和流体静力学的重要概念。
1
流体的基本性质
深入了解液体和气体的特性，包括密度、
流动的描述方法
2
粘度和表面张力。
学习流体力学中的常见描述方法，如拉
《高等工程流体力学》PPT课 件
欢迎来到《高等工程流体力学》PPT课件，本课程将帮助您深入了解流体力学 的基础知识、流体动力学和应用与案例分析。让我们开始吧！
课程介绍
探索流体力学的世界，从课程背景、目标和大纲开始，为您提供全面的课程导引。
课程背景
介绍流体力学作为工程学科的重要性和应用领域。
课程目标
格朗日和欧拉描述。
3
流体静力学
探索液体和气体的静力学特性，包括压 力分布和浮力原理。
流体动力学
进入流体的动态世界，研究流体的动量方程、能量方程和连续性方程。
流体的动量方程
了解流体的质量、惯性和力之间 的关系，并探讨动量守恒定律。
流体的能量方程
研究流体中的能量传输，包括势 能和动能的转换。
流体的连续性方程
识别并解决在流体力学中可能遇到的常见问题和挑战。
了解质量守恒定律，并学习如何 应用连续性方程解决流体流动问 题。
应用与案例分析
将学到的理论知识应用于实际工程中，深入分析实际案例及潜在问题与解决方案。
流源等领域中的广泛应用。
工程实例分析
通过实例研究，深入分析流体力学在具体工程中的应用和解决方案。
潜在问题与解决方案
实验一 流体力学实验
5
实验 流量/ 次数 （m3/h） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 4 5 6 6.6 7 7.5 8 5.5 4.5
Re 光滑管 3.30×10
4
λ光滑管 exp 0.0252 0.0240 0.0220 0.0207 0.0194 0.0200 0.0192 0.0194 0.0210 0.0217
六、 实验结果讨论
（1）在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀？为什 么？ 答：是，这样可使管中有较大压力使得气体排出。 （2）如何检测管路中的空气已经被排除干净？ 答：先检查连接软管以及传感器的出口管中有没有气泡。如果没有了，关闭 流量调节阀，看压差计的读数是否为零，如果为零，则说明气体已经排空。 （3）以水作介质所测得的λ~Re 关系能否适用于其他流体？如何应用？ 答：能适用于其他流体。通过密度和黏度换算。 （4）在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ~Re 数据能否关 联在同一条曲线上？ 答：能关联在同一曲线上。 （5）如果测压口，孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响？ 答：没有影响，静压是由流体内部分子运动造成的，静压一定反应到压差计 高度差一定，所以对测量无影响。
计算示例：
0.0322 Re光滑管 duρ μ 7.5 1000 π 2 3600 0.0322 4 8.24 ×10 4 0.001
光滑管exp
P 2d 3910 2 0.0322 0.0207 2 7.5 lu 2 1000 2 （ ） π 2 3600 0.0322 4
2
南京工业大学化工原理实验报告
④关闭阀 2， 打开阀 1 并调节流量使转子流量计的示值分别为 3m3/h、 4m3/h、 3 4.5m /h……9m /h，测得每个流量下对应光滑管和粗糙管的压差，分别记下倒 U 形管压差计的读数； ⑤关闭阀 1，打开阀 2，重复步骤④，测得闸阀全开时的局部阻力；
流动状态(中国石油大学流体力学实验报告)
中国石油大学（华东） 工程流体力学 实验报告实验日期： 成绩：班级： 学号： 姓名： 教师： 同组者：实验六、流动状态实验一、实验目的1．测定液体运动时的沿程水头损失（f h ）及断面的 平均流速（υ） ；2．绘制流态（f lg h —v lg ）曲线图，找出下临界点并计算 临界雷诺数（Re c ） 的值。
二、实验装置本室验的装置如图所示。
本实验所用的设备有流态实验装置、量筒、秒表、温度计及粘温表。
在图1-6-1横线上正确填写实验装置各部分的名称图1-6-1 流态实验装置1. 稳压水性 ；2. 进水管 ；3. 溢流管 ；4. 试验管路 ；5. 压差计 ；6. 流量调节阀 ；7. 回流管线 ；8. 试验台 ；9. 蓄水线 ； 10. 抽水泵 ；11. 出水管三、实验原理 填空1．液体在同一管道中流动，当 速度 不同时有层流、紊流两种流动状态。
