福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心学生实验报告流体力学实验题目：实验项目1：毕托管测速实验实验项目2：管路沿程阻力系数测定实验实验项目3：管路局部阻力系数测定实验实验项目4：流体静力学实验实验一毕托管测速实验一、实验目的要求：1．通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用测压管测量点流速的技术和使用方法。

2．通过对毕托管的构造和适用性的了解及其测量精度的检验，进一步明确水力学量测仪器的现实作用。

3.通过对管口的流速测量，从而分析管口淹没出流，流线的分布规律。

二、实验成果及要求实验装置台号 20040268表1 记录计算表 校正系数c= 1.002 ，k= 44.36 cm 0.5/s三、实验分析与讨论1．利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？答：若测压管内存有气体，在测量压强时，测压管及其连通管只有充满被测液体，即满足连续条件，才有可能测得真值， 否则如果其中夹有气柱， 就会使测压失真， 从而造成误差。

误差值与气柱高度和其位置有关。

对于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若不排除，实验过程中很可能变成堵塞性气柱而影响 量测精度。

检验的方法：是毕托管置于静水中，检查分别与毕托管全压孔及静压孔相连通的两根测压 管液面是否齐平。

如果气体已排净，不管怎样抖动塑料连通管，两测管液面恒齐平。

2．毕托管的压头差Δh 和管嘴上、下游水位差ΔH 之间的大小关系怎样？为什么？答：由于且即这两个差值分别和动能及势能有关。

在势能转换为动能的过程中，由于粘性力的存在而有能量损失，所以压头差较小。

ϕ'说明了什么？3．所测的流速系数答：若管嘴出流的作用水头为，流量为Q，管嘴的过水断面积为A，相对管嘴平均流速v，则有称作管嘴流速系数。

若相对点流速而言，由管嘴出流的某流线的能量方程，可得式中：为流管在某一流段上的损失系数；为点流速系数。

本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得=0.990，表明管嘴轴心处的水流由势能转换为动能的过程中有能量损失，但甚微。

实验二 管路沿程阻力系数测定实验一、实验目的要求：1．加深了解园管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律；2． 掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气—水压差及水—水银多管压差计 测量压差的方法；3．将测得的R e ～λ关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力二、实验成果及要求1．有关常数。

实验装置台号 08010544圆管直径d= 1.4、1.9、2.6 cm ， 量测段长度L=85cm 。

及计算（见表1）。

2．绘图分析* 绘制lg υ～lgh f 曲线，并确定指数关系值m 的大小。

在厘米纸上以lg υ为横坐标，以lgh f 为纵坐标，点绘所测的lg υ～lgh f 关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。

求厘米纸上直线的斜率2212lg lg lg lg υυ--=f f h h m将从图上求得的m 值与已知各流区的m 值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流区m=2.0，紊流过渡区1.75<m<2.0）进行比较，确定流区。

*附录1 实验曲线绘法建议1．图纸 绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于12×12cm ；2．坐标确定 若采用厘米纸，取lgh f 为纵坐标（绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标），lgv 为横坐标；采用对数纸，纵坐标写h f ，横坐标用v ，即不写成对数；3．标注 在坐标轴上，分别标明变量名称、符号、单位以及分度值； 4．绘点 据实验数据绘出实验点；5．绘曲线 据实验点分布绘制曲线，应使位于曲线两侧的实验点数大致相等，且各点相对曲线的垂直距离总和也不致相等。

5三、实验分析与讨论1． 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响 实验成果？答：在管道中的，水头损失直接反应于水头压力。

测力水头两端压差就等于水头损失。

如果管道倾斜安装，不影响实验结果。

但压差计应垂直，如果在特殊情况下无法垂直，可乘以倾斜角度转化值。

2．据实测m 值判别本实验的流动型态和流区。

答：f h lg ～v lg 曲线的斜率m=1.8，即f h 与v 1.8成正比，1.75<m<2.0表明流动状态处于紊流过渡区。

3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。

答：实验水管为氯乙烯管，其当量粗糙度取为0.002mm ，常温下，v=0.893×10-6实验管径为d=（14-26）mm ，相应的d=0.000038～0.000071，测得Re=2×103～3×103，由莫迪图可知，流动均处在紊流过渡区与本次实验相符。

