《流体力学》课程实验指导书（静水压强实验、雷诺实验）

流体力学实验指导书建环专业二年级学生建筑环境与设备工程

流 体 力 学 实 验 指 导 书 建环专业二年级学生 建筑环境与设备工程

目录实验一静水压强实验实验二雷诺实验I

I 目 录 实验一 静水压强实验. 1 实验二 雷诺实验. 3

实验一静水压强实验实验目的1、加深理解静力学基本方程式及等压面的概念：2、巩固绝对压强、相对压强、真空度的概念以及测压管水头之间的关系；3、观察压力传递现象，学会用一种液体重度测量另一种液体重度。二、实验装置静水压强实验台如图1所示。实验台主要由透明的可观察液面的密闭水箱、调压筒、U形测压管，连接软管、阀门，固定架等组成。排测压气阀调管阀门门压及门筒测调固压压Po定管简架固O定板水箱A油中中吧图1水静压强实验台三、实验原理对密封容器的液体表面加压时，设其压力为Po，即Po>Pa。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Po，即P=Pa+h，h是U形管液面上升的高度。当密闭容器内压力P。下降时，U形管内的液面呈现相反的现象，即P<Pa，这时密闭容器内液面压力Po=Pa-h。H为液面下降高度。1

1 实验一 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、巩固绝对压强、相对压强、真空度的概念以及测压管水头之间的关系； 3、观察压力传递现象，学会用一种液体重度测量另一种液体重度。 二、实验装置 静水压强实验台如图 1 所示。实验台主要由透明的可观察液面的密闭水箱、 调压筒、U 形测压管，连接软管、阀门，固定架等组成。 图 1 水静压强实验台 三、实验原理 对密封容器的液体表面加压时，设其压力为 P0，即 P0>Pa。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 P0，即 P0= Pa+  h，h 是 U 形管液面上升的高度。当密闭容器内压力 P0下降时， U 形管内的液面呈现相反的现象，即 P0＜Pa，这时密闭容器内液面压力 P0= Pa- h。 H 为液面下降高度

压力传递现象：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。四、实验步骤1、实验前准备（1）搞清仪器组成及其用法，包括：各阀门的作用和用法，加压和减压方法。2、实验方法（1）将调压简调到密闭容器液面附近的位置，开启排气阀门，使得密闭容器的液面压强为P。=Pa；关闭排气阀门，将调压管提高到适当高度，使得P>Pa，此时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，记录此时U形管两侧液面读数的高度差值△hI；（2）开启排气阀门，待液面稳定后，再将调压管降低到适当高度，使得P。<Pa，此时U形管与密封容器上部连通的一面，液面上升，而与大气相通的一面，液面下降，记录此时U形管两侧液面读数的高度差值△h2：（3）观察压力传递现象开启排气阀，使得密闭容器的液面压强为P。=Pa，将调压筒调到密闭容器液面附近的位置；关闭排气阀门，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

2 压力传递现象：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。 四、实验步骤 1、实验前准备 （1）搞清仪器组成及其用法，包括：各阀门的作用和用法，加压和减压方法。 2、实验方法 （1）将调压筒调到密闭容器液面附近的位置，开启排气阀门，使得密闭容器的 液面压强为 P0＝Pa；关闭排气阀门，将调压管提高到适当高度，使得 P0>Pa，此时 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， 记录此时 U 形管两侧液面读数的高度差值Δh1； （2）开启排气阀门，待液面稳定后，再将调压管降低到适当高度，使得 P0＜Pa， 此时 U 形管与密封容器上部连通的一面，液面上升，而与大气相通的一面，液 面下降，记录此时 U 形管两侧液面读数的高度差值Δh2； （3）观察压力传递现象 开启排气阀，使得密闭容器的液面压强为 P0＝Pa，将调压筒调到密闭容器液 面附近的位置；关闭排气阀门，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

