水力学和流体力学考研

土木工程基础实验之四（水力学‘流体力学’）部分实验指导&实验报告

壹、静水压强实验

一、实验目的

1、加深对水静力学基本方程物理意义的理解，验证静止液体中，不同点对于同一基准面的测压管水头为常数（即z?2、学习利用U形管测量液体密度。

3、建立液体表面压强p0?pa，p0?pa的概念，并观察真空现象。 4、测定在静止液体内部A、B两点的压强值。

p。 ?C）

?g二、实验原理

在重力作用下，水静力学基本方程为：

z?p?C ?g它表明：当质量力仅为重力时，静止液体内部任意点对同一基准面的z与之和为常数。

重力作用下，液体中任何一点静止水压强

p两项?gp?p0??gh，

p0为液体表面压强。

p0?pa为正压；p0?pa为负压，负压可用真空压强pv或真空高度hv表示：

pv?pa?pabs hv?pv ?g重力作用下，静止均质液体中的等压面是水平面。利用互相连通的同一种液体的等到压面原理，可求出待求液体的密度。

三、实验设备

在一全透明密封有机玻璃箱内注入适量的水，并由一乳胶管将水箱与一可升降的调压筒相连。水箱顶部装有排气孔k1，可与大气相通，用以控制容器内液体表面压强。若在U形管压差计所装液体为油，?油??水，通过升降调压筒可调节水

水力学（流体力学）

实验指导书

编著：刘凡

河北工程大学

目录

1、静水压强实验--------------------------------------------------------3-5页 2 平面静水总压力实验-------------------------------------------- - 6-9页 3、文丘里流量计实验------------------------------------------------10-12页

4、雷诺实验------------------------------------------------------------12-14页 5、管道沿程水头损失实验-----------------------------------------15-16页

6、局部管道水头损失实验----------------------------------------17-19页 7、流线演示实验-----------------------------------------------------20-21页 8、伯努利实验-------------------

第一章 绪论

1. 重度：指流体单位体积所受的重力，以γ表示。

对于非均质流体：

对于均质流体：

?GdG??lim??V?0?VdVGmg?????gVV单位:牛/米3（N/m3）

不同流体ρ、γ不同，同一流体ρ、γ随温度和压强而变化。 在1标准大气压下：表1.1(P5)

蒸馏水：4oC，密度1000kg/m3，重度9800 N/m3 ； 水银：0oC，密度13600kg/m3，重度133280 N/m3 ； 空气：20oC，密度1.2kg/m3，重度11.76N/m3 ；

2. 粘性

流体平衡时不能抵抗剪切力，即平衡时流体内部不存在切应力。 流体在运动状态下具有抵抗剪切变形能力的性质，称为粘性。

内摩擦切应力τ＝T/A T=F A为平板与流体的接触面积。

粘性只有在流体运动时才显示出来，处于静止状态的流体，粘性不表现有任何作用。

由牛顿流体的条件可知，若流体速度为线性分布（板距h、速度u0不大）

u0u?y板间y处的流速为：

h

0切应力为：

系数μ称为流体的动力粘性系数、动力粘度、绝对粘度；

u???h

若流体速度u为非线性分布

流体内摩擦切应力τ： ????dy

du

凡是内摩擦力按该定律变化的流体称为

第一章

1. 汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ =0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力。

解：由于内外壁的间隙很小，速度分布认为是线性的，由牛顿内摩擦定律，得，

F??Adu?u1.0????dL??0.1?3.14?0.1196?0.14??26.29N

D?d0.12?0.1196dy222.旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速n=10r/min。内外筒间充入实验液体。内筒r1=1.93cm，

外筒 r2=2cm，内筒高h=7cm，转轴上扭距M=0.0045N·m。求该实验液体的粘度。

解：实验液体与内筒接触面上速度为：

v?2?r1n2?3.14?0.0193?10??0.0202m/s 6060MM0.0045N?m???27.48Pa Ar12?r1hr12?3.14?0.07?0.01932m3内筒外表面上的切应力为：

??因内外筒间隙很小，速度分布认为近似线性分布，则根据牛顿内摩擦定律，

??

