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1、工程流体力学工程流体力学工程流体力学工程流体力学 实验实验实验实验 NUISTNUIST 环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院 2 工程流体力学 教材及考核方法教材及考核方法 教材教材考核方法考核方法 ?平时成绩平时成绩（15%） ?考勤考勤 ?实验纪律遵守情况实验纪律遵守情况 ?实验操作及报告实验操作及报告（35%） ?考试考试（50%） 3 工程流体力学 实验内容实验内容 实验实验1 流线演示实验流线演示实验 实验实验2 能量方程实验能量方程实验 实验实验3 雷诺实验雷诺实验 实验实验4 管道沿程水头损失实验管道沿程水头损失实验 实验实验5 管道局部水头
2、损失实验管道局部水头损失实验 4 工程流体力学 实验安排实验安排 实验地点：文德楼实验地点：文德楼C302 实验时间：实验时间：4月月16日日(周四周四) 8:0015:00 实验分组：实验分组： A组组(学号学号127)；B组组(学号学号2854) 能量实验能量实验(12台台)&雷诺实验雷诺实验(12台台) A组：组： 1-3，5-7成成2组，组，8-27按学号顺序分按学号顺序分10小组小组 B组：组：28-30，31-33成成2组，组，34-54按学号顺序分按学号顺序分10小组小组 沿程损失实验沿程损失实验(8台台)&局部损失实验局部损失实验(8台台) A组：组： 1-19按学号顺序分按学
3、号顺序分6小组，小组，20-23，24-27成成2组组 B组：组： 28-46按学号顺序分按学号顺序分6小组，小组，47-50，51-54成成2组组 5 工程流体力学 实验实验1 1 流线演示实验流线演示实验 一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的 1、应用流动演示仪演示各种不同边界条件下的水流 形态，以观察在不同边界情况下的流线、旋涡 等，增强对流体运动特件的认识。 、应用流动演示仪演示各种不同边界条件下的水流 形态，以观察在不同边界情况下的流线、旋涡 等，增强对流体运动特件的认识。 2、应用流动演示仪演示水流绕过不同形状物体的驻 点、尾流、涡街现象及非自由
4、射流等，增强对这 些现象的感性认识。 、应用流动演示仪演示水流绕过不同形状物体的驻 点、尾流、涡街现象及非自由射流等，增强对这 些现象的感性认识。 6 工程流体力学 实验实验1 1 流线演示实验流线演示实验 二、实验设备与仪器二、实验设备与仪器二、实验设备与仪器二、实验设备与仪器二、实验设备与仪器二、实验设备与仪器 I 型型II 型型III 型型IV 型型 流动演示仪流动演示仪 流动演示仪流动演示仪 7 工程流体力学 实验实验1 1 流线演示实验流线演示实验 三、实验步骤三、实验步骤三、实验步骤三、实验步骤三、实验步骤三、实验步骤 1、接通电源，打开开关。、接通电源，打开开关。 2、用调节进气
5、量旋纽，调节气泡大小。、用调节进气量旋纽，调节气泡大小。 (二二) 演示内容演示内容 (二二) 演示内容演示内容 (一一) 操作程序操作程序 (一一) 操作程序操作程序 I型：显示圆柱绕流等的流线，该单元装置能十分清晰地显水出流 体在驻点处的停滞现象、边界层分离状况及卡门涡街现象。 型：显示圆柱绕流等的流线，该单元装置能十分清晰地显水出流 体在驻点处的停滞现象、边界层分离状况及卡门涡街现象。 I型：显示圆柱绕流等的流线，该单元装置能十分清晰地显水出流 体在驻点处的停滞现象、边界层分离状况及卡门涡街现象。 型：显示圆柱绕流等的流线，该单元装置能十分清晰地显水出流 体在驻点处的停滞现象、边界层分离
