势流叠加演示实验 、实验目的 、观察液体作平行流运动的迹线和流线 观察各种简单势流以及各种势流叠加后所形成的流动图像,加深对 势流运动的理解。 二、实验原理 在势流中,存在平行流、点源和点汇等几种基本的流动形式。根据势流 叠加原理,可把已知的简单势流叠加起来,得到一个比较复杂的势流。如把 源和均匀流叠加可得到一个二维钝头流线体的绕流流线图形;源与汇叠加可 形成偶极子等 实验设备 图一为一势流叠加实验台,它由进水管、可视实验台、支架、颜料水瓶、 红水开关,以及源汇旋钮、进水开关、上下游水箱等组成。实验台上设置源 汇孔及注红水针头。 进水开关 产水 红水开关 b8888838 源旋钮 堰板 o可搅实验台 玻饭⊙汇孔 支架 0。d 678 oo。 水箱 汇旋钮 图一势流叠加实验仪
8 势流叠加演示实验 一、实验目的 1、观察液体作平行流运动的迹线和流线。 2、观察各种简单势流以及各种势流叠加后所形成的流动图像，加深对 势流运动的理解。 二、实验原理 在势流中，存在平行流、点源和点汇等几种基本的流动形式。根据势流 叠加原理，可把已知的简单势流叠加起来，得到一个比较复杂的势流。如把 源和均匀流叠加可得到一个二维钝头流线体的绕流流线图形；源与汇叠加可 形成偶极子等。 三、实验设备 图一为一势流叠加实验台，它由进水管、可视实验台、支架、颜料水瓶、 红水开关，以及源汇旋钮、进水开关、上下游水箱等组成。实验台上设置源 汇孔及注红水针头。 图一 势流叠加实验仪
四、实验步骤 1、打开进水开关,放水入实验台,调整下游堰板使之溢流。 2、上下拉动实验台上玻璃板,排除实验台上水流气泡。 3、打开红水开关,将各针头的红水注入实验台流动的清水内,可观察 平行流的流线 4、开其中一个源的旋钮放入蓝色水,可观察二维钝头流线体的绕流流 线 、可打开一个源的旋钮,一个汇的旋钮以观察偶极子 6、同时打开二并行的源的旋钮,可叠加成一直线图。 五、注意事项 1、调节阀门旋钮要慢慢地开和关。 2、在放水时,调节下游堰板,使水位适中。 六、思考题 1、请给出源和平行流叠加所形成的二维钝头流线体的流函数和势函数 表达式。 2、什么是平面势流的叠加原理?有何意义? 3、简单的平面势流有哪几种?每一种的流函数和势函数的表达式是什 么? 4、本实验中所演示的源和汇的叠加是否是真正意义上的偶极子?为什 么?
9 四、实验步骤 1、打开进水开关，放水入实验台，调整下游堰板使之溢流。 2、上下拉动实验台上玻璃板，排除实验台上水流气泡。 3、打开红水开关，将各针头的红水注入实验台流动的清水内，可观察 平行流的流线。 4、开其中一个源的旋钮放入蓝色水，可观察二维钝头流线体的绕流流 线。 5、可打开一个源的旋钮，一个汇的旋钮以观察偶极子。 6、同时打开二并行的源的旋钮，可叠加成一直线图。 五、注意事项 1、调节阀门旋钮要慢慢地开和关。 2、在放水时，调节下游堰板，使水位适中。 六、思考题 1、请给出源和平行流叠加所形成的二维钝头流线体的流函数和势函数 表达式。 2、什么是平面势流的叠加原理?有何意义? 3、简单的平面势流有哪几种?每一种的流函数和势函数的表达式是什 么? 4、本实验中所演示的源和汇的叠加是否是真正意义上的偶极子?为什 么?