实验三 管路局部阻力系数测定实验一、实验目的要求：1．掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；2．通过对圆管突扩局部阻力系数的表达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的 实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径；3．加深对局部阻力损失机理的理解。

二、实验成果及要求1．记录计算有关常数。

实验装置台号No 20085710 d 1=D 1= 0.96 cm ， d 2=d 3= d 4= D 2= 1.98 cm ， d 5=d 6=D 3= 1.01 cm ， l 1—2=12cm ， l 2—3=24cm ， l 3—4=12cm ， l 4—B =6cm ， l B —5=6cm ， l 5—6=6cm ，221)1(A A e -='ξ= 0.585 ， )31(5.05A As -='ξ= 0.370 。

2．整理记录、计算表。

3．将实测ζ值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。

表1 记录表表2计算表三、实验分析与讨论1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系： 1）不同R e 的突扩ξe 是否相同？2）在管径比变化相同的条件下，其突扩ξe 是否一定大于突缩ξs ？ 答：由式g v h j 22ζ=及()21d d f =ζ表明影响局部阻力损失的因素是v 和21d d 。

由于有突扩：2211⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A e ζ突缩：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=2115.0A A s ζ则有()212212115.0115.0A A A A A A K e s -=--==ζζ当 5.021〈A A 或707.021〈d d时，突然扩大的水头损失比相应的突然收缩的要大。

在本实验最大流量Q 下，突然扩大损失较突然缩小损失约大一倍，即h je /h js =4.61/2.37=1.945。

21d d 接近于1时，突然扩大的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，因而阻力损失显著减小。

2．结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？答：从显示的图谱可见，凡流道边界突变处，形成大小不一的漩涡区。

漩涡是产生损失的主要根源。

由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互摩擦，便消耗了部分水体的自储能量。

另外，当这部分低能流体被主流的高能流体带走时，还须克服剪切流的速度梯度，经质点间的动能交换，达到流速的重新组合，这也损耗了部分能量。

这样就造成了局部阻力损失。

从流动仪可见，突扩段的漩涡主要发生在突扩断面以后，而且与扩大系数有关，扩大系数越大，漩涡区也越大，损失也越大，所以产生突扩局部阻力损失的主要部位在突扩断面的后部。

而突缩段的漩涡在收缩断面前后均有。

突缩前仅在死角区有小漩涡，且强度较小，而突缩的后部产生了紊动度较大的漩涡环区。

可见产生突缩水头损失的主要部位是在突缩断面后。

从以上分析知，为了减小局部阻力损失，在设计变断面管道几何边界形状时应流线型化或尽量接近流线形，以避免漩涡的形成，或使漩涡区尽可能小。

如欲减小管道的局部阻力，就应减小管径比以降低突扩段的漩涡区域；或把突缩进口的直角改为园角，以消除突缩断面后的漩涡环带，可使突缩局部阻力系数减小到原来的1/2～1/10。

突然收缩实验管道，使用年份长后，实测阻力系数减小，主要原因也在这里实验四 流体静力学实验一、实验目的要求：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． 通过对诸多流体静力学现象的实验分析研讨，进一步提高解决静力学实际问题的能力。

二、实验成果及要求1．记录有关常数。

实验装置台号No 20085703各测点的标尺读数为：▽B = 2.1 cm ，▽C = -2.9 cm ，▽D = -5.9 cm ，ωγ = 0.0098 N/cm 3。

2．分别求出各次测量时，A 、B 、C 、D 点的压强，并选择一基准检验同一静止液体内的任意二点C 、D 的)pZ (γ+是否为常数。

3．求出油的容重。

三、实验分析与讨论1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 答：测压管水头指pz +，即静水力学实验仪显示的测压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，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。

2．当p B <0时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。

答：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、气所占区域，均为真空区域。

2.同理，过箱顶小不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域。

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．若再箅一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。

答：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0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。

4．如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？答：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。

如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。

因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。

5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部液体是同一等压面？答：不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。

因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。

而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。

6．用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？答：关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由C 进入水箱。