流体力学实验指导.doc

流体力学实验指导书中山大学工学院2009年5月实验注意事项请同学们实验前首先完成预习报告。预习报告内容包括以下几个内容：1.实验目的；2.实验原理；3.实验方法与步骤；4.准备好实验数据处理表格。 做完实验后，将实验数据记录在预习报告设计好的表格内。然后进行误差分析、数据处理、绘制曲线。5.将本指导书每个实验后的思考题以及实验小结完成，和预习报告一起构成完整的一份实验报告上交。目 录（一）水力学实验雷诺实验文丘里实验沿程阻力实验局部阻力实验孔口管嘴实验静水压强实验动量定理实验能量方程实验（二）南校区实验船模阻力实验风洞落差系数测定二元机翼表面压力分布测定低速风洞标准飞机模型测力实验雷诺实验一、实验目的要求1观察层流、紊流的流态及其转换特征；2测定下临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；3掌握误差分析在实验数据处理中的应用。 二、实验原理1实验装置图 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。2实验原理根据雷诺数的表达式Re=VD/ ，结合连续性方程Q=AV ，得Re=4Q/(D)其中V表示管道中的平均流速，D表示管道直径，为水的运动粘性系数。通过层流与紊流的运动学特点，观察、判断层流向紊流转变时的情况，并测量相应数值，按上式计算获得雷诺数。层流向湍流转变的临界状态所测雷诺数称为上临界雷诺数，湍流向层流转变的临界状态所测雷诺数称为下临界雷诺数。水的运动黏性系数与温度有关，可由下式计算出其中T为温度，以摄氏度为单位。三、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。打开开关3使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内，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（2300）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(1)每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；(2)关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；(3)随出水流量减小，应适当调小开关，以减小溢流量引发的扰动。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，当色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数12次。四、数据处理： 实验记录、计算表 （请同学们自己设计表格，以下表格仅供参考） 水温度: () 管道直径: mm 量筒底面积: mm2序号量筒高度时间流量流速(m/s)雷诺准数Re观 察 现 象流 型（mm）(秒)（m3/s）1234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，完全散开等。误差分析：判断每个直接测量物理量的误差，并计算出每个Re的误差。预习报告完成此题：设管径 d=201mm ，水温t=210.5 ，量筒中的水增加100.2cm ，量筒底边为正方形边长200.5cm，计时为300.5S。试根据误差原理计算此状态的雷诺数以及各种误差源分别引起多大的误差限，根据计算各个误差限的大小，做出判断哪些物理量测量时应该特别注意。五、思考题以及实验小结1、层流、紊流两种水流流态的外观表现是怎样的？2、雷诺数的物理意义是什么？为什么雷诺数可以用来判别流态？3、临界雷诺数与哪些因素有关？为什么上临界雷诺数和下临雷诺数不一样？4、流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？5、破坏层流的主要物理原因是什么？