不可压缩流体恒定流动量定律实验

不可压缩流体恒定流动量定律实验实验目的要求验证不可压缩流体恒定流的动量方程；通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研讨，进一步掌握流体动力学的动量守恒定理；了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验装置

1.自循环供水器2.实验台3.可控硅无级调速器4.水位调节阀5.恒压水箱

6.管嘴7.集水箱8.带活塞的测压管9.带活塞和翼片的抗冲平板10.上回水管不可压缩流体恒定流动量定律实验活塞工作示意图

a.细导水管b.翼片c.窄槽不可压缩流体恒定流动量定律实验恒定总流动量方程为因滑动摩擦阻力水平分力，可忽略不计，故x方向的动量方程简化为即式中，为作用在活塞形心处的水深；为活塞的直径；为射流流量；为射流的速度；为动量修正系数。实验中，在平衡状态下，只要测得流量和活塞形心水深，由给定的管嘴直径活塞直径，代入上式，便可测定射流的动量修正系数值，并验证动量定律。实验原理不可压缩流体恒定流动量定律实验实验方法与步骤（一）准备熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能，记录有关常数。开启水泵打开调速器开关，水泵启动2－3分钟后，关闭2－3秒钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气。调整测压管位置待恒压水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管垂直、螺丝对准十字中心，使活塞转动松快。然后旋转螺丝固定好。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验方法与步骤（二）测读水位标尺的零点已固定在活塞圆心的高程上。当测压管内液面稳定后，记下测压管内液面的标尺读数，即值。测量流量用体积法或重量法测流量时，每次时间要求20秒左右。均需重复测三次再取平均值。改变水头重复实验逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按3-5步骤重复进行实验。不可压缩流体恒定流动量定律实验沿程水头损失实验

不可压缩流体恒定流动量定律实验实验目的要求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；掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气—水压差计及电测仪测量压差的方法；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。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验装置1．自循环高压恒定全自动供水器2．实验台3．回水管4．水压差计5．测压计6．实验管道7．电测仪8．滑动测量尺9．测压点10．实验流量调节阀11．供水管与供水阀12．旁通管与旁通阀13．稳压筒不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理由达西公式得其中另有能量方程对水平等直径圆管对于多管式水银压差有下列关系：其中，，、分别为水银和水的容重

不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（一）实验准备检查实验装置。看实验设备是否连接完善。开启所有阀门，（包括进水阀、旁通阀、流量调节阀）。打开防尘罩，通电。排气。测压架端软管排气：连续开关旁通阀数次，待水从测压架中经过即可。排气完毕，打开旁通阀。若测压管内水柱过高，可打开测压架顶部放气阀，（所有阀门都打开，）水柱自动降落，至正常水位拧紧放气阀即可。传感器端软管排气：关闭流量调节阀，打开传感器端排气阀，传感器内连续出水，关闭排气阀，排气完成。关闭流量调节阀，观察测压架内两水柱是否齐平，不平，找出原因并排除；齐平，实验准备完成，实验开始。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（二）层流实验全开进水阀、旁通阀，微开流量调节阀，当实验管道两点压差小于2cm(夏天)~3cm（冬天）时，管道内呈层流状态，待压力稳定，测量流量、温度、测压管内压差。改变流量3~5次，重复上述步骤。其中第一次实验压差，逐次增加。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（三）紊流实验关闭流量调节阀，将电测仪读数（即管道两测点压差）调零。夹紧测压架两端夹子，防止水流经测压架。全开流量调节阀、进水阀，适当关小旁通阀开度，增大实验管道内流量，待流量稳定之后，测量流量、温度、电测仪读数（即实验管道两测点压差）。改变流量3~5次，重复上述步骤。其中第一次实验压差，逐次增加，直至流量最大。实验完成，打开所有阀门，关闭电源。不可压缩流体恒定流动量定律实验局部阻力损失实验

