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1、流体力学实验指导书主编 李旭机电工程系实验一静水压强实验一、实验目的1、通过实验加深对流体静力学基本方程的理解。2、验证静止流体中不同点对于同一基准面的测压管水头为常数，即常数3、实测静水压强，掌握静水压强的测量方法。4、巩固绝对压强、相对压强、真空度的概念，加深理解位置水头、压力水头以及测压管水头之间的关系。5、已知一种液体重度测定另一种液体的重度。二、实验原理图1所示是一种静水压强实验仪原理示意图：图1 静水压强实验原理图（）实验装置包括四个部分，从左到右依次是调压桶、测压管组、主水箱、增减压气筒。主水箱液面上压强通过调节增减压气筒改变，使其大于或小于大气压，水箱上面通过连通管和测压管6相
2、连。在水箱不同液面深度选择测点1、2，分别和测压管组连接。测压管组中2、3开口通向大气，测压管1、4、5通过一个四通接头和调压桶相接，通过上、下移动调压桶就可以改变调压筒中的压强，进而调节测压管1、4、5中的压强。球阀1和2的开启可以使密闭水箱液面上压强和调压桶压强恢复到大气压强。（注：图1中，图2中，） 图2 静水压强实验原理图（）相对静止的液体只受重力的作用，处于平衡状态。以表示液体静压强，表示液体重度，以表示压强测算点位置高度（即位置水头），流体静力学方程为常数上式说明1、在重力场中静止液体的压强与深度成线性分布，即2、同一水平面（水深相同）上的压强相等，即为等压面。因此，水箱液面和测点
3、1、2处的压强（绝对压强）分别为 与以上各式相对应的相对压力（相对压强）分别为 式中 大气压力， 液体的重度， 液面压力水头， 液面位置水头， 、 1、2处测压管水头， 、 1、2处位置水头， 、 1、2处压力水头， 3、静水中各点测压管水头均相等，即或 或 即测压管1、2的液位在同一平面上。4 、调压筒和测管1、2相连构成连通器，在其中注入重度为的液体，可以测量液体的重度。图2为关闭球阀2，通过调节调压桶，使的情况。根据联通器原理，得即 式中 调压桶中液体的重度，、 Y型管中两液面位置高度 , 根据上式可知，已知某种液体（如水）的重度，可以通过本实验确定另一种液体的重度。三、实验装置 下图为
4、我们华北科技学院机电系自主研制的FSP型流体静压实验仪，整套设备由四部分组成，从左到右分别是：调压桶装置，测压管组，实验密闭主水箱，水箱上液面增减压强调节装置。图3 FSP型流体静压实验仪实物图四、实验步骤1、关闭球阀1和球阀2，并检查密封效果。其方法是，移动调压筒至某一高程位置，这时各管的液面也随之移动。如果密封效果良好，各管液面的升降的速度越来越慢，并最终停止在某一高程位置，不再变化。如果密封效果不好，各管的液面总是不停升降，直至各管液面与调压筒以及水箱的液面平齐。这就说明水箱漏气。 2、记录测点高度和，打开球阀1和球阀2，读出液面初始位置高度0 , 并作相应记录。2、关闭球阀1，使主水箱
5、密闭，调节增减压气筒，使水箱液面压力升高，此时,读出、, 并记入表内。再继续给水箱加压两次，记下各测压管位置高度。3、调节增减压气筒，使水箱液面压力降低，并获得的状态。同样读取三组数据记入表内。4、关闭球阀2，调节左侧的调压桶高度，改变测压管上压强， 分别在和两种情况下，读出、, 自绘表格并记入表内。五、实验数据记录（ ）cm, =（ ）cm, =( )cm。静水压强实验数据记录表1测管液面高程读数记录工况测次123456123123六、实验结果分析1、完成数据处理表2。2、根据实验结果，验证静力学基本方程的正确性。3、求出待测液体的重度。静水压强实验结果处理表2工况测次(N/cm2)(N/c
6、m2)(N/cm2)（cm）(cm)(N/cm3)123123七、实验思考题1、重力作用下的静止液体压强分布的基本规律是什么？从实验结果举例说明。 2、如何利用测压管量测静止液体中任意一点的压强（包括液面压强）？ 3、相对压强与绝对压强、相对压强与真空是什么关系？ 4、试分析产生量测误差的原因，并指出在实验中应该采取哪些措施尽可能减小误差。八、实验注意事项1. 升降调压筒时，应轻拉轻放。 2. 在读取测管读数时，一定要等液面稳定后再读，并注意使视线与液面最低点处于同一水平面上。 3. 读数时，注意测管标号和记录表中要对应实验二 沿程水头损失量测实验一、实验目的1. 学会测定管道沿程水头损失系数
