《流体力学》实验指导书郭广思王连琪沈阳理工大学2006年10月一伯努利方程综合性实验（一）实验目的伯努利方程是水力学三大基本方程之一，反映了水流在流动时，位能、压能、动能之间的关系。
1．了解总水头线和测压管水头线在局部阻力和沿程阻力处的变化规律；2．了解总水头线在不同管径段的下降坡度，即水力坡度J的变化规律；3．了解总水头线沿程下降和测压管水头线升降都有可能的原理；4．用实例流量计算流速水头去核对测压板上两线的正确性；不同管径流速水头的变化规律（二）设备简图本实验台由高位水箱、供水箱、水泵、测压板、有机玻璃管道、铁架、量筒等部件组成，可直观地演示水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，上述三种能量之间的复杂变化关系。
（三）实验原理过水断面的能量由位能、压能、动能三部分组成。
水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，三种能量不断地相互转化，在实验管道各断面设置测压管及测速管，即可演示出三种能量沿程变化的实际情况。
测压管中水位显示的是位能和压能之和，即伯努利方程中之前两项：gp Z ρ+，测速管中水位显示的是位能、压能和动能之和。
即伯努利方程中三项之和：gv g p Z 22++ρ。
将测压管中的水位连成一线，称为测压管水头线，反映势能沿程的变化；将测速管中的水位连成一线，称为总水头线，反映总能量沿程的变化，两线的距离即为流速水头g v 2/2。
本实验台在有机玻璃实验管道的关键部位处，设置测压管及测速管，适当的调节流量就可把总水头线和测压管水头线绘制于测压板上。
注：计算所的流速水头值是采用断面平均流速求得，而实测流速水头值是根据断面最大速度得出，显然实测值大于计算值，两者相差约为1.3倍。
（四）实验步骤1．开动水泵，将供水箱内之水箱至高位水箱；2．高位水箱开始溢流后，调节实验管道阀门，使测压管，测速管中水位和测压板上红、黄两线一致；3．实验过程中，始终保持微小溢流；4．如水位和红黄两线不符，有两种可能：一是连接橡皮管中有气泡，可不断用手挤捏橡皮管，使气泡排出；二是测速管测头上挂有杂物，可转动测头使水流将杂物冲掉。
（五）报告要求实验报告是实验后要完成的一份书面材料。
实验报告的内容一般包括实验名称、班级、实验人姓名、实验时间、实验目的、实验步骤、实验数据记录及处理、结论与讨论等多项内容。
实验报告一律用流体力学实验报告用纸书写。
（六）讨论题1. 什么是速度水头，位置水头，压力水头？速度水头、测压管水头和总水头什么关系？2. 总水头线和测压管水头线在局部阻力和沿程阻力处有怎样的变化？为什么？二 局部阻力综合性实验（一）文丘里流量计实验 1．实验目的（1）．测定文丘里流量计的流量系数。
（2）．验证伯努利方程的正确性。
2．设备简图3．实验原理在文丘里流量计入口I~I 断面，在其喉部收缩段处取Ⅱ~Ⅱ断面，由于流量计系数水平放置，则可列出上述两断面的伯努利方程如下，（不计水头损失）：gva g p Z g v a g p Z 222222221111++=++ρρ （1）其中： 21Z Z = 根据连续性方程得：Q A v A v ==2211 （2）令： 121==a a解（1）（2）两式可得计算流量的公式如下：g p p g A AA Q ρ2121222)(1-⋅⋅-=或 g p p g d dd Q ρπ21412222)(14-⋅⋅-=式中gp p ρ21-为两断面测压管水头差，亦即测压计内的液面高差△h 。
令 g d d d k 2)(1441222⋅-=π （1）上式可写成h k Q ∆⋅= （2）因此，测出测压计水位高差△h 后，即可求出计算流量Q 。
由于实际上所取的两个断面之间存在着水头损失，所以实际流量Q 0一般要略小于计算流量Q 。
实际流量Q 0用体积法测定。
tQ ∆∇=0 （3）∇为t ∆时间内，水由管道流入计量箱内的体积。
如令 QQ 0=μ （4）则μ是一小于1的数，称为流量系数。
本实验的目的就是用实验的方法确定流量系数μ的具体数值。
4．实验步骤（1）准备工作：① 记录仪器常数d 1，d 2并计算出k 值。
② 检查测压计液面是否水平（此时Q=0），如果不在同一个水平面上，必须将橡胶管内空气排尽，使两测压管的液面处于水平状态，方能进行实验。
③阀门1、2为实验阀门。
可先调至较小开度。
④文丘里流量计收缩断面（测点2），经常处于负压状态，实验前应将连接胶管灌满水，才能进行实验，否则往里进气。
2.进行实验：①开泵，此时1、2测压管内应出现较小高差。
②缓慢开启阀门1，使压差调到最大（如2号测压管中液位降得太低可关小阀门2，使液位抬高。
如测压计中液位太高，可用压气球加压，压低液位）。
注意事项：如出现测压管冒水现象，不必惊慌，可把阀门2全开、或停泵重做。