文丘里流量计实验一、实验目的：1、了解文丘里流量计的构造、原理及使用方法。2、掌握确定流量系数的方法。3、绘制流量系数与实测流量以及流量与压降的关系，计算流量系数的平均值。二、实验原理：1.实验装置图2.实验原理文丘里流量计是一种管道测量的仪器，它由收缩段、喉道段和扩散段三部分组成。在文丘里流量计入口处取1-1断面，在其喉部收缩断出取2-2断面，由于流量计系水平放置，则流股在上述两断面的能量方程（不考虑能量损失）如下：其中为动能修正系数，根据连续性方程，得V1A1=V2A2令1=2=1，解上两式，得式中的为测压管的液面高差h。令 则。由此可见，通过测取h值，即可求出计算流量Q。由于实际上所取的两个断面之间存在着水头损失，所以实际流量Q0一般要略小于计算流量Q，二者的比值，称为流量系数，即 。实际流量Q0 用体积法测定，V为t时间内水由管道流入计量箱内的体积。三、实验步骤：1、准备工作（1）、记录仪器常数d1、d2的值，并算出K值。（2）、检查测压管管内空气是否排尽。（3）、全面开启出水阀门，将进水阀门调至较小开度。（4）、关闭排气阀。2、进行实验（1）、开泵，此时两个测压管中应出现较小高差。（2）、缓慢开启实验阀门，使两个测压管压差达到最大，作为第一个实验点，测读并记录测压管内液面的读数。（3）、与（2）同时，用秒表和计量箱测定实际流量，记下时间t和体积V。（4）、逐渐关小实验阀门，每次减小高差约10厘米左右，测读h、V和t，如此共进行6次。四、数据处理：（请同学们自己设计表格，以下表格仅供参考）仪器常数d1= , d2= , K= 2.5/s实验次数V TsQQ0平均值1234561考虑误差源的影响，计算出每种流量的的误差限。指出最应该注意的测量物理量是哪些。2. 绘制和的关系曲线。五思考题1.通过实验曲线说明文丘里流量计的流量系数随流量有什么变化规律。2.如何确定文丘里管水头损失？试计算各种流量下的水头损失。3.如果文丘里管没有水平放置，对测量结果有无影响？沿程水头损失实验一、实验目的要求1加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制 曲线；2掌握管道沿程阻力系数的量测技术；3将测得的关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。二、实验装置本实验的装置如图所示。三、实验原理由达西公式 得 其中hf为水头损失，为沿程阻力系数，L为管道长度、d为管道内径，V为平均流速，另由能量方程对水平等直径圆管可得 h为测压管的液面高差四、实验方法与步骤准备 对照装置图和说明，搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；记录有关实验常数：工作管内径和实验管长。准备 启动水泵。先打开出水阀门，再打开进水阀门，再慢慢减小出水阀门开度；等稳压筒中的水适当时，关闭稳压筒的排气口。准备 调通量测系统。1.检查测压管管内空气是否排尽。2.实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在进水阀、出水阀全开的前提下，逐次减小出水阀开度，若有水从测压管中溢出，则适当减小进水阀开度，每次调节流量时，均需稳定23分钟，流量愈小，稳定时间愈长；测流时间不小于810秒；测流量的同时，需测记水压差、温度计（温度表应挂在水箱中）等读数：层流段：应在水压计（夏季）（冬季）量程范围内，测记35组数据。紊流段：每次增量可按递加，直至测出最大的值。3结束实验。五、实验成果及要求1有关常数。 实验装置台号 圆管直径， 量测段长度。2记录及计算。3绘图分析* 绘制lglghf曲线，并确定指数关系值的大小。在厘米纸上以lg为横坐标，以lghf为纵坐标，点绘所测的lglghf关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率将从图上求得的值与已知各流区的值（即层流，光滑管流区，粗糙管紊流区，紊流过渡区）进行比较，确定流区。