流体力学实验报告.docx
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流体力学实验报告
流体力学
实验指导书与报告
静力学实验
雷诺实验
中国矿业大学能源与动力实验中心
学生实验守则
一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。
如有违犯，指导教师有权停止基实验。
二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。
三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。
四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。
五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。
六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。
七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。
要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。
如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。
八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。
一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。
重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。
九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。
洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。
十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系（院）主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。
1984年5月制定
2014年4月再修订
中国矿业大学能源与动力实验中心
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力的技能；
2.验证不可压缩流体静力学基本方程；
3.通过诸多流体静力学现象的实验分析和研讨，进一步提高解决流体静力学实际问题的能力。
二、实验装置
本实验的装置如图1.1所示。
图1.1流体静力学实验装置图
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.U型测压管8.截止阀9.油柱10.水柱11.减压放水阀
说明：
1.所有测管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准；
2.仪器铭牌所注▽B、▽C、▽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zB、zC、zD；
3.本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。
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
或
（1.1）
式中：
——被测点在基准面的相对位置高度；
——被测点的静水压力，用相对压力表示，以下同；
——水箱中液面的表面压力；
——液体容重；
——被测点的液体深度。
另对装有水油（图1.2及图1.3）的U型测管，应用等压面可得油的比重
有下列关系：
*（1.2）
图1.2图1.3
据此可用仪器（不用另外尺）直接测得
。
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5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、7液面高程是否恒定。
若下降，表明漏气，应查明原因并加以处理。
2.记录仪器号№及各常数（记入表1.1）。
3.量测点静压力（各点压力用厘米水柱高表示）。
1）打开通气阀4（此时
），记录水箱液面的标高▽0和测管2液面标高▽H（此时▽0=▽H）；
2）关闭通气阀4及截止阀8，加压使之形成
，测记▽0及▽H；
3）打开放水阀11，使密闭箱体内形成
（要求其中一次
，即
），测记▽0及▽H。
4.测出真空测压管6插入小水杯中的深度。
5.测定油比重S0。
1）开启通气阀4，测记▽0；
2）关闭通气阀4，打气加压（
），微调放气螺母使U型管中水面与油水交界面齐平（图1.2），测记▽0及▽H（此过程反复进行3次）；
3）打开通气阀，待液面稳定后，关闭所有阀门；然后开启放水阀11降压（
），使U型管中的水面与油面齐平（图1.3），测记▽0及▽H（此过程亦反复进行3次）。
五、实验成果及要求
1.记录有关常数。
实验装置台号№
各测点的标尺读数为：
▽B=cm，▽C=cm，▽D=cm，
N/cm3。
2.分别求出各次测量时，A、B、C、D点压力，并选择一基准检验同一静止液体内的任意二点C、D的
是否为常数。
3.求出油的容重。
4.测出真空测压管6插入小水杯中的深度。
表1.1流体静压强测量记录及计算表单位：
cm
实验条件
次序
水箱液面
▽0
测压管液面
▽H
压强水头
测压管水头
1
1
2
3
（其中一次
）
1
2
3
注：
表中基准面选在，zC=cm，zDcm
表1.2油溶重测量记录及计算表单位：
cm
条件
次序
水箱液面
标尺读数
▽0
测压管2液面标尺读数▽H
h1
h2
且U型管中水面与油水交界面齐平
1
2
3
且U型管中水面与油面齐平
1
2
3
六、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？
2.当
时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。
3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定
。
4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？
5.过C点作一水平面，相对测压管1、2、7及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？
哪一部分是同一等压面？
6.用图1.1装置能演示变液位下的定常流实验吗？
7.该仪器在加气增压后，水箱液面将下降
而测压管液面将升高H，实验时，若以
时的水箱液面作为测量基准，试分析加气增压后，实验压力（H+δ）与视在压力H的相对误差值。
本仪器测压管内径为0.8cm，箱体内径为20cm。
雷诺实验
一、实验目的要求
1.观察层流、紊流的流态及其转换特征；
2.测定临界雷诺数，掌握园管流态判别准则；
3.学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实际意义。
二、实验装置
本实验的装置如图3.1所示。
图3.1自循环雷诺实验装置图
1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.恒压水箱；5.有色水水管；
6.稳水孔板；7.溢流板；8.实验管道；9.实验流量调节阀。
供水流量由无级调速器调控，使恒压水箱4始终保持轻微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度。
本恒定水箱还设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短3~5分钟。
有色水经有色水水管5注入实验管道8，可据有色水散开与否判别流态。
为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用色水。
三、实验原理
；
四、实验方法与步骤
1.测记本实验的有关常数。
2.观察两种流态。
打开调速器3的开关使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9，使颜色水流入实验管内并使颜色水流成一直线。
通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。
3.测定下临界雷诺数
（1）将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小，当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；
（2）待管中出现临界状态时，用体积法测定流量；
（3）根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2000）比较，偏离过大，需重测；
（4）重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；
（5）同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。
注意：
a.每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；
b.在关小阀门过程中，只许逐渐关小，不许开大；
c.随出水流量减小，应适当调小调速器3的开关（右旋）使供水量减少，以减轻由溢流量引发的扰动。
4.测定上临界雷诺数。
逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数1~2次。
五、实验成果及要求
1.记录、计算有关常数：
实验装置台号№
管径d=cm，水温t=℃计算常数K=s/cm3
运动粘度
cm2/s
2.整理、记录计算表
表3.1记录计算表
实验
次序
颜色水线
形态
水体积
V（cm3）
时间
T（s）
流量
Q（cm3/s）
雷诺数
Re
阀门开度增
（↑）或减（↓）
备注
1
2
3
4
5
实测下临界雷诺（平均值）
=
注：
颜色水形态指：
稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开。
六、实验分析与讨论
1.流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？
2.为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据？
实测下临界雷诺数
与公认值偏离多少？
原因何在？
3.雷诺实验得出的园管流动下临界雷诺数为2320，而目前有些教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在？
4.为什么在测定Rec调小流量过程中，不许有反调？
5.分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？
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