水流流态演示实验 演示目的 1、观察层流与紊流两种流态及其过渡状态时的流动现象。 2、区分两种不同流态的特征及其产生的条件 演示原理 液体在运动时,存在着两种根本不同的流动状态。当流速较小时,粘滞 力占主导地位,各流层的液体质点有条不紊地运动,互不混杂,这种型态的 流动叫做层流:当流速较大时,惯性力占主导地位,各流层或各微小流束上 的液体质点形成涡体,并脱离原流层,互相混掺,杂乱无章,这种型态的流 动叫做紊流。 三、演示设备 下图为流态演示仪,它由水箱、玻璃管及注入有色液体的部件组成,实 验时,只要微微打开泄水阀及有色液小阀,即可显示出层流或紊流。 6 水流流态演示装置简图 四、演示方法 l、打开进水阀向水箱充水,使水箱水位保持恒定 2、微微打开泄水阀及有色液阀门,适当调节泄水阀,使管中的红色液 体呈一条直线,不与周围的水流混杂,即为层流,如图(a所示 3、逐渐开大泄水阀门,则管牛的红色液体呈波形线状,属于过渡状态, 如图(b)所示。 4、再继续开大泄水阀,管中有色液体由波状形变成微小涡体,并扩散 到整个管内,且与周围水体掺混,即为紊流,如图(c所示。 5、以相反程序,即泄水阀门开度从大到小,可以重现上述几种流动状态 6、演示结束,关闭进水阀及有色液阀门 五、思考题 1、水流流态与哪些因素有关? 2、雷诺数的物理意义是什么?为什么可以用来判别流态?
10 水流流态演示实验 一、演示目的 1、观察层流与紊流两种流态及其过渡状态时的流动现象。 2、区分两种不同流态的特征及其产生的条件。 二、演示原理 液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。当流速较小时，粘滞 力占主导地位，各流层的液体质点有条不紊地运动，互不混杂，这种型态的 流动叫做层流；当流速较大时，惯性力占主导地位，各流层或各微小流束上 的液体质点形成涡体，并脱离原流层，互相混掺，杂乱无章，这种型态的流 动叫做紊流。 三、演示设备 下图为流态演示仪，它由水箱、玻璃管及注入有色液体的部件组成，实 验时，只要微微打开泄水阀及有色液小阀，即可显示出层流或紊流。 水流流态演示装置简图 四、演示方法 l、打开进水阀向水箱充水，使水箱水位保持恒定； 2、微微打开泄水阀及有色液阀门，适当调节泄水阀，使管中的红色液 体呈一条直线，不与周围的水流混杂，即为层流，如图(a)所示。 3、逐渐开大泄水阀门，则管牛的红色液体呈波形线状，属于过渡状态， 如图(b)所示。 4、再继续开大泄水阀，管中有色液体由波状形变成微小涡体，并扩散 到整个管内，且与周围水体掺混，即为紊流，如图(c)所示。 5、以相反程序，即泄水阀门开度从大到小，可以重现上述几种流动状态； 6、演示结束，关闭进水阀及有色液阀门。 五、思考题 l、水流流态与哪些因素有关? 2、雷诺数的物理意义是什么?为什么可以用来判别流态?
紊动机理演示实验 实验目的 利用本实验仪器演示紊动发生过程及异重流的流动过程,加深对水流运 动结构的认识 实验原理 众所周知;液体流动时,存在着两种截然不同的流态,即层流和紊流。 层流向紊流转化是一个十分复杂的问题。本实验应用两种不同颜色的液体相 互混合的过程来演示紊流的发生过程和异重流的流动过程。 三、实验设备 实验仪器设备如图一所示 8910111213 图一素动机理实验仪结构示意图 1、自循环供水器2、实验台3、可控硅无级调速器4、消色用丙种溶液容器 5、调节阀6、染色用甲种溶液容器7、恒压水箱8、染色液输液管9、调节阀 10、取水管、11、混合器12、上下层隔板13、剪切流道显示面14、排气阀 15、出水调节阀16、分流管与调节阀17、回水漏头
11 紊动机理演示实验 一、实验目的 利用本实验仪器演示紊动发生过程及异重流的流动过程，加深对水流运 动结构的认识。 二、实验原理 众所周知；液体流动时，存在着两种截然不同的流态，即层流和紊流。 层流向紊流转化是一个十分复杂的问题。本实验应用两种不同颜色的液体相 互混合的过程来演示紊流的发生过程和异重流的流动过程。 三、实验设备 实验仪器设备如图一所示： 图一 紊动机理实验仪结构示意图 1、自循环供水器 2、实验台 3、可控硅无级调速器 4、消色用丙种溶液容器 5、调节阀 6、染色用甲种溶液容器 7、恒压水箱 8、染色液输液管 9、调节阀 10、取水管 、11、混合器 12、上下层隔板 13、剪切流道显示面 14、排气阀 15、出水调节阀 16、分流管与调节阀 17、回水漏头