6、状况及卡门涡街现象。 1、驻点驻点：观察流经圆柱前端驻点处的小气泡运动特性，可广解流 速与压强沿圆柱周边的变化情况。 ：观察流经圆柱前端驻点处的小气泡运动特性，可广解流 速与压强沿圆柱周边的变化情况。 2、边界层分离边界层分离：流线显示了圆柱绕流边界层分离现象，可观察边 界层分离点的位置及分离后的回流形态。 ：流线显示了圆柱绕流边界层分离现象，可观察边 界层分离点的位置及分离后的回流形态。 3、卡门涡街卡门涡街：即圆柱的轴与水流方向垂直，在圆柱的两个对称点 上产生边界层分离，然后不断交替在圆柱下游两侧产生旋转方 向相反的旋涡，并流向下游。 ：即圆柱的轴与水流方向垂直，在圆柱的两个对称点 上产生
7、边界层分离，然后不断交替在圆柱下游两侧产生旋转方 向相反的旋涡，并流向下游。 8 工程流体力学 实验实验1 1 流线演示实验流线演示实验 II型：显示桥墩、机翼绕流的流线。型：显示桥墩、机翼绕流的流线。 II型：显示桥墩、机翼绕流的流线。型：显示桥墩、机翼绕流的流线。 该桥墩为圆头方尾的绕流体。水流在桥墩后的尾流区内也产 生卡门涡街，并可观察水流绕过机翼时的流动状况。 该桥墩为圆头方尾的绕流体。水流在桥墩后的尾流区内也产 生卡门涡街，并可观察水流绕过机翼时的流动状况。 III型：显示逐渐收缩、逐渐扩散及通过孔板型：显示逐渐收缩、逐渐扩散及通过孔板(或丁坝或丁坝)纵剖向上的 流线图像。 纵剖向上
8、的 流线图像。 III型：显示逐渐收缩、逐渐扩散及通过孔板型：显示逐渐收缩、逐渐扩散及通过孔板(或丁坝或丁坝)纵剖向上的 流线图像。 纵剖向上的 流线图像。 1、在逐渐收缩段，流线均匀收缩，无旋涡产生；在逐渐扩散段可 看到边界层分离而产生明显的旋涡。 、在逐渐收缩段，流线均匀收缩，无旋涡产生；在逐渐扩散段可 看到边界层分离而产生明显的旋涡。 2、在孔板前，流线逐渐收缩，汇集于孔板的过流孔口处，只在拐 角处有小旋涡出现；孔板后水流逐渐扩散，并在主流区周围形 成较大的旋涡回流区。 、在孔板前，流线逐渐收缩，汇集于孔板的过流孔口处，只在拐 角处有小旋涡出现；孔板后水流逐渐扩散，并在主流区周围形 成较
9、大的旋涡回流区。 IV型：显示管道突然扩大和突然收缩时管道纵剖面上的流线图像型：显示管道突然扩大和突然收缩时管道纵剖面上的流线图像 IV型：显示管道突然扩大和突然收缩时管道纵剖面上的流线图像型：显示管道突然扩大和突然收缩时管道纵剖面上的流线图像 1、在突然扩大段出现强烈的旋涡区。、在突然扩大段出现强烈的旋涡区。 2、在突然收缩段仅在拐角处出现旋涡。、在突然收缩段仅在拐角处出现旋涡。 3、在直角转弯处，流线弯曲，越靠近弯道内侧流速越小，由于流 道很不顺畅，回流区范围较广。 、在直角转弯处，流线弯曲，越靠近弯道内侧流速越小，由于流 道很不顺畅，回流区范围较广。 9 工程流体力学 实验实验1 1 流
10、线演示实验流线演示实验 四、实验录像四、实验录像四、实验录像四、实验录像四、实验录像四、实验录像 10 工程流体力学 实验实验2 2 能量方程实验能量方程实验 一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的 1、观察恒定流的情况下，当管道断面发生改变时 水流的位置势能、压强势能、动能的沿程转化规 律，加深理解能量方程的物理意义及几何意义。 、观察恒定流的情况下，当管道断面发生改变时 水流的位置势能、压强势能、动能的沿程转化规 律，加深理解能量方程的物理意义及几何意义。 2、观察均匀流、渐变流断面及其水流特征。、观察均匀流、渐变流断面及其水流特征。 3、掌握急变流断面压
11、强分布规律。、掌握急变流断面压强分布规律。 4、测定管道的测压管水头和总水头值，并绘制管道 的测压管水头线及总水头线。 、测定管道的测压管水头和总水头值，并绘制管道 的测压管水头线及总水头线。 11 工程流体力学 实验实验2 2 能量方程实验能量方程实验 二、实验原理及计算公式二、实验原理及计算公式二、实验原理及计算公式二、实验原理及计算公式二、实验原理及计算公式二、实验原理及计算公式 实际液体在有压管道中作恒定流动时，其能量方程 如下： 实际液体在有压管道中作恒定流动时，其能量方程 如下： w h g v g p z g v g p z+=+ 22 2 222 2 2 111 1 它表明：液
