流体力学与水力学实验指导书(少学时).doc

PAGE PAGE 1 目录 §1-1 流体静力学实验 …………………………………………………………… ( ) §1-3 动量方程实验 ……………………………………………………………… ( ) §1-5 局部水头损失实验 ………………………………………………………… ( ) §1-6 文丘里流量计、孔板流量计的标定实验 ………………………………… ( ) §1-8 雷诺实验 …………………………………………………………………… ( ) §2-1 圆柱表面压强分布的测量 ………………………………………………… ( ) 第一章 流体力学基础实验 本章介绍流体力学的基础实验。基础实验是指用传统的测试手段测量流体运动的压强、速度、流量等基本参数。这些实验都是教学大纲要求的必做实验。 §1-1 流体静力学实验 1.1.1 实验目的 1．观察测点的测压管水头(位置水头与压强水头之和)，加深对静压强公式的理解。 2．求未知液体的密度 1.1.2 实验装置 图1.1.1 静压强实验仪 图1.1.1是一种静水压强实验仪。管1为开口测压管，管2和管3，管4和管5，管6和管7各组成一个U形管。管1、2、3均与水箱接通，构成一个连通器。其中，管1与密封水箱中部某点接通。管2、3与水箱底部某点接通。管4和管6与水箱上方的气体压强接通。管4、5和管6、7分别盛有两种液体，其密度为和。水箱上方有密封阀，水箱液面上的气体与大气不相通，其压强为p0。调压箱通过软管与水箱接通。上、下移动调压管就可以改变水箱中的水位，也改变水箱中密封气体的压强p0。 如果调压筒水面高于水箱的水面，水将从调压筒流入水箱，此时，水箱中的密封气体的体积将减小，压强增大。密封气体压强高于当地大气压，p0pa。反之，则p0pa。 1.1.3 实验原理 流体静力学的基本方程是 常数 (1.1.1) 管1、管3、调压筒、水箱互相连通，液面与大气相通。虽然管1，管3与水箱的接点高低不同，但他们的液面高程相同，这就是说明静止液体内任意一点的位置水头与压强水头之和（称为测压管水头）是相同的。管2的液体与水箱的液体相通，液面气体的压强同为p0。因此管2的液面与水箱的液面高程相同。 盛有两种未知密度液体的U形管，其液柱高差是由于压差p0-pa引起的，故有 (1.1.2) (1.1.3) 水的密度是已知的，只要读取各管液面的高程读数，就可以求出未知密度和。 1.1.4 实验步骤 1．关闭密封阀，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 图1.1.2 静水压强实验数据表 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．将调压筒形移至某高度，并用螺丝固定。待各管的液面稳定后，读取各管的液面高度读数，并填入数据表。 本实验测量4组数据，其中，p0pa（调压筒液面高于水箱液面）和p0pa（调压筒液面低于水箱液面）的情况分别测量2组数据。 测量内容：各测压管的液柱高度。 1.1.6 思考题 1．在什么情况下，管1，2，3的液面平齐？ 2．当管2，3的液面平齐时，管4，5以及管6，7的液面是否全分别平齐？为什么？ 3．管1和管5都与大气相通，其液面是否处在同一个等压面上？ 4．如果 (z7-z6)(z5-z4)，则和哪个较大？ 1.1.5 数据整理及误差分析 流体力学实验的数据整理是件复杂的工作，为此，可编制数据处理系统供实验课使用。图1.1.2是编者研制的数据处理系统的静水压强实验数据表界面。 实验装置中的未知液体的密度值分别为，。由数据表看出，测量误差小于7%，引起误差的主要原因是仪器的水柱高度读数的精度不够。水柱高度的刻度为mm，小数点后面的值是目估的，从而引起误差。 1.3 动量方程实验 1.3.1 实验目的 用杠杆法测量水流对档板的冲击力，并用动量方程计算水流对档板的作用力，两者进行比较，加深对动量方程的理解。 1.3.2 实验装置及实验原理 图1.3.1 动量方程实验仪 图1.3.1是本实验使用的实验装置示图。水箱为实验提供稳压水源，水箱的溢流板上开设若干泄流孔。开、闭这些泄流孔可以控制水位的高低。 水流从设在水箱下部的管嘴射出，冲击一个轴对称曲面档板，档板将射流冲