《流体力学》实验指导书流体力学实验室编适用专业：土木青岛理工大学环境与市政工程学院2015年04 月目录目录 (i)实验一静水压强实验 (1)实验二能量方程演示实验 (3)实验三文丘里流量计 (4)实验四动量方程演示实验 (11)实验五水流流态实验 (12)实验六沿程阻力水头损失实验 (14)实验七局部水头损失实验 (18)实验八旋涡演示实验 (24)实验九水跃演示实验 (25)实验十流谱与流线演示实验 (25)实验一静水压强实验一、实验目的：23１、测定静止液体内任意一点的静水压强２、在重力作用下静止液体中任何一点的势能都相等 ３、测定酒精的重度γ值二、实验原理：1、根据水静力学基本方程：P=P 0+γh式中：P —液体中任意一点的压强，（Pa ）；P 0—表面压强，（Pa ）； γ —液体的重度，（9800N/m 3）； h —对应计算的液体淹没深度，（cm ）。

2、势能公式：γγBB AA p p +Z =+Z式中：Z —位置水头；γp—压强水头。

三、实验装置： 如图图一①放气阀；②密闭容器；③直尺；④针管；⑤阀门 四、实验步骤：１．读取A 、B 两点的刻度B A ∇∇、２．打开容器上的阀门①。

容器内表面压强P 0= P a ，各测压管液面齐平 ３．关闭阀门①，打开阀门⑤，用针管向容器②内输水，此时P 0﹥P a ，关4闭阀门⑤，读各测压管液面标高▽１，▽２，……▽７ 记入表中，P 0﹥P a 做三次４．打开阀门①使容器内表面压强P 0= P a ，检查各测压管液面是否齐平，否则重新排气５．关闭①打开⑤，用针管抽出容器内的水，容器表面压强P 0﹤P a ，改变容器中的水位重复三次，每次将各测压管液面位置读数记入表中。

五、注意事项１．读取测压管水位时，视线必须和液面同在一个水平面上，避免产生误差。

２．用针管向容器内注水或抽水时要缓慢进行，以免损坏针管。

３．如发现各测压管水位不断改变，说明容器或测压管有漏气，需要修理。

六、记录表格和计算参考表（以厘米计）６＋＋＋＋＋＝６５４３２１平均γγγγγγγ'''''''思考题：5１．试从实验数据中证明常数=+Z γp２．实验数据中▽3－▽２；▽3－▽１；▽５－▽４这三者是否相等？是否合理？为什么？３．▽1▽2▽3……▽７这几根玻璃管中哪根的水位与容器中水位相同？为什么？实验二 能量方程演示实验一、 实验目的：通过实验观察水流势能和动能。

水头损失沿程变化情况。

从而验证能量方程式及能量转化的规律。

二、 实验原理：由能量守恒及转化规律，在稳定流、缓变流的条件下对任意过水断面写能量方程：2122222211122-+++Z =++Z ωυαγυαγh gp gp式中：Z —位置水头；γp—压强水头；g22αυ—流速水头；ωh —任意两断面间的水头损失。

三、实验装置：图二①变断面管道 ②测压牌 ③测压管 ④水箱 ⑤阀门 ⑥进水管 ⑦溢流管6四、 实验步骤：１．关闭出水阀，打开进水阀门，检查水在静止时所有测压管液面是否齐平，如液面齐平，表示空气排净，否则重新排气。

２．打开出水阀⑤，观察各测压管和测速管液面沿水流方向的变化情况。

五、 注意事项：１．阀门⑤必须缓慢开启，并注意测压管水位变化情况，不许测压管水位过分下降，以致空气倒吸入仪器而需要重新排气。

２．观察各测压管水头线和总水头线沿程变化情况。

六、 思考题：１．各测压管中哪一根管子的水面下降最大？为什么？ ２． 增大流量各管的水位是怎么变化的？实验三 文丘里流量计一、实验目的：１．率定文丘里流量计的流量系数μ２．验证能量方程的正确性 二、实验原理： 1、理论流量文丘里流量计入口为I —I 断面、喉部（收缩处）为 II —II 断面，由于流量计水平放置，列两断面能量方程（如下图）gp gp 22222222111υαγυαγ++Z =++Z由连续性方程 2211ωυωυ=令21αα=解（１）（２）两式可得计算流量公式如下：h K p Z p Z d d g d Q ∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯γγπ221142121126.124＝理论 式中：II II I I Q --、　—理论断面间不考虑水头损失通过的流量； 126.12442121-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=d d g d K π=0.00796775(m 2.5/s)其中：Q 理论-----文丘里管所测流量,（m 3/s ）。

7d 1-----进水管直径DN50,（m ）。

d 2 -----文丘里水管直径DN25,（m ）。

g -----重力加速度9.8（m/s 2）。

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆γγ2211p Z p Z h2、实际流量）（实际L/s H 2.47α=Q 其中：Q 实际-----三角堰(60º)所测流量,（L/s ）。

α1-----三角堰流量系数0.009。

H-----三角堰水深,（厘米，cm ）。

因为实际上所取两断面间存在着水头损失，所以实际流量实际Q 略小于。

理论Q理论实际　＝Q Q μ—　μ流量系数，小于１。

三、实验装置：图三① 进水阀 ②文丘里管 ③出水阀 ④放气阀 ⑤U 型水银差压计 ⑥ 测针 ⑦三角堰堰箱 四、实验步骤：１．打开进水阀，关闭出水阀，检查水银液面是否齐平，否则重新排气。