12、体在流动的过程中，液体的各种机 械能（单位位能、单位压能和单位动能）是可以相 互转化的。但由于实际液体存在粘性，液体运动时 为克服阻力而要消耗一定的能量，也就是一部分机 械能转化为热能而散逸，即水头损失。因而机械能 应沿程减少。 它表明：液体在流动的过程中，液体的各种机 械能（单位位能、单位压能和单位动能）是可以相 互转化的。但由于实际液体存在粘性，液体运动时 为克服阻力而要消耗一定的能量，也就是一部分机 械能转化为热能而散逸，即水头损失。因而机械能 应沿程减少。 12 工程流体力学 实验实验2 2 能量方程实验能量方程实验 三、实验仪器和设备三、实验仪器和设备三、实验仪器和设备三、实验仪器和
13、设备三、实验仪器和设备三、实验仪器和设备 13 工程流体力学 实验实验2 2 能量方程实验能量方程实验 四、实验步骤及数据记录四、实验步骤及数据记录四、实验步骤及数据记录四、实验步骤及数据记录四、实验步骤及数据记录四、实验步骤及数据记录 1、验证静压原理：启动水泵，等水罐满管道后，关闭两端阀门，这时观 察能量方程实验管上各个测压管的液柱高度相同，因管内的水不流动 没有流动损失，因此静止不可压缩均布重力流体中，任意点单位重量 的位势能和压力势能之和保持不变，测点的高度和测点的前后位置无 关。 、验证静压原理：启动水泵，等水罐满管道后，关闭两端阀门，这时观 察能量方程实验管上各个测压管的液柱高度相
14、同，因管内的水不流动 没有流动损失，因此静止不可压缩均布重力流体中，任意点单位重量 的位势能和压力势能之和保持不变，测点的高度和测点的前后位置无 关。 2、测速：能量方程实验管上的每一组测压管都相当于一个皮托 管，可测得管内任意一点的流体点速度，本实验台已将测压管 开口位置设在能量方程实验管的轴心，故所测得动压为轴心处 的，即最大速度。 毕托管求点速度公式 测速：能量方程实验管上的每一组测压管都相当于一个皮托 管，可测得管内任意一点的流体点速度，本实验台已将测压管 开口位置设在能量方程实验管的轴心，故所测得动压为轴心处 的，即最大速度。 毕托管求点速度公式hgVp=2平均流速公式平均流速公式
15、A Q V = 14 工程流体力学 实验实验2 2 能量方程实验能量方程实验 3、观察和计算流体、流径，能量方程实验管对能量损失的情况： 在能量方程实验管上布置四组测压管，每组能测出全压和静 压，全开阀门，观察总压沿着水流方向的下降情况，说明流体 的总势能沿着流体的流动方向是减少的，改变给水阀门的开 度，同时计量小同阀门开度下的流量及相应的四组测压管液柱 高度，进行记录和计算。 、观察和计算流体、流径，能量方程实验管对能量损失的情况： 在能量方程实验管上布置四组测压管，每组能测出全压和静 压，全开阀门，观察总压沿着水流方向的下降情况，说明流体 的总势能沿着流体的流动方向是减少的，改变给水阀门的
16、开 度，同时计量小同阀门开度下的流量及相应的四组测压管液柱 高度，进行记录和计算。 15 工程流体力学 实验实验2 2 能量方程实验能量方程实验 16 工程流体力学 实验实验2 2 能量方程实验能量方程实验 五、实验录像五、实验录像五、实验录像五、实验录像五、实验录像五、实验录像 17 工程流体力学 实验实验3 3 雷诺实验雷诺实验 一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的 1、观察层流和紊流的流动特征及转变情况，增强感 性认识。 、观察层流和紊流的流动特征及转变情况，增强感 性认识。 2、测定层流和紊流两种流态的水头损失与断面平均 流速之间的关系。 、测定层流和紊流两种流态的水头损失与断面平均 流速之间的关系。 3、绘制水头损失、绘制水头损失hf和断面平均流速的对数关系，曲 线，并计算图中的斜率 和断面平均流速的对数关系，曲 线，并计算图中的斜率m和临界雷诺数和临界雷诺数Rec。 18