六、实验分析与讨论1考虑误差源的影响，计算出每种流量的的误差限。指出最应该注意的测量物理量是哪些。2为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响实验成果？3据实测值判别本实验的流区。4实际工程中钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动，大多为紊流阻力平方区，其原因何在？5管道的当量粗糙度如何测得？6本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。* 附录 莫迪图的曲线近似表达式：层流：湍流：其中e为绝对粗糙度，D为管径。当e/D=0 即为光滑圆管数据。1图纸 绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于1212cm；2坐标确定 若采用厘米纸，取为纵坐标（绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标），为横坐标；采用对数纸，纵坐标写，横坐标用，即不写成对数；3标注 在坐标轴上，分别标明变量名称、符号、单位以及分度值；4绘点 据实验数据绘出实验点；5绘曲线 据实验点分布绘制曲线，应使位于曲线两侧的实验点数大致相等，且各点相对曲线的垂直距离总和也大致相等。此图也可以用计算机处理绘出。39莫迪图记录及计算表（ 供同学们参考）常数次序体积时间s流量Q流速v水温粘度雷诺数测压管读数cm沿程损失cm沿程损失系数h1h2局部阻力损失实验一、实验目的要求1掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；2通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径；3加深对局部阻力损失机理的理解。二、实验装置本实验装置如图所示。图81局部阻力系数实验装置图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. 溢流板；6.稳水孔板；7.突然扩大实验管段；8.测压计；9. 滑动测量尺；10. 测压管；11.突然收缩实验管段；12.流量调节阀；实验管道由小大小三种已知管径的管道组成，共设有六个测压孔，测孔13和36分别测量突扩和突缩的局部阻力系数。其中测孔1位于突扩界面处，用以测量小管出口端压强值。三、实验原理写出局部阻力前后两断面的能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得：1突然扩大采用三点法计算，下式中由按流长比例换算得出。实测 理论 2突然缩小采用四点法计算，下式中B点为突缩点，由换算得出，由换算得出。实测 经验公式，计算中的速度应取小管径中的速度值。 当时，可简化为 四、实验方法与步骤1测记实验有关常数。2打开电源开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。3打开出水阀至最大开度，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法测记流量。4改变出水阀开度34次，分别测记测压管读数及流量。5实验完成。五、实验成果及要求1记录、计算有关常数： 实验装置台号 ， ， ， ， ， ， ， ， 。2整理记录、计算表。请同学们参考附表。3将实测值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。记录表次序流量测压管读数体积时间流量阻力形式次序流量前断面后断面突然扩大突然缩小六、实验分析与讨论1结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系。2结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？