不可压缩流体恒定流动量定律实验实验目的要求掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；通过对圆管突扩局部阻力系数的经验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实验法建立函数式的途径；加深对局部阻力损失机理的理解。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验装置实验装置示意图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.突然扩大试验管段8.测压针9.滑动标尺10.测压管11.突然收缩试验管段12.实验流量调节阀不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理（一）

流体流过管路中一些局部件时，流线变形，方向改变、速度重新分布，还有漩涡的产生等因素，使得流体质点间产生剧烈的能量交换而产生局部损失。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理（二）突然扩大（采用三点法计算）实测理论不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理（三）突然缩小（采用四点法计算）实测理论不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（一）测记实验有关常数。打开电子调速器开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。待水箱溢流后，检查泄水阀全关时，各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（二）打开泄水阀至适合开度，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法测记流量。改变泄水阀开度2次，分别测记测压管读数及流量。实验完成后关闭泄水阀，检查测压管液面是否齐平？否则，需重做。不可压缩流体恒定流动量定律实验

雷诺实验不可压缩流体恒定流动量定律实验实验目的观察层流和紊流的流动特征及其转变情况，以加深对层流、紊流形态的感性认识。通过对颜色水在管中的不同状态的分析，加深对管流不同流态的了解。学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理

同一种流体在同一管道中流动，当流速不同时，流体可有两种不同的流态。当流速较小时，管中水流的全部质点以平行而不相互混杂的方式分层流动，为层流；当流速较大时，管中水流各质点间发生互相混杂的运动，为紊流。不可压缩流体恒定流动量定律实验不可压缩流体恒定流动量定律实验实验装置图1.实验装置示意图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.流量调节阀不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（一）测记本实验的有关常数。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，使颜色水流成一条直线。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，在逐步管小调节阀，观察有紊流转变为层流的水力特征。测定下临界雷诺数。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（二）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；待管中出现临界状态时，测定流量；根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2320）比较，偏离过大，需重测；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；同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。不可压缩流体恒定流动量定律实验小流量－层流不可压缩流体恒定流动量定律实验中流量－过渡状态不可压缩流体恒定流动量定律实验大流量－紊流不可压缩流体恒定流动量定律实验不可压缩流体

恒定流能量方程实验

不可压缩流体恒定流动量定律实验实验目的要求验证流体恒定总流的能量方程；通过对动水力学现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性；掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验装置1.自循环供水器2.实验台3.调速器4.溢流板5.稳水孔板6.恒压水箱7.测压计8.滑动测量尺9.测压管10.实验管道11.测压点12.毕托管13.流量调节阀不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理（一）

流体在流动过程中，流体的各种机械能（位势能、压力势能和动能）是相互转化的。但由于实际流体存在粘性，流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。因而机械能沿流程减小。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理（二）在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i）的能量方程式（i＝2，3，……，n）取，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速及，从而即可得到各断面测管水头和总水头。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理（三）毕托管利用测压管和总压管（测速管）测得总水头和测管水头之差-速度水头，可用来测量管中某点的流速。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理（四）在渐变流的过水断面上，惯性力的分量为零，质量力与压差力的分量在此平面上相互平衡，所以，压强分布规律与静水中是一样的，即测管水头为常数。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理（五）在急变流段中，因惯性力在过水断面上有分量，它也参与了质量力与压差力的平衡，所以过水断面的测管水头为常数的结论不成立。对于流线是曲线的弯管急变流情况，因离心力的存在，造成断面上测管水头的分布规律如图。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（一）熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（二）打开阀13，观察思考1）测压管水头线和总水头线的变化趋势；2）位置水头、压强水头之间的相互关系；3）测点（2）（3）测管水头同否？为什么？4）测点（12）（13）测管水头是否不同？为什么？5）当流量增加或减少时测管水头如何变化？不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（三）调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管供演示用，不必测记读数）。改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。不可压缩流体恒定流动量定律实验平板边界层实验