7、的方法。 2. 分析圆管恒定流动的水头损失规律，验证在各种情况下沿程水头损失与平均流速的变化规律。二、实验原理对于通过直径不变的圆管的恒定水流，沿程水头损失为： 即上下游量测断面的测压计读数差。沿程水头损失也常表达为： 称为沿程水头损失系数， 为上下游量测断面之间的管段长度，为管道直径，为断面平均流速。若在实验中测得 和断面平均流速，则可直接得到沿程水头损失系数： 其中为水的运动粘滞系数，不同流动型态及流区的水流，其沿程水头损失与断面平均流速的关系是不同的。层流流动中的沿程水头损失与断面平均流速的1次方成正比；紊流流动中的沿程水头损失与断面平均流速的次方成正比。 沿程水头损失系数是相对粗糙度与
8、雷诺数的函数，为管壁当量粗糙，圆管层流流动 光滑圆管紊流流动可取可见在层流流动和紊流光滑区，沿程水头损失系数只取决于雷诺数。粗糙圆管紊流流动， 沿程水头损失系数完全由粗糙度决定，与雷诺数无关，此时沿程水头损失与断面平均流速的平方成正比，所以紊流粗糙区通常也叫做“阻力平方区”。在紊流光滑区和紊流粗糙区之间存在过渡区，此时沿程水头损失系数与雷诺数和粗糙度都有关。 三、实验设备四、实验步骤1. 预习实验指示书，认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2. 查阅用测压管量测压强和用体积法量测流量的原理和步骤。 3. 开启上下游阀门排气，检查下游阀门全关时，各个测压管水面是否处于同一水平面上。如不平
9、，则需排气调平。 4. 核对设备编号，记录所用设备的断面管径、量测段长度。 5. 开启下游阀门，流量应先放到最大，待水流恒定后，观察测管水头的变化。量测流量及相应的水头损失，登录到数据表格上。 6. 减小阀门开度，重复上述步骤，并按序登录数据。流量的调整逐步由大到小，每改变一次流量需要等待12分钟，待水流恒定后再进行量测。水流的紊动使比压计的水面有波动，应记录水面的时均值。 7. 检查数据记录表是否有缺漏？是否有某组数据明显地不合理？若有此情况，进行补正。为了提高实验精度，便于分析整理，实验点尽可能多一些。要求改变流量不少于12次。8. 在实验开始和结束时分别量测水温，加以平均作为实验水温。
10、五、实验数据记录仪器编号： 实验管道的基本参数如下：有机玻璃； 内径：；实验段长度：；绝对粗糙度：量水箱底面积：（36.5*23.5）；（36.5*4.5）水温： ；运动粘滞系数： 测次测压计读数 体积法 计算 (cm)(cm)(cm)体积V(cm3)时间T(s)流量Q(m3/s)流速(m/s)雷诺数Re123456789101112六、实验结果分析 将实测的数据整理计算，在坐标纸上，以为纵坐标，点绘所测的关系曲线，并分析不同的区间随的变化规律，与已知一般规律进行比较。 七、实验注意事项1.实验时一定要待水流恒定后，才能量测数据。 2. 两个以上同学参加量测实验，读测压管高程、掌握阀门、测量流
11、量的同学要相互配合。 3. 注意爱护秒表等仪器设备。 4. 实验结束后，将上游阀门关闭。实验三 局部水头损失量测实验一、 实验目的1 观察突扩管旋涡区测管水头线，以及其它各种边界突变情况下的测管水头变化情况，加深对局部水头损失的感性认识。 2 掌握测定管道局部水头损失系数的方法，并将突扩管的实测值与理论值比较，将突缩管的实测值与经验值比较。 3 学习用测压管测量压强和用体积法测流量的实验技能。二、 实验原理有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变 流动分离形成剪切层 剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡 平均流动能量转化成脉动能量，造成不可逆的能量耗散（图1）。与沿程因摩擦造成的分布损失不同，这部分损失可以看成是集中损失在管道边界的突变处，每单位重量流体承担的这部分能量损失称为局部水头损失。图1 流道的局部突变示意图根据能量方程，局部水头损失 ，这里我们认为因边界突变造成的能量损失全部产生在1-1，2-2两断面之间，不再考虑沿程损失。 上游断面1-1应取在由于边界的突变，水流结构开始发生变化的渐变流段中，下游2-2断面则取在水流结构调整刚好结束，重新形成渐变流段的地方。总之，两断面应尽可能接近，又要保证局部水头损失全部产生在两断面之间。经过测量两断面的
