流体力学实验指导书2012年春
更新时间:2023-10-24 15:30:01 阅读量: 综合文库 文档下载
前 言
流体力学实验是学习流体力学课程的一个重要环节。当我们感到流体力学的理论、公式难于理解和掌握的时候,实验将帮助我们解决一个又一个难题。学完这门课之后的若干年,可能对流体力学的理论、公式的记忆已很淡薄,但一些实验方法、测试技术仍然记忆犹新,由此可见实验对于课程学习的重要作用。事实上,实验方法与理论研究和数值计算一样都是流体力学研究的基本方法。实验不但能检验理论和计算是否正确,还可以发现新的流动现象,探索新的理论方法。实验技能是每一个科学工作者和工程技术人员的基本素质。
流体力学实验室为开放型实验室,全天为学生开放,只需提前三天预约即可。为了保证实验的教学质量。要求学生做到以下几点。
1、实验之前必须预习实验指导书及有关理论,了解实验的目的,仪器设备、实验原理、实验方法、操作规程及数据处理等等。上实验课时,接受指导教师检查。预习不合格者,不能参加实验。
2、在实验室中,要专心致志,遵守纪律,接受教师的指导与管理。
3、实验小组要协调一致,既要取得准确的测量数据,又要使每个学生掌握实验中的各个测试环节。
4、当场计算实测数据,以便检查实验的正确性。
5、实验观测完毕,应将仪器设备恢复为启用前的状态,请教师检查后才能离开实验室。
6、在实验过程中,如遇仪器设备工作不正常,应立即报告教师,在教师指导下排除故障,不得擅自拆卸。
7、爱护仪器设备,细心操作,倘有损坏,应立即报告教师,按规定处理。 8、实验后的一周内,提出个人的实验报告送教师审批。要求报告书写工整,图表清晰、结果正确;有不符合要求者,应与实验室联系重新补做。
流体力学实验室
2012年3月
实验一 水静压强实验
1
(一)实验目的
1. 观察测点的测压管水头(位置水头与压强水头之和),加深对静压强公式的理解。 2. 求未知液体的密度。
(二)实验装置
图1-1是本实验使用的静压强实验仪,它的主要设备是一个有机玻璃的密封容器,其内盛有水,容器顶有一个密封阀门。侧面开设有若干测压管,其中测压管10和11分别与测点A、B相通,管1和2、管9和10分别是U形压差计,内盛未知密度?1的液体和水。图1-1的右边有一个可移动容器,用于调节密封容器里水面上的气压P0。
1910112BA 图1—1 静压强实验仪
(三)实验原理
由流体静力学公式 Z?p?g? 常数 (1-1)
可知,在不可压缩静止流体里,任意一点的位置水头与压强水头(称为测压管水头)之和是一个常数,测点A和B的位置高度不同,压强也不相同,但它们的测压管水头都相同,即测压管10和11的液面在同一水平面上,这就验证了流体静力学公式(1-1)。
流体静力学公式还可以写成
p?pa??
由图1-1看出,
p0?pa??g(z10?z9)??1g(z2?z1)
2
式中pa是当地大气压强,p0是密封容器内水面上的气体压强,?是水的密度,
3??1000kg/m。由此得到未知液体的密度是
?1??(z10?z9)/(z2?z1) (1-2)
(四)实验步骤
1、将可移动容器提到中间高度,打开容器上部的阀门,这时测压管9,10,11的读数相同,测压管1和2的读数也相同。
2、关闭容器顶部的密封阀门。
3、提升或下降可移动容器,以便改变密封容器内水面的气体压强,但必须p0?pa,记录液面1,2,9,10的高度。重复三次,算出未知液体密度的平均值。
注意事项:
1、密封容器中的水面一定要高于B点,才能关闭密封阀门。
2、改变可移动容器的高度位置时,要等到各测压管液面高度稳定后才开始读数。如果测压管液面不能保持稳定,说明密封不严,应加以处理。
(五)实验记录与计算
表1--1 实验台编号: 数 据 序 号 1 p0?pa 测压管液面高度读数(mm) z z2 z9 z10 液体密度(kg/m) z11 3?1 2 3 未知液体的密度平均值:?1=
(六)思考题
在实验过程中,哪几根测压管的液面为等压面?为什么?
附:水静压强仪使用说明
3
(一)概述:
水静力学基本方程式是水静力学的核心,有两种表达形
p??z?c(常数)
p?p0?rh
本仪器主体是一个透明密闭容器,在不同高度安置四根不同类型的测压管,可演示容器中表面压强p0>pa(大气压强)及p0
1、 验证
pp??z?常数:
?:测压管高度,z:位置高度,两者之和为测压管水头。上式表示静止
液体中,各点的测压管水头相等。
打开阀1、阀2、阀3(此阀永远开着)及容器后面的进气阀,使表面压强为
4
大气压。此时管1、管2、管3及容器中的水位一平。关闭阀1、阀2,用压气球对容器表面加压,此时管3中之小位上升,至一定高度时,关阀进气阀。开启阀1和阀2,管1和管2中之水位徐徐上升,直至和管3中之水位一平。由此验证水静力学基本方程式的正确性。
2、测定静止液体中某点的压强: 对容器表面加压,其值方可由管2和容器的液面差乘以蒸溜水容重γ求得,量得该点在液面下的淹没深h,即可求得其静压强值:P=P0+γh。
3、测定某液体的容重γ′:
在右侧U形测压管中加入某种欲测定容重的液体(一般容示实验可用红黑水),对容器表面加压后,U形管中产生高差点h',?'h'表示容器表面压强P0。管2水位和容器水面的差值乘以蒸馏水γ,也表示P0,两者应相等,由此即可求得γ′值。
?h??'h'
??'??hh'
4、马利奥特容器现像:
开启阀1、阀2、阀3,关阀后面过气阀。打开放水阀,往烧杯中放水,使容器表面形成真空。当管3中水位降至某一位置时,停止放水,此时管1、管2、管3中之水位仍然在一水面上,说明P0<Pa情况下
p??z?常数:
继续放水,容器表面真空加大,管3中水位继续下降,当水位降至管口时,管口进气,此时管口的压强为大气压,只要管口淹没在水下,流经放水阀的流量保持恒定,此即物理学上的马利奥特容器现象,此现象应用甚广,如定量投药。最常见的例子为医院中的静脉点滴。
实验二 雷 诺 实 验
5
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