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1、 目 录 实验须知 实验一 烟气流线实验 2 实验二 液体流线实验 4 实验三 皮托管测流速和文丘里流量计测流量 6 实验四 流量计流量系数的测定方法 10 实验五 雷诺实验 11 实验六 能量方程实验 13 实验七 圆管沿程阻力和局部阻力实验 15 实验八 动量方程实验 18 d 实验一 烟气流线演示实验 一、实验目的 烟风洞是利用烟流法观察空气流过物体周围的流动图形。 二、实验原理 图一是烟风洞中的翼型绕流的流谱，其特点是：气流过翼型时，烟流变密，流速加大，压力降低。翼型前部烟流分叉的地方是驻点，在该处流速等于零。在翼型尾部某一区域，烟流被冲散，反映流动极不规则，这里是旋涡区。随着冲角的加
2、大，上下翼面烟流的稀密程度相差愈大。翼面上面速度 V 大，压力 P 小，产生吸力。翼面下面速度 V小，压力 P 大，产生压力。飞机的升力是由压力差产生的。 当冲角大于某一值时，气流从翼型前缘就开始分离，旋涡区过于扩大，这时升力迅速降低，阻力急剧增加，这种现象称为“失速” 。此时的冲角称为“失速冲角” 。低速翼型的失速冲角一般在 1520。 流线密集 涡流产生 流线疏散 图一 翼形绕流的流谱 三、设备如图二 图二 烟气流线仪简图 四、实验步骤 1.点燃卫生香，使其产生烟流。 2.打开日光灯，调整机翼的冲角，使其中一根流线对准零度角，形成驻点， 使其速度 V=0； 3.打开仪器风扇，使风洞内的空气
3、流通，导直烟流； 4.改变冲角、观察烟流的变化； 5.将冲角调整至 1520。 五、烟风洞实验现象观察 烟风洞实验演示的是流线在空气中的形状和性质。 流线的概念：流线是某一特定时刻，在流场中所作的空间曲线，线上的每一点处，质点在该时刻的速度矢量都与曲线相切。 通过观察了解流线的如下性质： 1.不相交，否则位于交点处的质点将有两个速度矢量，这是不可能的。 2.流线不是折线，必须是光滑曲线。原因同上。 3.流线密集的地方流速大，流线稀疏的地方流速小。这类似于磁场中的 磁力线。 4.非恒定流中，流线随时间的变化而变化，在恒定流中，流线不随时间的 变化而变化，与迹线重合。 但是，在有些特定的条件下，如
4、速度为零或为无穷大处，即驻点或奇点处， 流线是相交的。 在本实验中，我们看到机翼模型的上面流线密集，机翼模型的下面流线稀 疏，可以得到流速上大下小的结论。根据能量方程，可以知道机翼上面的压力小于机翼下面的压力。这一压力差就是机翼的升力。 附： 实验报告要求 1 实验名称 2 实验目的 3 实验装置 4 实验原理 5 实验记录及结果计算（表格） 6 实验结论 实验二 液体流线演示实验 一、实验目的 将带有泡沫的液体加在水箱中，当其流过导液栅后形成许多平行的流线，把相应的不同形状的固体试件放在水槽中，以观察其流线绕经不同固体壁面的变化，从而加深对理论课中的流线、迹线、压强分布、阻力产生的原因等内容
5、的理解和认识。 二、实验原理 液体流线仪可直观的观察流线绕经不同固体壁面（如机翼、圆柱体桥墩、突扩、突缩管道断面）时流线的变化情况，如流线的疏密程度、扭曲变形现象及程度、旋涡、死区等，见图一。 图一 模型绕流的流谱 三、实验设备 实验设备由水箱、水泵、梳形输水管、水槽、试件、回水箱、回水管、实验桌组成。见图二： 图二 液体流线仪简图 四、实验步骤 1.向水箱内加入少量洗涤剂并加水； 2.接通电源； 3.调节水槽下游底面的两个调整旋钮，使液体流出的厚度均匀、流线平直； 4.放入试块； 5.观察流线变化情况，调整流量调节阀使流线达到演示要求。 五、思考题 1.什么是流线？ 2.什么是迹线？ 3.叙
6、述你所观察到的现象和所说明的问题 实验三 皮托管测流速和文丘里流量计测流量 1.实验目的 学习用皮托管测流速和文丘里流量计测流量的方法 2 实验原理 （ 1） 皮托管测量运动流体某点的流速 皮托管是用以测量运动流体中某点流速的仪器。其理论依据是，在流管中沿流向取两彼此靠近的两点 1 和 2 点。在 2 点安装一正对流向并弯成 90 0的弯管。当 1 点和 2 点无限靠近时，通过伯努利方程可得计算流速的公式： hgppguAB= 2)(2考虑到实际流体的粘性和流管的加工质量和粗糙度对流速的影响，引入流速系数进行修正。从而皮托管流速计的流速计算公式为： hgu = 2 其中 , 是皮托管修正系数，
7、 通常取 0.998；Ap 是 1 点的静压强，Bp 是 2 点的总压强，包括静压强和动压强； g 是重力加速度（ m3/s） ； h 是 压差板显示的 1点和 2点对应的液柱高差； 是测压管中流体重度 (kg/m3)。 （ 2） 文丘里流量计测流体流量 文丘里流量计是测量管路中流体流量的仪器，由渐缩管、喉管和渐扩管组成。分别在渐缩管和渐扩管中轴线上取 1 点和 2 点。在过 1 点和 2 点的两过水断面上列伯努利方程，并考虑一元管路流动的连续性方程，可得流速： hCddhgddpzpzgv =+=)1(2)1()()(24241424122111其中 )1(24241=ddgC 从而可得流量