边界层的定义及研究意义平板边界层的流动特性边界层的测量实验实例不可压缩流体恒定流动量定律实验普朗特（1905年）提出：在大Re情况下，粘性影响仅限于固体壁附近，提出了边界层的概念。在边界层内，流速存在很大的梯度，在边界层以外，流体可以看成是理想的。通过流动显示实验验证了其正确性。阻力问题与此薄层的特性有关。边界层内惯性力与粘性力量级相等。边界层的定义及研究意义不可压缩流体恒定流动量定律实验空气动力学等新兴学科得以发展经过80年的努力，阻力系数减少到原来的1/5。实例：汽车外形的发展历史不可压缩流体恒定流动量定律实验平板边界层的流动特性不可压缩流体恒定流动量定律实验边界层内的流场结构不可压缩流体恒定流动量定律实验层流边界层湍流边界层典型的流速剖面不可压缩流体恒定流动量定律实验由无量纲速度廓线的布拉修斯解与尼古拉兹实验测量结果吻合。理论与观测的比较不可压缩流体恒定流动量定律实验理论的层流边界层和湍流边界层的厚度

层流边界层湍流边界层

不管是层流边界层还是湍流边界层，其厚度随离前缘距离的增加而增加，层流边界层的厚度与成比例，而湍流边界层的厚度与成成比例，故湍流边界层厚度的增长比层流快得多，这是由于湍流中流体微团剧烈的横向运动所造成的。在同一位置处，Re数越大，边界层越薄。边界层厚度不可压缩流体恒定流动量定律实验边界层的测量平板边界层速度剖面和厚度的测定皮托管测速找出所对应的高度，即为边界层厚度画出速度剖面不可压缩流体恒定流动量定律实验边界层转捩点的确定测压法用热线风速仪观察脉动的波形流动显示法：烟丝法、氢气泡法不可压缩流体恒定流动量定律实验平板边界层实验实验目的1）学习测量固壁边界层流速分布的方法2）通过实验验证边界层的存在，并加深对边界层的认识。实验装置不可压缩流体恒定流动量定律实验实验装置示意图

数据采集软件界面不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤不可压缩流体恒定流动量定律实验注意事项1）实验中，毕托管距板前缘的距离应该足够大，否则边界层厚度与毕托管直径几乎一样大，所得速度剖面无意义。2）实验前后要对传感器进行校准。不可压缩流体恒定流动量定律实验绕流圆柱表面压头分布的测量

不可压缩流体恒定流动量定律实验实验目的要求学习测量流体绕流物体时表面压力分布的测量方法；图1.风机示意图了解实际绕圆柱体流动时压头分布的情况。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验装置

图1.风机示意图不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（一）熟悉各实验部分的调节方法，记下有关数据；实验采用流体运动，物体静止的方法研究气流与圆柱的相互作用；为了让风洞内气流较平稳，实验采用抽风形式以减少涡旋影响；使用皮托管来测定均匀分布在圆柱表面各处的压强值，从而得到平均流速。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验步骤（二）开启风机，分别记录三种不同风速时的和（i=1，2，……13）及计算各，（）绘出－关系曲线；绘出－关系曲线；计算雷诺数不可压缩流体恒定流动量定律实验水电比拟

不可压缩流体恒定流动量定律实验实验目的要求掌握应用水电比拟的原理和方法应用水电比拟测定流场的等势线或流线，并绘出等势线不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理（一）不可压缩流体的恒定平面势流中，点M（x，y）处的流速分量u（x，y）、v(x，y)

（1）势函数及流函数均为调和函数，它们满足拉普拉斯方程。电流在厚度为h的均匀电层上作恒定流动时，在电流场中点M（x，y）处的电流密度分量i，j

（2）其中，为电位函数，为电流函数。根据电流流动的连续方程和电流均无旋条件，可导出满足拉普拉斯方程。不可压缩流体恒定流动量定律实验实验原理（二）由上可知，平面电流场中的电位函数和电流函数，对应于势流场中的势函数和流函数，都满足拉普拉斯方程，在相同边界下，方程（1）（2）具有相同数学形式