?du/dy??v/(r2?r1)?27.48?(0.02?0.0193)?0.95Pa?s

0.02023.已知水的体积弹性模量为K=2х109P

学习中心： 院校学号： 姓名

东 北 大 学 继 续 教 育 学 院

流体力学 试 卷（作业考核 线下） B 卷（共 4 页）

总分 题号 得分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十

一、判断题（20分）

1) 流体质点只有质量没有大小。（×） 2) 温度升高液体的表面张力系数增大。（×） 3) 液滴内的压强比大气压小。（×） 4) 声音传播过程是一个等熵过程。（√）

5) 马赫线是超音速流动中被扰动和未扰动区域的分界线。（√） 6) 一般情况下当马赫数小于2/3时可以忽略气体的压缩性（×） 7) 超音速气流在收缩管道中作加速运动。（×） 8) 定常流动中，流体运动的加速度为零。（×） 9) 气体的粘性随温度的升高而增大。（√）

10) 牛顿流体的粘性切应力与速度梯度，即角变形速率成正比。（√） 11) 理想流体定常流动，流线与迹线重合。（×）

12) 应用总流伯努利方程解题时，两个断面间一定是缓变流，方程才成立。（×） 13) 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。（×）

14) 静止的流体

流体力学基础复习大纲 第1章 绪论

一、概念

1、 什么是流体？

在任何微小剪切力持续作用下连续变形的物质叫做流体（易流动性是命名的由

来）

流体质点的物理含义和尺寸限制？

宏观尺寸非常小，微观尺寸非常大的任意一个物理实体 宏观体积极限为零，微观体积大于流体分子尺寸的数量级 什么是连续介质模型？连续介质模型的适用条件；

假设组成流体的最小物质是流体质点，流体是由无限多个流体质点连绵不断组

成，质点之间不存在间隙。

分子平均自由程远远小于流动问题特征尺寸 2、 可压缩性的定义；

作用在一定量的流体上的压强增加时，体积减小

体积弹性模量的定义、与流体可压缩性之间的关系及公式； Ev=-dp/(dV/V) 压强的改变量和体积的相对改变量之比 Ev=1/Κt 体积弹性模量越大，流体可压缩性越小 气体等温过程、等熵过程的体积弹性模量； 等温Ev=p

等嫡Ev=kp k=Cp/Cv

不可压缩流体的定义及体积弹性模量；

作用在一定量的流体上的压强增加时，体积不变 Ev=dp/(dρ/ρ) （低速流动气体不可压缩） 3、 流体粘性的定义； 流体抵抗剪切变形的一种属性

动力粘性系数、运动粘性系数的定义、公式；

动力粘度：μ，单位速度梯度下的切应力 μ=τ/

第二章流体静力学

1.等压面平衡流体中压强相等的点所组成的面（平面或曲面）称为等压面。 2.等压面性质：1.等压面即是等势面：U ＝C；2.等压面与质量力矢量垂直；3.两种不相混

的平衡液体的分界面必然是等压面。

3.能量形式的静力学基本方程p???gz?C?或z?p?C不可压缩流体 ?g的静力学基本方程（能量形式），对静止容器内的液体中的1,2两点有：

z1?p1p?z2?2?C ?g?gp---压强势能，简称压?g4.静力学基本方程的物理意义z---位置势能，简称位能，

能，z?p---总势能流体静力学基本方程的能量意义是：在重力作用下平衡流?g体中各点的单位重量流体所具有的总势能（包括位能和压能）是相等的，即势能守恒。

p5.静力学基本方程的几何意义z---流体距基准面的位置高度，称为位置水头，?g---流体在压强p 作用下沿测压管上升的高度，称为压强水头，z?p---静压水?g头（或静力水头）。流体静力学基本方程的几何意义是：在重力作用下同一平衡流体中各点的静力水头为一常数，相应的静力水头线为一水平线。 第三章流体动力学基础

