工程流体力学实验报告与解答
工 程 流 体 力 学 实 验 报 告 与 解 答
目录2-1流体静力学综合型实验2-2恒定总流伯努利方程综合性实验82-4雷诺实验.23.272-5动量定律综合型实验-2 -
- 2 - 目 录 2-1 流体静力学综合型实验 .1 2-2 恒定总流伯努利方程综合性实验.8 2-4 雷诺实验 .23 2-5 动量定律综合型实验 .27
2-1流体静力学综合型实验一、实验目的和要求1.掌握用测压管测量流体静压强的技能：2.验证不可压缩流体静力学基本方程：3.测定油的密度；通过对诸多流体静力学现象的实验观察分析，加深流体静力学基本概念理4.解，提高解决静力学实际问题的能力。二、实验装置1.实验装置简图实验装置及各部分名称如图1所示。2835D91011图.1流体静力学综合型实验装置图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.截止阀8.U型测压管9.油柱10.水柱11.减压放水阀说明：下述中的仪器部件编号均指实验装置图中的编号，如测管2即为图1中“2.带标尺测压管”。后述各实验中述及的仪器部件编号也均指相应实验装置图中的编号。2.装置说明
2-1 流体静力学综合型实验 一、实验目的和要求 1. 掌握用测压管测量流体静压强的技能； 2. 验证不可压缩流体静力学基本方程； 3. 测定油的密度； 4. 通过对诸多流体静力学现象的实验观察分析，加深流体静力学基本概念理 解，提高解决静力学实际问题的能力。 二、实验装置 1．实验装置简图 实验装置及各部分名称如图 1 所示。 图 .1 流体静力学综合型实验装置图 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. 截止阀 8. U 型测压管 9. 油柱 10. 水柱 11. 减压放水阀 说明：下述中的仪器部件编号均指实验装置图中的编号，如测管 2 即为图 1 中 “2. 带标尺测压管”。后述各实验中述及的仪器部件编号也均指相应实验装置图中 的编号。 2. 装置说明 p 10 9 1 2 3 6 8 c b a D C B A 0 4 5 7 11
(1）流体测点静压强的测量方法之一一一测压管流体的流动要素有压强、水位、流速、流量等。压强的测量方法有机械式测量方法与电测法，测量的仪器有静态与动态之分。测量流体点压强的测压管属机械式静态测量仪器。测压管是一端连通于流体被测点，另一端开口于大气的透明管，适用于测量流体测点的静态低压范围的相对压强，测量精度为1mm。测压管分直管型和“U”型。直管型如图1中管2所示，其测点压强p=Pgh，h为测压管液面至测点的竖直高度。“U”型如图中管1与管8所示。直管型测压管要求液体测点的绝对压强大于当地大气压，否则因气体流入测点而无法测压；“U”型测压管可测量液体测点的负压，例如管1中当测压管液面低于测点时的情况；“U”型测压管还可测量气体的点压强，如管8所示，一般“U”型管中为单一液体（本装置因其它实验需要在管8中装有油和水两种液体)，测点气压为p=pgAh，△h为“U”型测压管两液面的高度差，当管中接触大气的自由液面高于另一液面时△h为“+”，反之△h为“_”。由于受毛细管影响，测压管内径应大于8~10mm。本装置采用毛细现象弱于玻璃管的透明有机玻璃管作为测压管，内径为8mm，毛细高度仅为1mm左右。(2)恒定液位测量方法之一—一连通管测量液体的恒定水位的连通管属机械式静态测量仪器。连通管是一端连接于被测液体，另一端开口于被测液体表面空腔的透明管，如管3所示。对于口容器中的测压管也是测量液位的连通管。连通管中的液体直接显示了容器中的液位，用mm刻度标尺即可测读水位值。本装置中连通管与各测压管同为等径透明有机玻璃管。液位测量精度为1mm。(3)所有测管液面标高均以带标尺测压管2的零点高程为基准；(4）测点B、C、D位置高程的标尺读数值分别以VB、Vc、Vp表示，若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则VB、Vc、Vp亦为ZB、ZC、ZD；(5）本仪器中所有阀门旋柄均以顺管轴线为开。3.基本操作方法：(1)设置po=0条件。打开通气阀4，此时实验装置内压强po=0。(2)设置po>0条件。关闭通气阀4、放水阀11，通过加压打气球5对装置打气，可对装置内部加压，形成正压；(3)设置po<0条件。关闭通气阀4、加压打气球5底部阀门，开启放水阀11放水，可对装置内部减压，形成真空。-2-
