土木工程基础实验之四（水力学‘流体力学'）部分实验指子&实验报告 土木工程基础实验系列之四（试用） 流体力学（水力学） 实验指导讲义、实验报告 学院 系 专业 班 姓名 学号 东南大学土木工程实验中心 2012年10月
土木工程基础实验之四（水力学‘流体力学’）部分实验指导&实验报告 1 流体力学（水力学） 实验指导讲义、实验报告 学院 系 专业 班 姓名 学号 东南大学土木工程实验中心 2012 年 10 月 土木工程基础实验系列之四（试用）
土木工程基础实验之四（水力学·流体力学'）部分实验指导&实龄报告 东南大学学生实验守则 (1999年5月12日) 第一条学生必须按时到指定实验室做实验，不得迟到。 第二条实验前，学生必须预习实验指导书规定的有关内容。实验时，经指 导教师检查认可后，才能开始做实验准备。 第三条学生应独立完成实验准备工作。在启动设备之前，需经指导教师检 查认可。 第四条实验时，要严肃认真，正确操作，仔细观察，真实记录实验数据的 结果。不许喧闹谈笑，不做与实验无关的事，不动与实验无关的设备，不进入与 实验无关的场所。 第五条实验中要注意安全，遵守《实验室安全规则》及有关的操作规程。 第六条仪器设备发生不正常现象时，应及时报告指导教师。发生人身安全 事故时，应立即切断相应的电源、气源等，并听从指导教师的指导，要沉着冷静， 不要惊慌失措。 第七条实验中，如发现仪器设备损坏，应及时报告，查明原因。凡属违反 操作规程导致设备损坏的，要追究责任，照章赔偿。 第八条实验结束时，实验数据要指导教师审阅、签字，并整理好实验现场 后，方可离去。 第九条学生要进入开放实验室做自行设计的实验时，应事先和有关实验室 联系，报告自己的实验目的、内容和所需实验仪器，经同意后，在实验室安排的 时间内进行。 第十条学生因某项实验不合格需重做者，或未按规定时间做实验而要补做 者，必须交纳实验仪器设备折旧费、实验器材和水电消耗费。 第十一条本守则学校授权教务处实验室与设备管理科负责解释 [校办通知(1999)6号】
土木工程基础实验之四（水力学‘流体力学’）部分实验指导&实验报告 2 东南大学学生实验守则 (1999 年 5 月 12 日) 第一条 学生必须按时到指定实验室做实验，不得迟到。 第二条 实验前，学生必须预习实验指导书规定的有关内容。实验时，经指 导教师检查认可后，才能开始做实验准备。 第三条 学生应独立完成实验准备工作。在启动设备之前，需经指导教师检 查认可。 第四条 实验时，要严肃认真，正确操作，仔细观察，真实记录实验数据的 结果。不许喧闹谈笑，不做与实验无关的事，不动与实验无关的设备，不进入与 实验无关的场所。 第五条 实验中要注意安全，遵守《实验室安全规则》及有关的操作规程。 第六条 仪器设备发生不正常现象时，应及时报告指导教师。发生人身安全 事故时，应立即切断相应的电源、气源等，并听从指导教师的指导，要沉着冷静， 不要惊慌失措。 第七条 实验中，如发现仪器设备损坏，应及时报告，查明原因。凡属违反 操作规程导致设备损坏的，要追究责任，照章赔偿。 第八条 实验结束时，实验数据要指导教师审阅、签字，并整理好实验现场 后，方可离去。 第九条 学生要进入开放实验室做自行设计的实验时，应事先和有关实验室 联系，报告自己的实验目的、内容和所需实验仪器，经同意后，在实验室安排的 时间内进行。 第十条学 生因某项实验不合格需重做者，或未按规定时间做实验而要补做 者，必须交纳实验仪器设备折旧费、实验器材和水电消耗费。 第十一条 本守则学校授权教务处实验室与设备管理科负责解释。 [校办通知(1999)6 号]
