流体力学实验报告

流体力学实验指导书与报告静力学实验雷诺实验中国矿业大学能源与动力实验中心学生实验守则一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。1984年5月制定2014年4月再修订中国矿业大学能源与动力实验中心流体静力学实验一、实验目的要求1.掌握用测压管测量流体静压力的技能；2.验证不可压缩流体静力学基本方程；3.通过诸多流体静力学现象的实验分析和研讨，进一步提高解决流体静力学实际问题的能力。二、实验装置本实验的装置如图1.1所示。1234567891011p0bHABCDc图1.1流体静力学实验装置图1.测压管2.带标尺测压管3.连通管4.通气阀5.加压打气球6.真空测压管7.U型测压管8.截止阀9.油柱10.水柱11.减压放水阀说明：1.所有测管液面标高均以标尺(测压管2)零读数为基准；2.仪器铭牌所注▽B、▽C、▽D系测点B、C、D标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则▽B、▽C、▽D亦为zB、zC、zD；3.本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。三、实验原理1.在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程constpz或hpp0(1.1)式中：z——被测点在基准面的相对位置高度；p——被测点的静水压力，用相对压力表示，以下同；0p——水箱中液面的表面压力；——液体容重；h——被测点的液体深度。另对装有水油(图1.2及图1.3)的U型测管，应用等压面可得油的比重0S有下列关系：21100hhhSw*(1.2)γ图1.2图1.3据此可用仪器(不用另外尺)直接测得0S。四、实验方法与步骤*该式推导如下：当U型管中水面与油水面齐平(图1.2)，取其顶面为等压面，有Hhpw0101(1.a)另当U型管中水面和油面齐平(图1.3)，取其油水面为等压面，则有Hpw002又HHhpww0202(1.b)由式(1.a)、(1.b)两式联解可得：21hhH代入式(1.a)得：2110hhhw(1.c)1.搞清仪器组成及其用法。包括：1)各阀门的开关；2)加压方法关闭所有阀门(包括截止阀)，然后用打气球5充气；3)减压方法开启筒底阀11放水；4)检查仪器是否密封加压后检查测管1、2、7液面高程是否恒定。若下降，表明漏气，应查明原因并加以处理。2.记录仪器号№及各常数(记入表1.1)。3.量测点静压力(各点压力用厘米水柱高表示)。1)打开通气阀4(此时00p)，记录水箱液面的标高▽0和测管2液面标高▽H(此时▽0=▽H)；2)关闭通气阀4及截止阀8，加压使之形成00p，测记▽0及▽H；3)打开放水阀11，使密闭箱体内形成00p(要求其中一次0Bp，即BH)，测记▽0及▽H。4.测出真空测压管6插入小水杯中的深度。5.测定油比重S0。1)开启通气阀4，测记▽0；2)关闭通气阀4，打气加压(00p)，微调放气螺母使U型管中水面与油水交界面齐平(图1.2)，测记▽0及▽H(此过程反复进行3次)；3)打开通气阀，待液面稳定后，关闭所有阀门；然后开启放水阀11降压(00p)，使U型管中的水面与油面齐平(图1.3)，测记▽0及▽H(此过程亦反复进行3次)。五、实验成果及要求1.记录有关常数。实验装置台号№各测点的标尺读数为：▽B=cm，▽C=cm，▽D=cm，wN/cm3。2.分别求出各次测量时，A、B、C、D点压力，并选择一基准检验同一静止液体内的任意二点C、D的pz是否为常数。3.求出油的容重。4.测出真空测压管6插入小水杯中的深度。表1.1流体静压强测量记录及计算表单位：cm实验条件次序水箱液面▽0测压管液面▽H压强水头测压管水头0HAp0HBp0HCp0HDpCpzDpz00p100p12300p(其中一次0Bp)123注：表中基准面选在，zC=cm，zDcm表1.2油溶重测量记录及计算表单位：cm条件次序水箱液面标尺读数▽0测压管2液面标尺读数▽H0Hhh1Hh0h221100hhhSw00p且U型管中水面与油水交界面齐平12300p且U型管中水面与油面齐平123六、实验分析与讨论1.同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？2.当0Bp时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0。4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？5.过C点作一水平面，相对测压管1、2、7及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分是同一等压面？6.用图1.1装置能演示变液位下的定常流实验吗？7.该仪器在加气增压后，水箱液面将下降而测压管液面将升高H，实验时，若以00p时的水箱液面作为测量基准，试分析加气增压后，实验压力(H+δ)与视在压力H的相对误差值。本仪器测压管内径为0.8cm，箱体内径为20cm。雷诺实验一、实验目的要求1.观察层流、紊流的流态及其转换特征；2.测定临界雷诺数，掌握园管流态判别准则；3.学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实际意义。二、实验装置本实验的装置如图3.1所示。132456789图3.1自循环雷诺实验装置图1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.恒压水箱；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始终保持轻微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度。本恒定水箱还设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短3~5分钟。有色水经有色水水管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色水。三、实验原理KQdQd4Re；dK4四、实验方法与步骤1.测记本实验的有关常数。2.观察两种流态。打开调速器3的开关使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9，使颜色水流入实验管内并使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。3.测定下临界雷诺数(1)将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小，当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；(2)待管中出现临界状态时，用体积法测定流量；(3)根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值(2000)比较，偏离过大，需重测；(4)重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；(5)同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。注意：a.每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；b.在关小阀门过程中，只许逐渐关小，不许开大；c.随出水流量减小，应适当调小调速器3的开关(右旋)使供水量减少，以减轻由溢流量引发的扰动。4.测定上临界雷诺数。逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数1~2次。五、实验成果及要求1.记录、计算有关常数：实验装置台号№管径d=cm，水温t=℃计算常数K=s/cm3运动粘度2000221.00337.0101775.0ttcm2/s2.整理、记录计算表表3.1记录计算表实验次序颜色水线形态水体积V(cm3)时间T(s)流量Q(cm3/s)雷诺数Re阀门开度增(↑)或减(↓)备注12345实测下临界雷诺(平均值)ecR=注：颜色水形态指：稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开。六、实验分析与讨论1.流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？2.为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据？实测下临界雷诺数ecR与公认值偏离多少？原因何在？3.雷诺实验得出的园管流动下临界雷诺数为2320，而目前有些教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在？4.为什么在测定Rec调小流量过程中，不许有反调？5.分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？