1.恒定流一切和流体力学有关的物理量均与时间t 无关的流动。

2.非恒定流和流体力学有关的物理量只要有任何一个随时

工程流体力学第五章 压力管路的水力计算 主 讲：刘恩斌

2011年10月

压力管道计算原理有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用， 其断面各点压强，一般不等于大气压强。 管壁管壁 液体 液体自由面

有压管道

无压管道

工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水 钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及 管网；输送石油的管道。

简单管道管道按布置分

串联管道 复杂管道 并联管道 分枝管道局部水头损失、流速水头占 总水头损失比例较大(大于 5%),计算时不能忽略

短管两种水头损失大小比重

长管

沿程水头损失水头为主， 局部损失和流速水头在总 水头损失中所占比重很小， 计算时可忽略。

注意 1 长管和短管不按管道绝对长度决定。

2 当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸门、喷嘴、底阀等。既是管道很长，局部损失也 不能略去，必须按短管计算。 3 长管：忽略局部水头损失和流速水头(沿程损

失不能略去),计算工作大大简化，其对结果又没有多大影响。

压力管道水力计算的主要内容就是确定水头损失，包 括沿程水头损失和局部水头损失。

§5.11.管路系统的水力特性 管路系统的性能曲线：

管路特性曲线

管路系统流量和水头损失关系曲线( qV ~ h

演示实验三 流谱流线显示实验（一）

(一) 实验目的要求

演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流的定常流动，运用电化学法显示流场，使同学们对这些基本流动有一个直观了解。

(二) 实验装置

本实验的装置如图I-3-1所示。 图I-3-1 流谱流线显示仪

1．显示盘；2．机翼；3．孔道；4．圆柱；5．孔板；6．闸板；7．文丘里管；8．突扩和突缩；9．侧板；10．泵开关；11．对比度调解开关；12．电源开关；13. 电极电压测点；14．流速调节阀；15. 放空阀。（14、15内置于侧板内） 本实验装置配备有：

流线显示盘、前后罩壳、照明灯、小水泵、直流供电装置。 (三) 实验原理

现有的三种流谱仪，分别用于演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流。

1、Ⅰ型 单流道，演示机翼绕流的流线分布。由图可见，机翼向天侧（外包线曲率

较大）流线较密，由连续方程和能量方程知，流线密，表明流速大，压强低：而在机翼向地侧，流线较疏，压强较高。这表明整个机翼受到一个向上的合力，该力被称为升力。实验中为了显示升力方向，在机翼腰部开有沟通两侧的孔道，孔道中有染色电极。在机翼两侧压力差的作用下，必有分流经孔道从向地侧流至向天侧，这可通过孔道中染色电极释放的色素显现出来，染色液体流动的

演示实验三 流谱流线显示实验（一）

(一) 实验目的要求

演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流的定常流动，运用电化学法显示流场，使同学们对这些基本流动有一个直观了解。

(二) 实验装置

本实验的装置如图I-3-1所示。 图I-3-1 流谱流线显示仪

1．显示盘；2．机翼；3．孔道；4．圆柱；5．孔板；6．闸板；7．文丘里管；8．突扩和突缩；9．侧板；10．泵开关；11．对比度调解开关；12．电源开关；13. 电极电压测点；14．流速调节阀；15. 放空阀。（14、15内置于侧板内） 本实验装置配备有：

流线显示盘、前后罩壳、照明灯、小水泵、直流供电装置。 (三) 实验原理

现有的三种流谱仪，分别用于演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流。

1、Ⅰ型 单流道，演示机翼绕流的流线分布。由图可见，机翼向天侧（外包线曲率

较大）流线较密，由连续方程和能量方程知，流线密，表明流速大，压强低：而在机翼向地侧，流线较疏，压强较高。这表明整个机翼受到一个向上的合力，该力被称为升力。实验中为了显示升力方向，在机翼腰部开有沟通两侧的孔道，孔道中有染色电极。在机翼两侧压力差的作用下，必有分流经孔道从向地侧流至向天侧，这可通过孔道中染色电极释放的色素显现出来，染色液体流动的