四、实验步骤及演示内容 1、插上水泵电机电源、灯光电源。先关闭阀5、9、15、16,打开调速 器,水泵启动,流量最大。调节调速器旋钮,使流量减小,使得水箱水位不 高于恒压水箱7之中间隔板的顶高。此时仅由取水管10单独向流道13供水, 使水体缓慢地充满下层流道,排除隔板下方滞留的气泡。如果一次操作不能 排净气泡,则应反复操作。排净气泡后开大供水流量,并操作阀14与15, 排除流道上的气泡。 2、加注染色药水:调节阀9,向混合器1直加注甲种溶液,与水混合 即呈紫红色。 3、加注消色药水:调节阀5,滴下丙种溶液,以保持工作水体处于五 色透明状态。 4、紊动发生演示:(1)上下层界面呈平稳直线演示:将阀16全开,下 层红色水流从此流出。调节阀15,使上层无色水流流速与下层流速相接近。 若界面直线不稳,可适当减小下层流速u2,方法是减小阀16开度,减小下 层水流流速大小,并适当关小阀15使上下层流速相近。(2)波动形成与发 展演示:调节阀15,适当增大上层流速u,界面有明显的速度差,于是开 始发生微小波动。继续增大阀15的开度,则波动演示更加明显。(3)波动 转变为旋涡紊动演示:将阀15开到足够大时,波动失稳,波峰翻转,旋涡 形成,界面消失,涡体的旋转运动,使得上下层液体质点发生混掺,紊动发 生。 5、异重流实验:实验时在甲种溶液中加入一定比例的食盐或白糖来提 高下层液体的密度,即可用来研究异重流的稳定性。 6、实验完毕,关机,切断电源。 五、注意事项 1、严格按照操作步骤进行操作 2、实验时,流入水中的甲种溶液一定要适当,否则,演示效果不好。 3、隔板下方的气泡要排净。如一次排不净,则应反复操作,直到排干 净为止。 六、思考题 1、紊流产生的两个必不可少的条件是什么? 2、液体运动的流态与哪些因素有关? 3、试叙述实际工程中所遇到的异重流运动现象
12 四、实验步骤及演示内容 1、插上水泵电机电源、灯光电源。先关闭阀 5、9、15、16，打开调速 器，水泵启动，流量最大。调节调速器旋钮，使流量减小，使得水箱水位不 高于恒压水箱 7 之中间隔板的顶高。此时仅由取水管 10 单独向流道 13 供水， 使水体缓慢地充满下层流道，排除隔板下方滞留的气泡。如果一次操作不能 排净气泡，则应反复操作。排净气泡后开大供水流量，并操作阀 14 与 15， 排除流道上的气泡。 2、加注染色药水：调节阀 9，向混合器 1 直加注甲种溶液，与水混合 即呈紫红色。 3、加注消色药水：调节阀 5，滴下丙种溶液，以保持工作水体处于五 色透明状态。 4、紊动发生演示：（1）上下层界面呈平稳直线演示：将阀 16 全开，下 层红色水流从此流出。调节阀 15，使上层无色水流流速与下层流速相接近。 若界面直线不稳，可适当减小下层流速 u2，方法是减小阀 16 开度，减小下 层水流流速大小，并适当关小阀 15 使上下层流速相近。（2）波动形成与发 展演示：调节阀 15，适当增大上层流速 ul，界面有明显的速度差，于是开 始发生微小波动。继续增大阀 15 的开度，则波动演示更加明显。（3）波动 转变为旋涡紊动演示：将阀 15 开到足够大时，波动失稳，波峰翻转，旋涡 形成，界面消失，涡体的旋转运动，使得上下层液体质点发生混掺，紊动发 生。 5、异重流实验：实验时在甲种溶液中加入一定比例的食盐或白糖来提 高下层液体的密度，即可用来研究异重流的稳定性。 6、实验完毕，关机，切断电源。 五、注意事项 1、严格按照操作步骤进行操作。 2、实验时，流入水中的甲种溶液一定要适当，否则，演示效果不好。 3、隔板下方的气泡要排净。如一次排不净，则应反复操作，直到排干 净为止。 六、思考题 1、紊流产生的两个必不可少的条件是什么？ 2、液体运动的流态与哪些因素有关？ 3、试叙述实际工程中所遇到的异重流运动现象