流体力学实验指导书讲解

《流体力学》实验指导书

1.实验报告需要包括以下几个方面的内容：

1、实验名称、学生姓名、班号、学号、组别和实验日期；

2、实验目的和要求；

3、实验原理；

4、实验仪器、设备（含设备的构造）；

5、实验步骤；

6、注意事项；

7、实验原始记录；

8、实验结果的整理与分析。

数据的整理与分析包括：数据测量，数据分析及误差分析。

2.实验报告格式见附件1。

纸张A3,正反打印

3.实验报告内容参考资料见附件2。

湖北工业大学《流体力学》实验报告

附件1

1. 沿程水头损失

1.1 实验目的

测量管流的沿程水头损失系数，绘制沿程水头损失系数与雷诺数的变化曲线，并与尼古拉兹曲线相比较。 1.2 实验装置

图1.1 沿程水头损失实验装置

图1.1是本实验装置，它由水泵、实验管段、测压计组成。流量的测量采用手工体积法，即将水接入量筒，用秒表记下接水时间，体积除以时间就得到流量。现对各种装置介绍如下：

1. 供水器由离心泵、进水阀、分流阀组成。

离心式水泵将水输入实验管段。分流阀的作用是控制水泵的出水压强，使之保持恒定。如果水泵的压强较高，就必须开大分流阀，使实验段的流量、压强降低。分流阀的开度如果合适，则测压管的液面保持合适的高度。如果分流阀开度过小，实验段的压强就会很高，水柱就会冲出管口。调试时，应时刻注意分流阀的开度，避免测压管的水柱冲出。实验时，要合理调节分流阀和实验段的尾阀，才能得到合适的水流量。

2. 实验管段为有机玻璃管道，管段的首、尾开设有测压管，用以测量管流的压差。

3. 测压计：液柱式压差计由两支玻璃测压管1、2组成，其上部相接通，因而这种压

差计实际上是π形管压差计。测压管的高度只有500mm ，只能测出低于500mm 水柱的压差。

1.3 实验原理

对于实验管段的两个断面应用伯努利方程，则有

g

V d l h g p f 22

λρ==∆ 附件2

f h 由压差计测量。当使用液柱式压差计时，f h 的值就是两支测压管水柱的高差。管长

l ，管径d 的值标示在仪器的标牌上，重力的速度取值为g =9.807m/s 2。速度V 等于流量除

以管道截面积，流量则用手工体积法测量。 1.4 实验步骤

1. 关闭进水阀和分流阀。

2. 接通电源，适度打开分流阀。缓慢打开水泵的进水阀，使流量逐渐增大。

3. 对管段进行排气。

排气是一件较为复杂的工作，需反复操作才能完成，排气工作完成后，连通胶管内不再残留气泡，液柱式压差计的两支测压管水柱在无流动的情况下应高度一致。

4. 准备工作完成后，可测量流量：用量筒接水，记录充水时间和冲水体积。本实验旨

在测出管流的尼古拉兹曲线。为了作出此曲线，实验点不应少于10个，其中，层流段应有3-4个测点。一般来说，在层流情况下，管段的沿程水头损失f h 小于2cm ，因而，在f h <2cm 的情况下应布设3-4个测点。

调节流量时，待水流稳定1-2分钟才能读数，流量愈小，稳定时间愈长。

5. 记录原始数据，即将测量流量所需的冲水体积和充水时间、水温（水循环使用，水

泵电机的热会传入水流中，导致水温增高），测压管读数填入数据表中。

实验数据表由数据处理系统给出。利用数据处理系统，可以及时计算实验结果，如果实验结果不理想，可对某些测点进行重新测量。

表1.1 沿程损失数据表

1.5数据表及实验结果分析

上表是数据记录表，沿程水头损失系数的实测值标在图1.2所示的λ～Re曲线中。

图1.2 λ～Re的实验曲线

1.6思考题

h？如果实验管倾斜放置，此结1.为什么说液柱式压差计的水柱高度就是沿程水头损失

f

论能否成立？

2.试分析你的实验结果，有哪些实验点分布落在λ~Re曲线的层流区、过渡区、水力光滑

区？

2 局部水头损失实验

2.1 实验目的

测量管流中突扩管和突缩管的局部水头损失，并确定局部损失系数。

2.2 实验装置

图2.1 局部水头损失实验装置

图5.1所示的局部水头损失试验仪，由水泵、稳压水箱、实验管段、局部损失（截面突扩、截面突缩）管件、10支测压管、回水箱组成。本实验用手工体积法测量管流的流量。

10支测压管中，有些是用于测量局部水头损失，有些则用于演示管流中水流静压的变化情况。 2.3 实验原理

对局部损失管件的上、下游某断面应用伯努利方程，就可以求得局部水头损失，现分别予以说明。

突扩管：用测压管2,5测量其所在截面的压差，测压管2,5所在截面（相应的流动参数分别用下标2,5表示）的伯努利方程为

g

V g V h g V h 222252552

22ζ++=+

（2.1）

式中，2h 和5h 、2V 和5V 分别表示测压管所在断面的水柱高度和水流平均速度。速度等于流量除以管道截面积，水柱高度可直接读取，这样，由上式很容易求出局部水头损失系数ζ。

2

5

522522)(2V h h g V V -+-=ζ （2.2）

ζ的经验公式为：

22

5

)1(

-=A A ζ （2.3）

将经验值和实测值相比较，就可以确定测量误差。

突缩管：使用测压管7,9测量突缩管上、下游的压差，相应的伯努利方程是

g

V g V h g V h 2222

9299277ζ++=+

（2.4）

式中，7h 和9h 、7V 和9V 分别表示测压管所在断面的水柱高度和水流平均速度。速度等于流量除以管道截面积，水柱高度可直接读取，因而突缩管的局部损失系数的实验值为：

2

9

972927)(2V h h g V V -+-=ζ （2.5）

突缩管的局部损失系数的经验公式为

)1(5.07

9

A A -

=ζ （2.6）

比较实测值和经验值，就可以计算测量误差。

测量内容：流量（用体积法），2h 、5h 、7h 、9h 。共测量5组数据。 2.4 实验步骤

1. 关闭进水阀和分流阀。

2. 启动水泵。打开进水阀，向水箱充水，同时稍微打开尾阀，使水流稳定。如果流量太大，

则再开大分流阀，使水流向回水箱。

3. 观察管道中，测压管内是否出现气泡，若有气泡，应设法排除。

4. 调节尾阀，待水流稳定后，记录各测压管的读数。

5. 用量筒和秒表测量流量。注意：对于突扩管，读取测压管2,5的水柱高度。对于突缩管，

读取测压管7,9的水柱高度，其他的测压管用于演示压强变化情况。 6. 实验结束后，关闭进水阀和分流阀。关闭水泵，切断电源。 2.5 实验数据处理

利用数据处理系统计算各种数据。只要将流量，测压管水柱高度填入表格，系统自动算出各种局部损失系数，并给出误差，详见表2.1. 2.6 思考题

1. 数据表中为什么没有计算雷诺数？

2. 当测压管、实验管段出现气泡时，你如何将其排除？

3. 如果用测压管2,3的水柱高度计算突扩管的局部水头损失，将会出现什么样的误差？