２．打开出水阀，用测针读数三角堰水面水位▽，计算H=▽-▽0(▽0为堰8顶高程)，再由H —Q 曲线查出或用流量公式计算。

３．从水银差压计读取h 1,h 2４．逐渐开大（或关小）阀门，重复５次 五、 注意事项：１.实验结束，关闭出水阀看水银差压计液面是否齐平，否则重新排气。

2. 每次调节出水阀时应缓慢，避免水银进入管道。

3. 读水银差压计h 1,h 2，水银液面跳动，应取时均值，两管同时读。

4. 查H-Q 曲线与相应堰箱号数对应。

六、 记录表格和计算表格 １.记录表格 0∇= mm七、 思考题：１．I-I 断面和II-II 断面哪个压强大？为什么？２．实验所得理论Q 是否与h ∇同时增减？是否合理？为什么？ ３．实验求得的　μ值是否小于１？是否合理？为什么？实验四动量方程演示实验一、实验目的：通过射流对平板所施加作用力及水箱的反作用力的测定，验证恒定流动量方程。

二、实验装置：图七1. 阀门2. 喷嘴3. 转动轴承4. 挡板5. 平衡阀门6. 水箱910三、实验原理：取喷嘴出口断面１－１，射流表面，以及沿平板出流的截面２－２为控制面，对X 轴列动量方程：)(101202X X X XQ R Fυαυαρ-==∑式中：R x —平板对水流的作用力，其反作用力即为水流对平板的作用力，二者大小相等，方向相反 x 1υ—喷嘴出口平均流速在x 轴的投影x 2υ—２－２控制面平均流速在x 轴的投影，0=x υ求得R x ，对转轴取矩，得计算力矩M L Q L R X ⋅==M υρ1式中：L 1—水流冲击点至转轴的距离 d —喷嘴的内径 υ —喷嘴出口的平均速度 添加砝码得到实测力矩M 020L G ⋅=M式中：G —砝码重量L ２—砝码作用点到转轴的距离 二、实验步骤：１．在拉链端部加一50克砝码，然后开启并调节阀门，使平板保持原始铅垂位置，记下砝码重量G ,并用重量法实测流量 ２．改变砝码重量（150克力），重复步骤（１） ３．改变砝码重量（200克力），重复步骤（１） 三、注意事项１．应缓慢开启和调节阀门 四、成果分析：１．分析用动力矩所求得的力和实测力之间产生误差的原因 ２．实验表格喷嘴直径d= cm W 0= g实验五水流流态实验一、实验目的：1．观察层流与紊流流态2．测定下临界雷诺数R ec二、实验装置：图九1.水箱2.颜色水盒3.控制颜色水阀4.测压管5.稳水板6.溢流管7.进水管8.玻璃管9.阀门10.量杯11.温度计12.秒表三、实验步骤：1．打开进水管7的阀门，使水箱进水；2．微开阀门9并将颜色水阀门3微开；3．继续开大阀门使玻璃观众颜色水由一条红线到消失（有层流到紊流）；4．逐渐关闭阀门9至刚能观察到红色颜色线，有紊流到层流下临界状态（阀门不得反向调节），用量杯测流量，测水温；5．重复3、4，共做五次。

四、实验原理：1．根据测得的水温tºC,由书上表1-3查出运动粘性系数γ值或用下式计算112000221.00337.0101775.0tt ++=γ （cm 2/s ） 2．玻璃管8的直径d= cm ，并计算玻璃管过水断面面积ω= cm 2 3．由ωQV =计算断面平均流速4．计算下临界雷诺数R ec =vdV c .六、思考题：1．为什么测定下临界雷诺数而不测定上临界雷诺数？ 2．观察水流流态时，应观察玻璃管的哪一段？为什么？实验六 管路沿程水头损失实验一、实验目的：1． 学会测定管道沿程水头损失系数的方法。

2． 分析圆管恒定流动的水头损失规律及λ随雷诺R C 的变化规律。

二、实验装置：13图十1.比压计2.排气阀3.测压孔4.出水阀5.进水阀6.水堰箱三、实验原理：圆管沿程水头损失的计算公式hf =λg V d L 22或λ=gV d L hf 22式中d_______管道直径（cm ）；L_______测量段长度； hf_______断面平均流速； λ_______沿程水头损失系数.四、实验步骤：1． 预习实验指导书，明确实验要求。

熟悉本实验仪器设备，掌握本次实验测量流量和水头损失所采用的方法。

2． 记录有关的仪器设备常数，检查比压计内液面是否齐平，若有气泡重新排气。

3． 按顺序调节出水阀4改变流量，测量的次的流量和相应的水头损失值。

流量应先放到最大，再逐步由大到小比较合适。

每改变一次流量，须等1~2分钟，使水流稳定后再进行测量。

水流紊动使比压计的水面波动，应记录水面的时均值。

4． 为了提高实验精度，便于分析整理，实验点应尽量多一些，要求改变流量不少于10次，改变时可用比压计读数差的改变来控制出水阀。

5． 实验开始及结束时分别测量水温一次，加以平均，作为实验水温。

6． 实验过程中进水阀5全开后不要再动。

五、记录及计算表格（见下页）管道直径d= 5 cm 过水断面面积ω= 19.6 cm∇= 0.4 测量段长度L=6—4.3 cm 三角堰顶高程cm水温t= ℃运动粘性系数v= cm2/s 六、思考题：1．对同一管道、同一流量范围内实验，欲得到较大的雷诺数，实验是在冬天还是在夏天进行？2．测压管内水面为什么波动？3．流量减少后，测压管内水面比减少前会升高还是降低？hf会加大还是减小？为什么？沿程水头损失实验计算表将λ和R e关系绘在双对数格纸上。

1517实验七 管路局部水头损失系数ζ的测定一、实验目的：测定管道突然扩大的局部水头损失，观察突然缩小的局部水头损失。