- 2 - (1) 流体测点静压强的测量方法之一——测压管 流体的流动要素有压强、水位、流速、流量等。压强的测量方法有机械式测量 方法与电测法，测量的仪器有静态与动态之分。测量流体点压强的测压管属机械式 静态测量仪器。测压管是一端连通于流体被测点，另一端开口于大气的透明管，适 用于测量流体测点的静态低压范围的相对压强，测量精度为 1mm。测压管分直管 型和“U”型。直管型如图 1 中管 2 所示，其测点压强 p gh = ，h 为测压管液面至 测点的竖直高度。“U”型如图中管 1 与管 8 所示。直管型测压管要求液体测点的绝 对压强大于当地大气压，否则因气体流入测点而无法测压；“U”型测压管可测量液 体测点的负压，例如管 1 中当测压管液面低于测点时的情况；“U”型测压管还可测 量气体的点压强，如管 8 所示，一般“U”型管中为单一液体（本装置因其它实验 需要在管 8 中装有油和水两种液体），测点气压为 p g h = ，h 为“U”型测压管 两液面的高度差，当管中接触大气的自由液面高于另一液面时h 为 “+”，反之h 为“-”。由于受毛细管影响，测压管内径应大于 8~10 mm。本装置采用毛细现象弱 于玻璃管的透明有机玻璃管作为测压管，内径为 8mm，毛细高度仅为 1mm 左右。 (2)恒定液位测量方法之一——连通管 测量液体的恒定水位的连通管属机械式静态测量仪器。连通管是一端连接于被 测液体，另一端开口于被测液体表面空腔的透明管，如管 3 所示。对于敞口容器中 的测压管也是测量液位的连通管。连通管中的液体直接显示了容器中的液位，用 mm 刻度标尺即可测读水位值。本装置中连通管与各测压管同为等径透明有机玻璃 管。液位测量精度为 1mm。 (3)所有测管液面标高均以带标尺测压管 2 的零点高程为基准； (4) 测点 B、C、D 位置高程的标尺读数值分别以B、C、D 表示，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； (5) 本仪器中所有阀门旋柄均以顺管轴线为开。 3. 基本操作方法： (1)设置 p0 = 0 条件。打开通气阀 4，此时实验装置内压强 p0 = 0。 (2)设置 p0 > 0 条件。关闭通气阀 4、放水阀 11，通过加压打气球 5 对装置打 气，可对装置内部加压，形成正压； (3)设置 p0 < 0 条件。关闭通气阀 4、加压打气球 5 底部阀门，开启放水阀 11 放 水，可对装置内部减压，形成真空
(4)水箱液位测量。在po=0条件下读取测管2的液位值，即为水箱液位值。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≥2+卫=C或p= po+ pghpg式中：被测点相对基准面的位置高度：被测点的静水压强（用相对压强表示，以下同）；p一水箱中液面的表面压强；po一液体密度：p-h一被测点的液体深度。2.油密度测量原理方法一：测定油的密度P。，简单的方法是利用图1实验装置的U型测压管8，再另备一根直尺进行直接测量。实验时需打开通气阀4，使po=0。若水的密度pw为已知值，如图2所示，由等压面原理则有Po_hPwHX(b)(a)图2油的密度测量方法一图3油密度测量方法二方法二：不另备测量尺，只利用图1中测管2的自带标尺测量。先用加压打气球5打气加压使U型测压管8中的水面与油水交界面齐平，如图3(a)所示，有Po = pwgh =P.gH再打开减压放水阀11降压，使U型测压管8中的水面与油面齐平，如图3(b)所示，有
(4)水箱液位测量。在 p0 = 0 条件下读取测管 2 的液位值，即为水箱液位值。 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 p z C g + = 或 p = p0 + gh 式中： z —— 被测点相对基准面的位置高度； p —— 被测点的静水压强（用相对压强表示, 以下同）； p0 —— 水箱中液面的表面压强； —— 液体密度； h —— 被测点的液体深度。 2．油密度测量原理 方法一：测定油的密度 o ，简单的方法是利用图 1 实验装置的 U 型测压管 8， 再另备一根直尺进行直接测量。实验时需打开通气阀 4，使 p0 = 0。若水的密度 w 为已知值，如图 2 所示，由等压面原理则有 o 1 w h H = (a) (b) 图 2 油的密度测量方法一 图 3 油密度测量方法二 方法二：不另备测量尺，只利用图 1 中测管 2 的自带标尺测量。先用加压打气 球 5 打气加压使 U 型测压管 8 中的水面与油水交界面齐平，如图 3(a)所示，有 01 w 1 o p gh gH = = 再打开减压放水阀 11 降压，使 U 型测压管 8 中的水面与油面齐平，如图 3(b) 所示，有 h1 H A A 8 0 p =0 w o 01 w 1 w p 01 H p h 2 8 1 w 01 w o 1 w p 01 H p h 2 8 1 w 02 w 2 w p p 02 H h 2 8 o