土木工程基础实验之四（水力学‘流体力学'）部分实验指导&实验报告 壹、静水压强实验 一、实验目的 1、加深对水静力学基本方程物理意义的理解，验证静止液体中，不同点对 于同一基准面的测压管水头为常数（即：+卫=C)。 2、学习利用U形管测量液体密度。 3、建立液体表面压强A>P,B<P,的概念，并观察真空现象。 4、测定在静止液体内部A、B两点的压强值。 二、实验原理 在重力作用下，水静力学基本方程为： +C 它表明：当质量力仅为重力时，静止液体内部任意点对同一基准面的：与P两项 pg 之和为常数。 重力作用下，液体中任何一点静止水压强 p=Po+pgh. A为液体表面压强。 B>P,为正压；B%<P,为负压，负压可用真空压强P,或真空高度，表示： P,=P。-Pabs 重力作用下，静止均质液体中的等压面是水平面。利用互相连通的同一种液 体的等到压面原理，可求出待求液体的密度。 三、实验设备 在一全透明密封有机玻璃箱内注入适量的水，并由一乳胶管将水箱与一可升 降的调压筒相连。水箱顶部装有排气孔斤，可与大气相通，用以控制容器内液体 表面压强。若在U形管压差计所装液体为油，P输<P本，通过升降调压筒可调节 水箱内液体的表面压强，如图1-1所示。 3
土木工程基础实验之四（水力学‘流体力学’）部分实验指导&实验报告 3 壹、静水压强实验 一、实验目的 1、加深对水静力学基本方程物理意义的理解，验证静止液体中，不同点对 于同一基准面的测压管水头为常数（即 C g p z + = ρ ）。 2、学习利用 U 形管测量液体密度。 3、建立液体表面压强 p 0 > p a ， p 0 < p a的概念，并观察真空现象。 4、测定在静止液体内部 A、B 两点的压强值。 二、实验原理 在重力作用下，水静力学基本方程为： C g p z + = ρ 它表明：当质量力仅为重力时，静止液体内部任意点对同一基准面的 z 与 g p ρ 两项 之和为常数。 重力作用下，液体中任何一点静止水压强 p = p0 + ρgh ， p 0为液体表面压强。 p0 > pa 为正压； p0 < pa为负压，负压可用真空压强 pv或真空高度hv表示： pv = pa − pabs g p h v v ρ = 重力作用下，静止均质液体中的等压面是水平面。利用互相连通的同一种液 体的等到压面原理，可求出待求液体的密度。 三、实验设备 在一全透明密封有机玻璃箱内注入适量的水，并由一乳胶管将水箱与一可升 降的调压筒相连。水箱顶部装有排气孔 1 k ，可与大气相通，用以控制容器内液体 表面压强。若在 U 形管压差计所装液体为油， ρ 油 < ρ 水 ，通过升降调压筒可调节 水箱内液体的表面压强，如图 1-1 所示
土木工程基础实验之四（水力学‘流体力学'）部分实验指导&实验报告 测压板 压简 图1一1 四、实验步聚 1、熟悉仪器，测记有关常数。 2、将调压筒旋转到适当高度，打开排气阀，使之与水箱内的液面与大气 相通，此时液面压强。=P,。待水面稳定后，观纂各U形压差计的液面位置，以 验证等压面原理。 3、关闭排气阀(，将调压阀升至某一高度。此时水箱内的液面压强B>P: 观纂各测压管的液面高度变化并测记液面标高。 4、继续提高调压筒，再做两次。 5、打开排气阀(，使之与大气相通，待液面稳定后再关闭斤（此时不要移 动调压简)。 6、将调压简降至某一高度。此时<P。观察各测压管的液面高度变化， 并测记标高，重复两次。 7、将调压简升至适当位置，打开排气阀：，实验结束。 五、注意事项 1、升降调压简时，应轻拉轻放，每次调压高度不宜过大。 2、在测记测压管液面标高时，一定要待液面稳定后再测读数。若八未变而 测压管水面持续变化时，则表明阀门漏气，应采取修复措施。 六、思考题
土木工程基础实验之四（水力学‘流体力学’）部分实验指导&实验报告 4 K K2 K3 测压板 密闭水箱 调压筒 1 2 3 4 5 6 油 A B 图 1—1 四、实验步骤 1、熟悉仪器，测记有关常数。 2、将调压筒旋转到适当高度，打开排气阀 1 k ，使之与水箱内的液面与大气 相通，此时液面压强 p0 = pa 。待水面稳定后，观察各 U 形压差计的液面位置，以 验证等压面原理。 3、关闭排气阀 1 k ，将调压阀升至某一高度。此时水箱内的液面压强 p0 > pa 。 观察各测压管的液面高度变化并测记液面标高。 4、继续提高调压筒，再做两次。 5、打开排气阀 1 k ，使之与大气相通，待液面稳定后再关闭 1 k （此时不要移 动调压筒）。 6、将调压筒降至某一高度。此时 p 0 < p a。观察各测压管的液面高度变化， 并测记标高，重复两次。 7、将调压筒升至适当位置，打开排气阀 1 k ，实验结束。 五、注意事项 1、升降调压筒时，应轻拉轻放，每次调压高度不宜过大。 2、在测记测压管液面标高时，一定要待液面稳定后再测读数。若 p 0未变而 测压管水面持续变化时，则表明阀门漏气，应采取修复措施。 六、思考题