8、计算公式： hKhCdvAQ =42111其中 )1(24424121=ddgdK 3 实验装置 流体力学综合试验台为多用途实验装置，其结构示意图如图 1 所示： 图 1 流体力学综合实验台 利用这种试验台可进行下列实验： 一 皮托管测流速和文丘里流量计测流量 二 流量计流量系数的测定方法 三 雷诺实验 四 能量方程实验 五 管路阻力实验 1 沿程阻力实验 2 局部阻力实验 4 实验方法与测试数据 文丘里和孔板流量计的流量系数测定可同时进行，做这两种实验时要关闭其他阀门，以免分流。 检查各阀门的开闭状态无误后，即可启动水泵，是水循环。同时，调节流量，把导压管中的气体排出，以保证测压准确。待液体
9、流动平稳后，方能进行测压和流量计量。调节流量，进行不同流量工况下的测试。在记下孔板流量计和文丘里流量计的流量和压差后，即可以读取皮托管的测试数据，将测试的数据记在表 1 中。 实验装置的几何参数 文丘里管： 直径2d = m， 1d = m， 面积 A m2 孔板流量计：直径2d = m， 1d = m， 面积 A m2表 1：测试数据记录 流速测量 计算流量 Q2（ m3/s） 项目 测试 序号 左侧测压管指标（ mm） 右侧测压管指标（ mm） 阻力损失 hj流速 v1(m/s) 文丘里管 孔板 备注 1 2 第一次 3 12 第二次 31 2 第三次 3 12 第四次 35 测试误差的消
10、除 皮托管所测的是管道截面上某一点的流速，故用以探测截面上的速度分布最为适宜。若要测定截面的平均速度， 应测定管中心之壁间若干点的速度， 然后用图解积分法求其平均值。测试时，可把管子断面积分成几个等面积的同心环，然后测量液体流入次环的平均流速。平均流速的所在点是取在平分这个环面积的圆周上，由于一般流速分布并不完全对称，所以，在每个环中测两个对称点而平均之。等面积同心圆同心环的分法如下： 要分成 n 个同心环，因212rnR = ，所以 Rnr11= ；又因为21222 rr = 和21233 rr = 等等，可得 Rnr22= 和 Rnr33= 。 图 2 所示为分为 3 个等面积的同心环，沿
11、 3 个环的直径线上测 6 个测点的流速，然后求出总的平均流速： 312/)(2/)(2/)(435261+= uuuuuuu = 6/)(654321uuuuuu + 若要测量平均流量： 323232435261AuuAuuAuuQ += = Auuuuuu6654321+式中 A 为管横截面积。 图 2 等分同心圆环 实验四 流量计流量系数的测定方法 1. 实验目的 确定文丘里及孔板流量计的流量系数测定 2. 实验原理 由于流体流经的管路的材料、几何尺寸、管壁粗糙程度、流体粘度以及流动速度等的影响，使得按理论公式计算得出的流量值大于实际管路流经的流量。实际工作中用流量系数进行修正。流量系数
12、定义为实际流量 Q1与理想流量 Q 2即计算流量的比值： 21/ QQ= 其中， Q1为实际流量，实验中可用量桶和计时秒表测得。 Q 2为计算流量。其计算式为： hKddhgdQ =)1(244241212 sm /3 其中 )1(24424121=ddgdK式中 d1， d2分别为流量计两侧管路的直径。 3 实验方法与测试数据 文丘里和孔板流量计的流量系数测定可同时进行，做这两种实验时要关闭其他阀门，以免分流。 检查各阀门的开闭状态无误后，即可启动水泵，使水循环。同时，调节流量，把导压管中的气体排出，以保证测压准确。待液体流动平稳后，方能进行测压和流量计量。调节流量，进行不同流量工况下的测试
13、，将测试的数据记在表 2 中。 实验装置的几何参数 文丘里管： 直径2d = m， 1d = m， 面积 A m2 表 2 项目 数据 序号 液体总量 Q 液(m3/s) 记时时间 t (s) 单位时间流量 Q1 (m3/s) 计算流量Q2 (m3/s) 流量系数 =Q1/Q2 备注 1 2 第一次 3 1 2 第二次 3 实验五 雷诺实验 1. 实验目的 1） 观察流体在管道中的流动状态； 2） 测定几种状态下的雷诺数； 3） 了解流态与雷诺数的关系； 2. 实验原理 流体在不同条件下，具有两种不同的流态，即层流和紊流。流体的流态可以用雷诺数表示。雷诺数的定义为： d=Re 其中 v 是流体
14、流速，单位 m/s， d 是管路直径，单位 m， 是流体运动粘度，单位 m2/s。对于圆管路， Re2320，流体处于紊流状态，当 Re2320，流体处于层流状态。 水的运动粘度与温度的关系，通过大量的实验总结出经验公式： 2000221.00337.010178.0tt += 其中 为运动粘度，厘米2/秒， t 是水温，oC。也可以通过查表得到。 实验数据的处理举例：某一工况下体积流量 Q 为35m10467.3 ，雷诺实验管内径d=0.014m，实验时的水温为 5，计算出或查出相应的运动黏度 s/10159.16= 流速s/m225.0014.04/10467.35=）（ FQ雷诺数 207510159.1225.0014.0Re6= d根据实验数据和计算结果，可绘制出雷诺
