工程流体力学实验报告（3代学生样版）

工 程 流 体 力 学 实 验

指 导 书 与 报 告

毛 根 海 编著

杭州源流科技有限公司 毛根海教授团队

2013年3月

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 2-3文丘里综合型实验 ...........................................................................17 2-4 雷诺实验 ..........................................................................................23 2-5 动量定律综合型实验 ......................................................................27 2-6 孔口出流与管嘴出流实验 ..............................................................33 2-7 局部水头损失实验 ..........................................................................38 2-8 沿程水头损失实验 ..........................................................................43 2-9毕托管测速与修正因数标定实验 ...................................................49 2-10 达西渗流实验 ................................................................................54 2-11 平面上的静水总压力测量实验 ....................................................59

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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。

12345678p0A9BCcDba1011 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

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(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

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放水，可对装置内部减压，形成真空。

(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

z?p?C 或 p?p0??gh ?g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

?oh1? ?wH8o2h18o28p01p02h2Hop 0=0 h1AHAp02wwp01wHw(a) (b)

图 2油的密度测量方法一 图3 油密度测量方法二

w

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

p01??wgh1??ogH

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)

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