3现备有一段长度及联接方式与调节阀（图8.1）相同，内径与实验管道相同的直管段，如何用两点法测量阀门的局部阻力系数？4实验测得突缩管在不同管径比时的局部阻力系数（）如下：序号123450.20.40.60.81.00.480.420.320.180试用最小二乘法建立局部阻力系数的经验公式.5试说明用理论分析法和经验法建立相关物理量间函数关系式的途径。孔口与管嘴出流实验一、实验目的要求1掌握孔口与管嘴出流的流速系数、流量系数、侧收缩系数、局部阻力系数的量测技能；2通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口形状对出流能力的影响及相关水力要素对孔口出流能力的影响。二、实验装置图91孔口管嘴实验装置图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.溢流板；6.稳水孔板；7.孔口管嘴；8.防溅旋板；9.测量孔口射流收缩直径的移动触头；10.上回水槽；11.标尺；12.测压管；本实验装置如图9.1所示。测压管12和标尺11用于测量水箱水位、孔口管嘴的位置高程及直角进口管嘴2#的真空度。防溅板8用于管嘴的转换操作，当某一管嘴实验结束时，将旋板旋至进口截断水流，再用橡皮塞封口；当需开启时，先用旋板档水，再打开橡皮塞。这样可防止水花四溅。移动触头9位于射流收缩断面上，可水平向伸缩，当两个触块分别调节至射流两侧外缘时，将螺丝固定，然后用游标卡尺测量两触块的间距，即为射流收缩断面直径。本设备还能演示明槽水跃。三、实验原理管嘴出流、孔口出流示意图对O-O面，及C-C面列流束能量方程：对于孔口出流：对于管咀出流：流量系数 收缩系数 流速系数 阻力系数 四、实验方法与步骤1记录实验常数，各孔口管嘴用橡皮塞塞紧。2打开调速器开关，使恒压水箱充水，至溢流后，再打开1#园角管嘴，待水面稳定后，测记水箱水面高程标尺读数，测定流量（要求重复测量三次，时间尽量长些，以求准确），测量完毕，先旋转水箱内的旋板，将1#管嘴进口盖好，再塞紧橡皮塞。3依照上法，打开2#管嘴，测记水箱水面高程标尺读数及流量，观察和量测直角管嘴出流时的真空情况。4依次打开3#园锥形管嘴，测定及。5打开4#孔口，观察孔口出流现象，测定及，并按下述的方法测记孔口收缩断面的直径（重复测量三次）。然后改变孔口出流的作用水头（可减少进口流量），观察孔口收缩断面直径随水头变化的情况。6关闭调速器开关，清理实验桌面及场地。7注意事项：（1）实验次序先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板将进口盖掉，以免水花溅开；（2）量测收缩断面直径，可用孔口两边的移动触头。首先松动螺丝，先移动一边触头将其与水股切向接触，并旋紧螺丝，再移动另一边触头，使之切向接触，并旋紧螺丝，再将旋板开关顺时针方向关上孔口，用卡尺测量触头间距，即为射流直径。实验时将旋板置于不工作的孔口（或管嘴）上，尽量减少旋板对工作孔口、管嘴的干扰；（3）进行以上实验时，注意观察各出流的流股形态，并作好记录。五、实验成果及要求1有关常数： 实验装置台号 ， 出口高程读数， 出口高程读数，。2整理记录及计算表格（请同学们参考附表）考虑误差源的影响，计算出流速系数、流量系数、侧收缩系数、局部阻力系数的误差限。指出最应该注意的测量物理量是哪些。六、实验分析与讨论1结合观测不同类型管嘴与孔口出流的流股特征，分析流量系数不同的原因及增大过流能力的途径。2观察时，孔口出流的侧收缩率较时有何不同？3试分析完善收缩的锐缘薄壁孔口出流的流量系数有下列关系：根据这一关系，并结合其他因素分析本实验的流量系数偏离理论值（）的原因。其中为韦伯数（惯性力与表面张力之比）。表 分类项目水面读数体积时间流量平均流量水头面积流量系数测管读数真空度收缩直径收缩断面收缩系数流速系数阻力系数流股形态注：流股形态：光滑园柱；紊散；园柱形麻花状扭变；具有侧收缩的光滑园柱；其他形状。