土木工程基础实验之四（水力学‘流体力学'）部分实验指导&实验报告 1、什么情况下3、4两根测压管的高度相同？ 2、液面标高V,-7,与7。-7，相等吗？为什么？ 3、调压简的升降为什么能改变容器的液面压强，？ 4、实验时，密封容器内的水面能不能低于A点，为什么？ 贰、流线演示实验 一、实验目的 1、应用流动演示仪演示各种不同边界条件下的水流形态，以观察在不同边 界条件下的流线、旋涡等，增强对流体运动特性的认识。 应用 动演示 水流绕过不同形状物体的驻点、尾流、涡街现象及 非自由射流等，增强对这些现象的感性认识。 二、实验设备和仪器 流线可以形象地显示各种水流形态及其水流内部质点运动的特性。而通过各 种演示设备就可以演示出流线。常用的有烟风洞、氢气泡显示设备，及流动演示 仪等。现以流动演示仪为例加以说明。 图2-1为流动演示仪的示意图，该仪器用有机玻璃制成，通过在水流中掺 气的方法，演示不同边界条件下的多种水流现象，并显示相应的流线。整个仪器 不同的单元组成。每个单元都是一套独立的装置，可以单独使用，亦可同时使 用。 三、实验步骤 (一)、操作程序 1、接通电源，打开开关。 2、用调节进气量旋钮，调 ● 节气泡大小 演示内容 【型：显示圆柱绕流等的 流线，该单元装置能十分清楚地 显示出流体在驻点处的停滞现 回 象、边界层分离状态分离状况及 四 卡门涡街现象 1型 Ⅱ型 迅型 V型 1、驻点：观纂流经圆柱前 端驻点处的小气泡运动特性，可 图2-1 了解流速与压强沿圆柱周边的变化情况。 2、边界层分离：流线显示了圆柱绕流边界层分离现象，可观纂边界层分离 点的位置及分离后的回流形态 3、卡门涡街：即圆珠柱的轴与水流方向垂直，在圆柱的两个对称点上产生 边界层分离，然后不断交替在圆柱下游两侧产生旋转方向相反的旋涡，并流向下
土木工程基础实验之四（水力学‘流体力学’）部分实验指导&实验报告 5 1、什么情况下 3、4 两根测压管的高度相同？ 2、液面标高∇4 − ∇3与∇6 − ∇5 相等吗？为什么？ 3、调压筒的升降为什么能改变容器的液面压强 p0？ 4、实验时，密封容器内的水面能不能低于 A 点，为什么？ 贰、流线演示实验 一、实验目的 1、应用流动演示仪演示各种不同边界条件下的水流形态，以观察在不同边 界条件下的流线、旋涡等，增强对流体运动特性的认识。 2、应用流动演示仪演示水流绕过不同形状物体的驻点、尾流、涡街现象及 非自由射流等，增强对这些现象的感性认识。 二、实验设备和仪器 二、实验设备和仪器 二、实验设备和仪器 二、实验设备和仪器 流线可以形象地显示各种水流形态及其水流内部质点运动的特性。而通过各 种演示设备就可以演示出流线。常用的有烟风洞、氢气泡显示设备，及流动演示 仪等。现以流动演示仪为例加以说明。 图 2-1 为流动演示仪的示意图，该仪器用有机玻璃制成，通过在水流中掺 气的方法，演示不同边界条件下的多种水流现象，并显示相应的流线。整个仪器 有不同的单元组成。每个单元都是一套独立的装置，可以单独使用，亦可同时使 用。 三、实验步骤 （一）、操作程序 1、接通电源，打开开关。 2、用调节进气量旋钮，调 节气泡大小。 （二）演示内容 Ⅰ型：显示圆柱绕流等的 流线，该单元装置能十分清楚地 显示出流体在驻点处的停滞现 象、边界层分离状态分离状况及 卡门涡街现象。 1、驻点：观察流经圆柱前 端驻点处的小气泡运动特性，可 图 2-1 了解流速与压强沿圆柱周边的变化情况。 2、边界层分离：流线显示了圆柱绕流边界层分离现象，可观察边界层分离 点的位置及分离后的回流形态。 3、卡门涡街：即圆珠柱的轴与水流方向垂直，在圆柱的两个对称点上产生 边界层分离，然后不断交替在圆柱下游两侧产生旋转方向相反的旋涡，并流向下 游