5．报告要求实验报告是实验后要完成的一份书面材料。
实验报告的内容一般包括实验名称、班级、实验人姓名、实验时间、实验目的、实验步骤、实验数据记录及处理、结论与讨论等多项内容。
实验报告一律用流体力学实验报告用纸书写。
6．讨论题影响流量系数的因素是什么？（二）局部阻力系数的测定1．实验目的（1）测定阀门不同开启度时（全开、30º、45º三种）的阻力系数。
（2）掌握局部水头损失的测定方法。
2．设备简图3．实验原理在本实验中伯努利方程式可表示如下：W h gv g P Z g v g P Z +++=++2222222111ρρ其中： 21Z Z =21v v =对测点1、2两断面列伯努利方程式，可求得阀门的局部水头损失及 )(221L L + 长度上的沿程水头损失，以h w1表示：1211h gp p h w ∆=-=ρ （1）对测点3、4两断面列伯努利方程式，可求得阀门的局部水头损失及（L 1+L 2）长度上的沿程水头损失，以h w2表示，则：2432h gp p h w ∆=-=ρ （2） ()()122- 即为阀门的水头损失h w ：122w w w h h h -=所以，阻力系数：gv h h h h 2/)()(222143---=ξ4．实验步骤（1）开泵。
调节进水阀门，使测压管1、2、3、4种出现压差，如管中液位太高，可用压气球打压，使液位降低，以增加量测范围。
（2）先闭进水阀门，测压管中水位应一平，如不平，说明连接胶管中有气泡，应赶净后再进行实验。
（3）用流量计量侧流量。
注意事项：如出现测压管冒水现象，不必惊慌，可把出水阀门全关或停泵重做。
5．报告要求实验报告是实验后要完成的一份书面材料。
实验报告的内容一般包括实验名称、班级、实验人姓名、实验时间、实验目的、实验步骤、实验数据记录及处理、结论与讨论等多项内容。
实验报告一律用流体力学实验报告用纸书写。
6．讨论题什么叫局部阻力，影响因素是什么？三 流体沿程阻力实验（一）实验目的1．测定不同雷诺数Re 时的沿程阻力系数λ 2．掌握沿程阻力系数的测定方法（二）设备简图（三）实验原理在本实验中伯努利方程式可表示如下：f h gv g P Z g v g P Z +++=++2222222111ρρ其中： 21Z Z =21v v =对Ⅰ、Ⅱ两断面列伯努利方程，可求得L 长度上的沿程水头损失h gp g p h f ∆=-=ρρ21 根据达西公式： gv d L h f 22⋅=λ用流量计测得流量，（仔细阅读流量计使用方法），并计算出断面平均流速，即可求得沿程阻力系数λ22Lv gdh f =λ（四）实验步骤1．开泵，调节进水阀门，使测压管中出现 高差。
2．关闭进水阀门，测压管中水位应一平，如仍有高差，说明连接管中有气泡，应赶净。
3．用流量计测流量。
（五）报告要求实验报告是实验后要完成的一份书面材料。
实验报告的内容一般包括实验名称、班级、实验人姓名、实验时间、实验目的、实验步骤、实验数据记录及处理、结论与讨论等多项内容。
实验报告一律用流体力学实验报告用纸书写。
（六）讨论题什么叫沿程阻力，影响因素是什么？四雷诺实验（一）概述1883年英国科学家雷诺（Osbome Reynolds）在他著名的雷诺试验中揭示了流体流动存在两种性质不同的型态——层流和紊流。
这两种流态不仅流体质点的运动轨迹不同，其水流内部结构也有着本质的差异。
雷诺通过大量实验得出判断层流和紊流的标准——临界雷诺数。
（二）设备简图（三）实验目的及意义1．了解流体流动的两种流态，并观察其临界状态及转变过程。
2．测定上临界雷诺数Re：（四）实验步骤水箱上水，并保持微小溢流，打亮灯箱，小开出水阀门和颜色水（可用红墨水）阀门，使颜色水成一条细线，此时为层流状态。
逐渐开大出水阀门至颜色水线开始微微颤动，此时为临界状态，量测流量、水温，查表得运动粘性系数，即可求出上临界雷诺数：νυD =Re 式中d 为实验玻璃管内径，上临界雷诺数是一个不稳定的数值，>1200，甚至更大。
因此Re 就没有实际意义。
3．测定下临界雷诺数Re在上述实验基础上，将出水阀门继续开大，使颜色水完全混乱，达到紊流状态。
在逐渐关小出水阀门，使颜色水恢复成细纹，说明水流又由紊流变成层流，量测流量、水温。
计算下临界雷诺数：νυD =Re 根据大量实验资料，下临界雷诺数是一个相当稳定的数值，约为2300，因此在工程上都采用下临界雷诺数作为判别流动型态的标准。
一般实验设备由于进水口、边界条件等不尽完善，很难达到这个标准，当Re 超过1000时，就进入紊流状态。
（五）报告要求实验报告是实验后要完成的一份书面材料。
实验报告的内容一般包括实验名称、班级、实验人姓名、实验时间、实验目的、实验步骤、实验数据记录及处理、结论与讨论等多项内容。
实验报告一律用流体力学实验报告用纸书写。
（六）讨论题雷诺数的作用是什么？如何判断管内流动是层流还是湍流？流体沿平板流动如何让判断？。