静水压强实验一、实验目的1、加深理解静力学基本方程式及等压面的概念；2、理解封闭容器内静止液体表面压力及其液体内部某空间点的压力；3、观察压力传递现象。二、实验仪器装置如图所示水静压强仪三、实验原理对密封容器的液体表面加压时，设其压力为，即 。从U 形管可以看到有压差产生，U 形管与密封容器上部连通的一面，液面下降，而与大气相通的一面，液面上升，由此可知液面下降的表面压力即是密闭容器内液体表面压力 ，即， h 是U 形管液面上升的高度。当密闭容器内压力下降时，U 形管内的液面呈现相反的现象，即 ，这时密闭容器内液面压力。H 为液面下降高度。四、实验步骤1、向水箱内注水至2/3 处，拧紧加压器并打开排气阀门，关闭与烧杯相连的导管上的阀门，打开与U 形管相连的阀门；2、用加压器缓慢加压，关闭排气阀门及与U 形管相连的阀门，读取Z1 （靠近水箱一侧液柱的高度）、Z2 （同一个U 形管另一侧的液柱高度），同时观察A、B 管内液柱变化情况并重复三次；3、打开与烧杯相连的导管上的阀门，不再有气泡冒出后，关闭该阀门；4、关闭排气阀门，打开水箱下端排水阀门，放出少量水，读取Z1 、Z2 ，同时观察A、B 管内液柱变化情况，并重复三次。五、数据处理六、演示步骤如果对密闭容器的液体表面加压时，其容器内部的压力向各个方向传递，在右侧的测压管中，可以看到由于A、B 两点在容器内的淹没深度h 不同，在压力向各点传递时，先到A 点后到B 点。在测压管中反应出的是A 管的液柱先上升而B 管的液柱滞后一点也在上升，当停止加压时，A、B 两点在同一水平面上。1、关闭排气阀，用加压器缓慢加压，U 形管出现压差h ，在加压的同时，观察右侧A、B 管的液柱上升情况；2、打开排气阀，使液面恢复到同一水平面上，关闭排气阀，打开密闭容器底部的水门，放出一部分水，造成容器内压力下降。七、思考题1、用该设备是否可以测出其他液体的重度？为什么？2、A、B 管内的液面高度为何相等？动量方程实验一、实验目的通过以下两种方法验证动量方程：1、射流对水箱的反作用；2、射流对平板的作用力。二、实验仪器实验装置如图 所示1.实验水箱 2.控制阀门3.高位水孔 4.低位水孔 5.砝码 6.转动轴承 7.挡板8.固定插销 9.水平仪10.喷嘴 11.水泵 12.水箱 13.挡水板 14.实验台支架三、实验原理1、射流对水箱的反作用力以水箱水面，出口断面及箱壁为控制面，对X 轴列动量方程：式中： R X 水箱对水流的反作用； 水的密度；Q流量；，动量修正系数，取1； 水箱水面的平均流速在X 轴的投影，取0； 出口断面的平均流速在X 轴的投影；由对转轴计算力矩M 求得RX式中： L 出口中心至转轴的距离；d 出口直径； 出口流速。移动平衡砝码得到实测力矩M O：式中：G 平衡砝码重量； 未出流时（静态）平衡砝码至转轴的距离；S 出流时（动态）砝码至转轴的距离2、射流对平面的作用力取喷嘴出口断面，射流表面，以及平板出流的截面为控制面，对X 轴列动量方程：由对转轴计算力矩M 求得RX式中： 水流冲击点至转轴的距离添加砝码得到实测力矩式中：G 砝码重量；L2 砝码作用点到转轴的距离。四、实验步骤1、射流对水箱的反作用力1）开进水阀门，将水箱充满水，关小阀门，使之保持较小溢流；2）拔出插销，移动砝码，使水平仪水平，记下此时（静态）砝码位置O S ；3）插上插销，将出口转至高孔位置。调节阀门，使之仍保持较小溢流；4）拔出插销，移动砝码，使水平仪水平，记下此时（动态）砝码的位置S ；5）用体积法测量流量，计算流速。2、射流对平面的作用力1）在拉链端部加重量50 克砝码，然后开启并调节阀门，使平板保持垂直位置，记下砝码位置，用体积法测流量；2）改变砝码重量，重复步骤1)。五、数据处理实验数据填入表1、表2 中1、水箱法：仪器常数： d = cm ， L1 = cm ，S O = m ，G = N 。2、平板法：仪器常数： d = cm ， L 1 = m ， L2 = m 。六、注意事项1、调节前，必须将插销插上；2、拔出插销后，应用手托扶水箱，以免摆动过大损坏仪器；3、应缓慢开启和调节阀门。