流体力学实践报告

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1、黑龙江科技大学建筑工程二学历实践报告流体力学实践报告一、实践概述在此次实践中，老师给我演示了雷诺试验和伯努利方程试验。下 面我就实践的主要内容进行一下总结。二、雷诺实验（一）、实验目的1、观察液体流动时的层流和紊流现象。区分两种不同流态的特 征，搞清两种流态产生的条件。分析圆管流态转化的规律，加深对雷 诺数的理解。2、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。 绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线,验证不同流态下沿程 水头损失的规律是不同的。进一步掌握层流、紊流两种流态的运动学 特性与动力学特性。3、通过对颜色水在管中的不同状态的分析，加深对管流不同流 态的了解。学习古典流体力学

2、中应用无量纲参数进行实验研究的方 法，并了解其实用意义。（二）、实验原理1、液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。当液体流 速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起控制作用，使各流层的液体 质点互不混杂，液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大，质点惯性力 也逐渐增大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，当流速达到一定程度时， 各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流 呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。液体运动的层流和紊流两种型态，首先由英国物理学家雷诺进行 了定性与定量的证实，并根据研究结果，提出液流型态可用下列无量 纲数来判断：R

3、e=Vd/vRe称为雷诺数。液流型态开始变化时的雷诺数叫做临界雷诺数。在雷诺实验装置中，通过有色液体的质点运动，可以将两种流态 的根本区别清晰地反映出来。在层流中，有色液体与水互不混惨，呈 直线运动状态，在紊流中，有大小不等的涡体振荡于各流层之间，有 色液体与水混掺。2、在如图所示的实验设备图中，取1-1, 1-2两断面，由恒定总 流的能量方程知：p a V2p a V2z H1 + 1_L = z +2 +2_才 + h1 Y 2g2 Y2g f因为管径不变VV2. h = （z +斗）-（z +匕）=Ah1 2fi y2 y所以，压差计两测压管水面高差Ah即为1-1和1-2两断面间的 沿程

4、水头损失，用重量法或体积浊测出流量，并由实测的流量值求得 断面平均流速v = Q，作为lgh和lgv关系曲线，如下图所示，曲线Af上EC段和BD段均可用直线关系式表示，由斜截式方程得：lgh =lgk+mlgv lgh =lgkvm h =kvm m 为直线的斜率式中:1Vffflgh - lghm = tgO=勺filgv lgv21实验结果表明EC=1,e=45，说明沿程水头损失与流速的一 次方成正比例关系，为层流区。BD段为紊流区，沿程水头损失与流 速的2次方成比例，即m=，其中AB段即为层流向紊流转变的过渡 区，BC段为紊流向层流转变的过渡区，C点为紊流向层流转变的临界 点，C点所对应

5、流速为下临界流速，C点所对应的雷诺数为下监界雷 诺数。A点为层流向紊流转变的临界点，A点所对应流速为上临界流 速，A点所对应的雷诺数为上临界雷诺数。（三）实验设备下图是流态实验装置图。它由能保持恒定水位的水箱，试验管道 及能注入有色液体的部分等组成。实验时，只要微微开启出水阀，并 打开有色液体盒连接管上的小阀，色液即可流入圆管中，显示出层流 或紊流状态。1、自循环供水器；2、实验台；3、可控硅无级调速器；4、恒箱;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始终保持微溢流的程 度，以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳

6、水隔板，可 使稳水时间缩短到35分钟。有色水经水管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 自行消色的专用有色水。（四）实验步骤1、开启电流开关向水箱充水，使水箱保持溢流。2、微微开启泄水阀及有色液体盒出水阀，使有色液体流入管中。 调节泄水阀，使管中的有色液体呈一条直线，此时水流即为层流。此 时用体积法测定管中过流量。3、慢慢加大泄水阀开度，观察有色液体的变化，在某一开度时, 有色液体由直线变成波状形。再用体积法测定管中过流量。4、继续逐渐开大泄水阀开度，使有色液体由波状形变成微小涡 体扩散到整个管内，此时管中即为紊流。并用体积法测定管中过流量。5、以

7、相反程序，即泄水阀开度从大逐渐关小，再观察管中流态 的变化现象。并用体积法测定管中过流量。三、伯努利方程实验（一）、实验目的l、研究流体各种形式能量之间关系及转换，加深对能量转化概 念的理解;2、深入了解柏努利方程的意义。(二) 、实验原理丨、不可压缩的实验液体在导管中作稳定流动时，其机械能守恒方程式为：u 2 pZ1g + 寸 + K + Weu2=Z 2 g + 号 +1)式中：U、U 分别为液体管道上游的某截面和下游某截面处的流速， l2ms；P、P 分别为流体在管道上游截面和下游截面处的压强，Pa； 12z、z 一分别为流体在管道上游截面和下游截面中心至基准水l2平的垂直距离，m;P流

8、体密度，Kg/m； We液体两截面之间获得的能量，JKg;g 一重力加速度，m/s2； X仲一流体两截面之间消耗的能量，J/Kg。2、理想流体在管内稳定流动，若无外加能量和损失，则可得到u 2 p u2 p2)z g +- + 1 = z g + 丄 +21 2 p 2 2 p表示1kg理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，但各截面 上每一种形式的机械能并不一定相等，但各种形式的机械能之和为常 数，能量可以相互转换。3、流体静止，此时得到静力学方程式：zg+P=zg+匕1 p 2 p所以流体静止状态仅为流动状态一种特殊形式。（三）、实验装置及流程试验前，先关闭试验导管出口调节阀，并将水灌满流

9、水糟，然后 开启调节阀，水由进水管送入流水槽，流经水平安装的试验导管后， 试验导管排出水和溢流出来的水直接排入下水道。流体流量由试验导 管出口阀控制。进水管调节阀控制溢流水槽内的溢流量，以保持槽内液面稳定，保证流动系统在整个试验过程中维持稳定流动。此次实验主要以老师演示实验为主。1、静止流体的机械能分布及转换将试验导管出口阀全部关闭，以便于观察（也可在测压管内滴 入几滴红墨水），观察A、B、C、D点处测压管内液柱高低。2、一定流量下流体的机械能分布及转换缓慢调节进水管调节阀，调节流量使溢流水槽中有足够的水溢出，再缓慢慢开启试验导管出口调节阀，使导管内水流动（注意出口 调节阀的开度，在实验中能始

10、终保持溢流水槽中有水溢出），当观察 到试验导管中部的两支测压水柱略有差异时，将流量固定不变，当各 测压管的水柱高度稳定不变时，说明导管内流动状态稳定。可开始观 察实验现象。3、不同流量下稳定流体机械能分布及转换 连续缓慢地开启试验导管的出口阀，调节出口阀使流量不断加大， 观察A、B、C、D处测压管内液柱变化。（五）、实验注意事项1.本实验装置系演示仪器，因此所测得的数值精确度较差，但 在一定情况下仍能定量地说明问题。2高位槽的水位一定要和溢流口相齐，否则流动不稳定，造成 很大实验误差。3若管内或各测压点处有气泡，要及时排除以提高实验的准确 性。4有的标尺固定不紧，因振动会上下移动，应及时予以调整。5测压孔有时会被堵塞，造成测压管液位升降不灵，此时可用 吸球在测压孔上端吸放几次即可疏通。