层流 特点是质点互不掺混，成线状流动。
在 紊流 中流体的各质点相互掺混，有脉动现象。
不同的流态，其 沿程水头损失 与断面平均速度的关系也不相同。
层流的沿程水头损失与断面平均流速的 一次方 成正比；紊流的沿程水头损失与断面平均速度的m 次方成正比 (m= 1.75～2.0 ) 。
层流与紊流之间存在一个过渡区，它的沿程水头损失与断面平均流速关系与层流、紊流的不同。
2．当稳压水箱一直保持溢流时，实验管路水平放置且管径不变，流体在管内的流动为 稳定流 ，此种情况下v 1=v 2。
那么从A 点到B 点的沿程水头损失为h f ，可由能流量方程导出：221122f 12121212()()22()()p v p v h z z g gp pz z h h hγγγγ=++-++=+-+=-=∆h 1、h 2分别是A 点、B 点的测压管水头，由 压差计 中的两个测压管读出。
3．雷诺数（Reynolds Number ）判断流体流动状态。
雷诺数的计算公式为：Dv Re ν=D —圆管内径；v —断面平均速度；ν—运动粘度系数当c Re Re <（下临界雷诺数）为层流，c Re =2000~2320；当cRe Re '>（上临界雷诺数）为紊流，c Re '=4000~12000之间。
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第一部分 实验方法概论
内
第一章 引言
容
第二章 实验模拟方法和理论
第三章 实验设备
第一章 引言
实验流体力学发展简史 实验研究的地位 实验流体力学的内容 实验流体力学的主要任务
实验流体力学发展简史
第一时期-----17世纪中以前----以现场 原型实验为主 第二时期----- 17世纪中到20世纪初---现场和实验室实验并存 第三时期-----20世纪初以后-----实验室 实验为主
的结果。
马里奥特(1620-1684) 1686年测量水中平板的阻力；发明了测力天 平。
实验流体力学发展简史
仪器
1732年毕托发明测量总压的毕托管；普朗特1905年发明风速管。 1872年柯尼希发明微压计；1915年泰勒发明多管压力计。 1929年范德林格齐南发明了五孔方向仪。 1799年文丘利发现文丘利管现象；1888年赫谢尔将其用于测量流 量。
航空
1871年韦纳姆设计并建造了第一座低速风洞； 1884年菲利普斯改造了试验段，并正式做模型试验； 1889年 利连撒尔用弹簧测量空气动力； 1917年 普朗特建造第一座现代回流式风洞；
实验流体力学发展简史
第三时期-----20世纪初以后 主要成就：
（1）进一步发展了设备、仪器、显示技术 （2）发现了分离、湍斑、湍塞、相干结构、贝纳德对流等 （3）提出了边界层概念 （4）研究了典型物体绕流、管流和渠道流 （5）航空和航天 （6）研究转捩和湍流 （7）验证理论（NS方程、边界层等） （8）实验与计算结合
实验流体力学的主要任务
解决工程实际问题 不断研究流体运动的新现象、新规律 研究各种流动现象的本构关系 发展新型实验仪器和测量方法
进入50年代后期，航空航天的理想 已初步实现，广大实验流体力学工作者 除了仍继续在湍流、旋涡、流动稳定性、 非定常流动等领域开展工作外，相当一 部分人随着流体力学新分支学科的出现， 已分别转入这些领域从事更深入、更专 门的研究工作。 周光垌
水实验
1740年罗宾斯发明悬臂机 1756年拜德尔建成10米长水池；1775年达朗伯在水池中做了大量 船舶实验；1852年雷什通过波浪实验，提出重力相似的雷什弗洛 德数； 1872年弗洛德主持建成85×14×4米水槽，开展了大量船舶实验和 波阻实验 1896年帕尔森斯建造第一座水洞。
实验流体力学发展简史
实验流体力学发展简史
流体机械方面：
风帆
水车
风车
鼓风机
实验流体力学发展简史
第二时期-----17世纪中到20世纪初
主要成就：
（1）发展了基本实验设备和仪器； （2）发现了伯努利定律、达西定律、湍流、空化； （3）研究物体运动受到的力； （4）圆管层流； （5）提出动力相似理论
开始发展实验室实验所需仪器、设备和技术；逐步开展实验研究。
实验流体力学发展简史
相似理论
斯托克斯 1851年从微分方程出发研究相似理论； 赫姆霍兹 1873年进一步发展理论； 瑞利 1892年和1904年用量纲分析求流动相似参数； 白金汉 1914年首次显式地叙述定理；
布里奇曼 1922年完整地叙述并证明了定理，为流体力学实验奠
定了理论基础。
实验流体力学发展简史
静压强