七、思考题1、为什么计算的力总是大于实测的力？2、分析实验结果及误差源及误差限。能量方程演示实验一、实验目的1、观察恒定流情况下，水流所具的位置势能、压强势能和动能，以及在各种边界条件下能量的守恒和转换规律，加深对能量方程物理意义的理解。2、观察测压管水头线和总水头线沿程变化的规律，以及水头损失现象。3、观察管流中的真空现象及渐变流过水断面与急变流过水断面上的动水压强分布规律。二、实验原理实际液体在有压管道中作恒定流时，其能量方程如下：上式表明：液体在流动过程中，液体所具有的各种机械能（单位位能、单位压能和单位动能）是可以相互转化的。但由于实际液体存在粘性，液体运动时为克服阻力而要消耗一定的能量，也就是一部分机械能转化为热能而散逸，即水头损失。因而机械能应沿程减小。在均匀流或渐变流过水断面上，其动水压强分布符合静水压强分布规律：或但不同的过水断面上c值不同。在急变流过水断面上，由于流线的曲率较大，因此惯性力亦将影响过水断面上的压强分布规律，即不符合静水压强分布规律。过水断面的能量由位能，压力能，动能三部分组成。水流在不同的直径，不同的高程的管道中流动，三种能量不断的相互转换，在实验管道的各个断面设置测压管及测速管，就可以显示三种能量沿程变化的实际情况。测压管中的水位显示的是位能和压力能之和，即能量方程中的前两项：,测速管中水位显示的是位能，压力能，动能之和，即将测压管中的水位线连成一线，称为测压管水头线，反映了势能的沿程变化；将测速管中的水位线连成一线，称为总水头线，反映了总能量沿程变化。两线的距离即流速水头。三、实验设备如图一所示的能量方程演示仪是自循环的水流系统，在进水管段设有转子流量计，演示段由直管、突然扩大管、文丘里管、突然缩小管、虹吸管和弯管等有机连接而成，在管道上沿水流方向上的若干过水断面的边壁设有测压孔，在设置测压管的过水断面上同时装有单孔毕托管，可以测量测压管水头和总水头。在管道的进出口设置有调节阀门来控制流量。四、操作步骤和演示内容1、熟悉设备，分辨测压管和毕托管。2、接通电源。3、缓缓打开进水阀，反复开关尾阀将管道及测压管中空气排净。4、调节进水阀，固定某一流量(以Q=1500 L/h左右为宜)，待水流稳定后，根据能量方程观察管道各断面上单位重量水体的位能、压能、动能和水头损失，并弄清能量守恒及位能、压能和动能的相互转化。5、观察测压管水头线和总水头线沿程变化的规律，并分析其原因。6、观察管道中各种局部水力现象，如突然扩大和突然缩小情况下的测压管水头的变化；渐变流过水断面上各点测压管水头相等，而急变流过水断面上各点的测压管水头不相等；虹吸管段上的真空现象等。7、将尾阀开大和关小，观察各测压管水面连线的变化。8、演示结束后，切断电源。五、注意事项1、阀门开启一定要缓慢，并注意测压管中水位的变化；不要使测压管中的水上升过大，以免影响演示效果。2、演示实验时，一定要将管道和测压管中的空气排净。六、思考题1、如何确定管中某点的位置高度、压强高度、流速水头、测压管水头和总水头？2、总水头线和测压管水头线是否总是沿程下降?3、突然扩大和突然缩小段测压管水头线是否总是上升?4、文丘里管段上各断面的测压管水头变化说明了什么?5、虹吸管段的最大真空值如何确定?6、弯管凸凹边壁上的测压管水头有何差异?为什么?船模阻力实验船舶在水面上航行时，会遭受水的阻力作用。如何预测船舶在航行时所遭受的阻力？船型和阻力之间的关系如何？这是船舶设计研究需要解决的重要问题。迄今为止，船模阻力实验是确定船舶阻力的最有效的方法。近年来，根据流体力学基本理论研究船舶阻力问题有很大进展，加上电子计算机的广泛应用，使得船舶阻力的理论计算方法有很大发展。但是，由于船舶阻力问题比较复杂，在理论计算时常需作某些简化假定，故所得结果与实际到底存在多大差别，需要用船模实验结果进行检验，或进行适当的修正。综上所述，船模阻力实验是目前研究船舶阻力最基本有效的方法。