流体力学实验指导书2012年春

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

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（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

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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

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