斯蒂文 （1586）
容器底面静压与上方流 体深度有关
托里拆利. （1608-1647）
伽利略学生，提出托里 拆利公式。发明水银压 力计
柏斯卡 （1623-1662）
发现大气压随高度增加而 减少。提出连通器原理和 柏斯卡定理。
实验流体力学发展简史
流体动力学方面：
管流
沈括
（1031-1095）
“漏壶”是古代的计时仪器，相当于现代的钟表。沈 括浮漏是宋代著名的科学家沈括在前人成就的基础上 创制的漏壶。随着社会生产的发展，漏壶的结构不断 改进，计时性能也随之更加科学。到了宋代其结构由 原来的单级壶，发展到二级甚至多级壶。沈括浮漏就 是一组多级壶漏系统：最上层摆设的称为求壶，是专 为下级壶供水用的水源壶；第二层摆了两只壶，高的 叫负壶、低的叫废壶，负壶的作用是保持水流的稳定， 并保证水位的指定高度，超水位的多余水则流入废壶。 最下边的是建壶，由负壶滴落的稳压水，滴入建壶， 并以容纳水量的多少，来显示时刻。
系统开展实验研究，发展实验仪器，发现新现象，提出新概念。
实验流体力学发展简史
贝纳德对流 边界层、分离 脱体涡 阻力 内流 设备 热线风速仪 流动显示
实验研究的地位
理论流体力学、实验流体力学、计算流
体力学是研究流体力学的三个主要手段。
它们互相支持、互相补充、相辅相成。
实验流体力学的内容
相似理论 实验设备 测试技术 数据处理
高速空气实验
1742年罗宾斯用自制弹道摆测圆球阻力（M=1.05），发现高速时
阻力比牛顿值大3倍。后来，赫顿、迪戴恩做了大量类似实验。
1785年帕金森正确指出阻力增加是由于可压缩性影响。 1865-1870巴什福恩用自制电准确记录了炮弹速度和阻力，这是第
一个做高速实验的人，他的标准弹头阻力表直用到20世纪初。
实验流体力学发展简史
流体静力学方面：
浮力
以舟量物 造舟为梁
墨子 （478-392 A.C）
阿基米德 （287-213 A.C）
实验流体力学发展简史
流体静力学方面：
相对运动
1500年首先提 出运动相对性 原理
达芬奇 （1452-1519）
郭宗昌 （1600年）
实验流体力学发展简史
流体静力学方面：
实验流体力学发展简史
第一时期-----17世纪中以前 主要成就： （1）完整建立了流体静力学理论；
（2）提出了流体与物体运动之间的相对性原理； （3）定性地研究了管流与某些无压流动； （4）发展了各种流体机械。 人们主要依靠仔细的观察、粗略的测量与效 益的比较等相当原始的实验方法去了解各种流动 现象。
实验流体力学发展简史
定理
伯努利, D（子） 1738年提出定常无粘不可压伯努利方程；伯努利,
J （父）1742年完善推广到非定常伯努利方程；欧拉1757 年推广
到可压缩流，以及沿流线的伯努利方程； 1856年达西用沙土做渗流实验，得出达西定律。 1883年雷诺在不同管径管子中做实验，发现两种流态-----层流和湍 流。 1894年桑尼克罗夫特、巴纳比在船舶螺旋桨背面发现空泡现象。
1899年维埃耶建造第一个激波管，用于研究矿井爆炸。
实验流体力学发展简史
流动显示
铝粉（戴尔 1843 ） 牛奶（海雷斯 1911 、艾尔顿 1908 ） 烟（马赫 1899 、马雷 1899） 烟风洞（利皮希、布朗 1937 ）独立 纹影法（特普勒 1864 测火花、爆炸） 阴影法（德沃夏克 1880；博伊斯 1893 测子弹） 干涉法（ 1887马赫 E (父) 1889马赫 L (子) 测得子弹超声速照片） 1959年戈达德推广烟风洞到超声速风洞
实验流体力学发展简史
阻力
伽里略(1264-1642) 1632年演示了运动物体在空气中受到阻力的实
验。1638年用双摆研究阻力与速度的关系。结果不合理！
惠更斯(1629-1695) 1690年用更精确的方法得到正确的结果。 牛顿(1642-1727) 1687年用摆和落球在水和空气中得到与理论一致
高等实验流体力学
教员：尹协振
学分：4
联系电话：3607645（L）
3600646（O）
3601262（H）
Email : xzyin@
高等：王奎
电话：3607646
Email: shiyan@
教材：《实验流体力学讲义》
实验流体力学发展简史
管流
泊肃叶1840 年，哈根1829 年同期一起通过管流实验发现流量和压
降梯度与管径4次方成正比，称为泊肃叶-哈根公式。
1860年哈根巴克做了端缘效应修正。 1914年斯坦顿、潘内尔测量了管内速度分布。
1860年哈根巴克用此方法确定了粘性，成为一种标准方法。
实验流体力学发展简史