一、 本教学实验的目的和内容本教学试验的目的是使学生初步掌握船模阻力试验的基本方法和根据船模试验结果换算到实船阻力的基本方法，借以培养学生进行科学试验研究的工作能力。根据上述目的，本教学试验包括两个方面的内容：1. 测定船模阻力与速度之间的关系。2. 求出实船阻力（有效功率）与航速之间的关系。二、 实验方法图1为我校试验水池简图。拖车可沿水池两旁的轨道上行走；拖车上装置有控制、驱动系统及有关测量仪器，并载若干名试验人员。图2表示船模与拖车连接的情况，拖曳船模的钢丝通过导轮与阻力仪连接。图1试验时，预先根据实船速度Vs，按相似定律确定船模速度Vm，式中，称缩尺比。图2拖车起动，并通过刹船架夹住船模一起加速，当拖车达到所要求速度下等速前进时，松开刹船架，此时拖车通过钢丝拖着船模前进，由阻力仪器测出钢丝拖力（也就是船模阻力Rtm），并同时用测速仪测量拖车速度（也就是船模速度Vm）。记录完毕，刹住船模，拖车减速，刹车，退回原处，这就完成了一个速度点的试验。重复上述过程，直到得到完整的一条阻力曲线。三、 由船模试验结果换算到实船阻力的方法由船舶阻力理论已知，船舶在航行时遭受的总阻力可分为摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力。船模试验只能测得其总阻力。目前，阻力换算方法有两种，其中一种式佛鲁德法（又称二因次法），即假定将船舶总阻力分为摩擦阻力和剩余阻力两部分，剩余阻力(包括兴波阻力和形状阻力)可以应用重力相似定律，而摩擦阻力则与同速度、同长度、同湿面积的平板（称为相当平板）的摩擦阻力相等。根据这一假定，就可以从船模试验结果计算同一佛氏数时的阻力。换算步骤如下：1. 计算船模总阻力系数式中，Rtm 船模阻力，牛顿 试验水池水密度，公斤/米3 船模湿面积，米2 船模速度，米/秒2. 计算船模摩擦阻力系数。平板摩擦阻力系数公式很多，目前常用国际水池会议推荐的公式：式中， 船模雷诺数 Lm 船模水线长，米 试验水池中的水的运动粘性系数，可从水温表查得3. 计算船模的剩余阻力系数4. 求实船的相对应速度及实船剩余阻力系数。根据相似定律，实船与船模佛鲁德数相等时，剩余阻力系数相等。由 得 此时 CrsCrm5. 计算实船摩擦阻力系数（）式中， 实船雷诺数。Ls 实船水线长，米。 水的运动粘性系数，一般取15C时的值通常取实船粗糙度补贴6. 计算实船总阻力系数7. 计算实船总阻力 （牛顿）式中，Ss 实船湿面积，米2 水的密度，公斤/米3，一般取15C时的值在工程上，实船总阻力通常用有效功率表示： (千瓦)以上计算，通常列表进行较为方便。四、 实验报告船模阻力实验报告是一份完整的科学实验资料，应把有关的实验情况、换算方法、实验结果等等说明清楚，其内容一般应包括如下部分：1. 实船主尺度和船型参数。2. 船模阻力实验记录表。3. 船模总阻力曲线图。4. 实船有效功率计算表。5. 实船有效功率曲线图。6. 试验报告中的字迹、图表曲线等要端正、清楚。 主要参数：尺度比：50表一. “朝阳”号远洋货轮实船主要尺度及船型系数设计水线长(m)型 宽(m)设计吃水(m)排水体积(m3)湿表面积(m2)方形系数 152.0 20.4 8.2 16500 4075 0.649附表1船模阻力实验记录表船模编号： 船模排水量： 附件：_ 船模吃水： 激流方法： 使用仪器：_ 试验水深： 试验水温： 船模材料：_ 试验者： 指导老师： 日期：_ 次数要求速度（米/秒）实际速度（米/秒）仪器记录（毫米）船模阻力（牛顿）备注12345678910111213 风速测量与风洞压力落差系数的测定一 实验目的与要求1 掌握在风洞中，测量风速的方法。2 测定中大风洞的压力落差系数。二 实验设备与原理 用高精度风速管测量风洞工作段的风速，可得 V=（P0P）0.5=（h1水g）0.5 式中，P0 、P - 分别是风洞工作段气流的总压和静压； h1 = H1 H2 ，单位：m ； H1 、H2 - 分别是压力计上总压和静压的液柱读数； - 气体密度； 水 = 1000 kg/m3 ，g = 9.81 m/s2； - 风速管的校正系数，= 1.004同时，用压力落差法测量风洞工作段的风速为 V=（PAPB）0.5=（h2水g ）0.5 式中，PA 、PB - 分别是收缩段进口截面和出口截面上的静压； h2 = HA HB ，单位：m ； HA 、HB - 分别是压力计上，收缩段进口截面和出口截面上静压的液柱读数； - 风洞压力落差系数，正待实验测定。因为两者测量的是同样的风速，所以两者测量所得数值应该相等，即有 （P0P）=（PAPB）于是得 =（P0P）（PAPB）=h1h2三 实验步骤1 在风洞工作段安装风速管，注意其方向应与风洞轴线方向一致，并用软管把总压和静压接到第一台U形压力计上。2 用软管把收缩段进口截面和出口截面上的静压接到第二台U形压力计上。3 启动风洞，调节电机转速到第一个预定值（如300转/分）后，读取两台压力计的读数，记入表格中。4 调节电机转速到第二、三、四个预定值（如600、900、1200转/分），重复第3步的工作。5 测量室内温度a和大气压力Pa。四 实验数据处理实 验 数 据 记 录 及 计 算 表室温a= C， 气压Pa= 帕气体密度=Pa287（273+a）= kg/m3 ， 日期： 年 月 日序号电机转速(转/分)接风速管风速(m/s)接落差测压孔落差系数 H1(mm)H2(mm)h1(mm)HA(mm)HB(mm)h2(mm)13002600390041200取平均，得中大风洞的压力落差系数=（1+2+3+4）4二元机翼表面压力分布的测定一实验目的与要求1 了解测定绕流物体表面压力分布的方法；2 测量机翼表面在不同攻角下的压力分布；3从多管压力计上观察机翼失速时的压力分布状态。二实验原理 三实验装置 实验模型：NACA0024翼型，弦长b=0.15m，最大厚度c=0.036m，18个测压点。实验装置示意图见课本第177页图7-29，用两台多管压力计，工作液为纯水。四实验步骤1 把模型安装在实验段中，按顺序把机翼上的测压孔一一对应接到多管压力计上，检查各测压软管是否畅通，是否漏气。2 在实验段中模型上游适当位置安装风速管，并把总、静压孔接到多管压力计上。3 启动风洞，并调节电机到预定转速（如1000转/分）。4 调节机翼的攻角到预定角度（如=4）。记下各测压管液柱的读数。5调大机翼的攻角，观看多管压力计上各管液柱的高度变化（不必记录读数），从而了解机翼失速时的压力分布的变化。6 风洞停车，记录室温a和大气压Pa 。五 实验数据处理1 列表计算机翼表面各点处的压力系数Cp。设第I根测压管的读数为Hi，来流静压测压管读数为H，所以，机翼表面第I点的压力与来流静压之差为 Pi P = （Hi H）水 g同理，来流动压为0.5Pv2（P0P ）= （H0 H）水 g 于是，机翼表面第I点的压力系数为 Cpi（Pi P）0.5Pv2（Hi H）（H0 H）2 用矢量法表示机翼表面的压力分布。实验记录与计算表大气压力Pa= Pa 大气温度a= C 大气密度= kg/m3 =1.004翼型：NACA0024 攻角= h(mm)点号h(mm)h(mm)CPh0(mm)h(mm)点号h(mm)h(mm)CP111212313414515616717818910（从第一台多管压力计读数） （从第二台多管压力计读数）低速风洞标准飞机模型测力实验一实验目的：标准飞机模型测力实验是测量作用在标准飞机模型上的空气动力和力矩，为确定飞机气动特性提供原始数据。本次实验仅做标准飞机模型纵向实验，即实验时侧滑角b=0。改变攻角，测量纵向三个分量（升力、阻力和俯仰力矩）系数CL、CD和MZ随攻角a的变化规律。二实验设备及其工作原理简介：1） 风洞：是产生人工气流的设备，本次实验所用风洞为开口回流式风洞，如下图所示。其主要组成部分为实验段、扩压段、拐角和导流片、稳定段、收缩段以及动力段。采用可控硅控制无级调速；配置有尾撑式ab机构及内式六分量应变天平。 2） 六分量应变天平：是是一种专用的测力传感器。用于测量作用在模型上的空气动力的大小。所谓六分量是指该天平能测