实验二雷诺实验实验目的1、观察流体在管道中的流动状态；2、测定几种状态下的雷诺数：3、了解流态与雷诺数的关系。二、实验装置在流体力学综合实验台（如图1）中，雷诺实验涉及的部分有高位水箱、雷诺数实验管、阀门、伯努力方程实验管道、颜料水（蓝墨水）盒及其控制阀门、上水阀、出水阀，水泵和计量水箱等，秒表及温度计自备。富证12图1流体力学综合试验台结构示意图1.储水箱2.上、回水管3.电源插座4.恒压水箱5.墨盒6.雷诺实验管7、可更换实验管段组8.测压管组9.综合实验管段调节阀10.雷诺调节阀11.计量水箱三、实验原理有关流动阻力的广泛实验研究中发现，流体的流动状态有层流和紊流之分。英国物理学家Reynolds首先首先用流动可视化的办法，证实了流动中确实存在着层流和紊流两种流动状态，这对流体沿管流动受到的阻力规律，给出了合理的解释。雷诺不仅形象地揭示了两种不同地流态，而且通过大量地实验，建立了一个判别流态地无量纲（或称为无因次）准数一雷诺数：R.=PVd_ Vd(1)Lu不论什么性质的流体（p、μ），也不论在尺寸（d）多大的管道中的多高的3

3 实验二 雷诺实验 一、 实验目的 1、观察流体在管道中的流动状态； 2、测定几种状态下的雷诺数； 3、了解流态与雷诺数的关系。 二、实验装置 在流体力学综合实验台（如图 1）中，雷诺实验涉及的部分有高位水箱、雷 诺数实验管、阀门、伯努力方程实验管道、颜料水（蓝墨水）盒及其控制阀门、 上水阀、出水阀，水泵和计量水箱等，秒表及温度计自备。 图 1 流体力学综合试验台结构示意图 1.储水箱 2.上、回水管 3.电源插座 4.恒压水箱 5.墨盒 6.雷诺实验管 7、可更换实验 管段组 8. 测压管组 9.综合实验管段调节阀 10.雷诺调节阀 11.计量水箱 三、实验原理 有关流动阻力的广泛实验研究中发现，流体的流动状态有层流和紊流之分。 英国物理学家 Reynolds 首先首先用流动可视化的办法，证实了流动中确实存在 着层流和紊流两种流动状态，这对流体沿管流动受到的阻力规律，给出了合理的 解释。 雷诺不仅形象地揭示了两种不同地流态，而且通过大量地实验，建立了一个 判别流态地无量纲（或称为无因次）准数 雷诺数：   Vd Vd Re = = （1） 不论什么性质的流体（  、 ），也不论在尺寸（d）多大的管道中的多高的

平均流速（V）流动，凡雷诺数Re2000的流动就属于紊流了。在条件优越的实验室中，由层流向素流过渡时，可能在很大的雷诺数下流动才变成紊流，这时的雷诺数称为上临界雷诺数Re。反之，由素流变成层流时的雷诺数称为下临界雷诺数Re。。四、实验步骤1、实验前准备（1）将实验台的各个阀门置于关闭状态。开启水泵，全开上水阀门，把水箱注满水，再调节上水阀门，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不变。（2）用温度计测量水温。2、实验方法（1）观察状态打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针流出，颜料水和雷诺实验管中的水迅速混合成均匀的淡颜色水，此时雷诺实验管中的流动状态为紊流；随着出水阀门的不断的关小，颜料水与雷诺实验管中的水渗混程度逐渐减弱，直至颜料水与雷诺实验管中形成一条清晰的线流，此时雷诺实验管中的流动为层流。（2）测定几种状态下的雷诺数全开出水阀门，然后在逐渐关闭出水阀门，直至能开始保持雷诺实验管内的颜料水流动状态为层流状态。按照从小流量到大流量的顺序进行实验，在每一个状态下测量体积流量和水温，并求出相应的雷诺数。（3）测定下临界雷诺数调整出水阀门，使雷诺实验管中的流动处于紊流状态，然后缓慢地逐渐关小出水阀门，观察管内颜色水流的变动情况。当关小某一程度时，管内的颜料水开始成为一条线流，即为紊流转变为层流的下临界状态。记录下此时的相应的数据，求出下临界雷诺数。（4）观察层流状态下的速度分布关闭出水阀门，用手挤压颜料水开关的胶管二到三下，使颜料水在一小段管内扩散到整的断面。然后，在微微打开出水阀门，使管内呈层流流动状态，这是即可观察到水在层流流动时呈抛物状，演示出管内水流流速分布。[注|每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟。关小阀门过程中，只许渐小，不许开打。随着出水流量减小，应当调小上水阀门，以减少溢流流量引发的振动。4

4 平均流速（V）流动，凡雷诺数 Re2000 的流动就属 于紊流了。 在条件优越的实验室中，由层流向紊流过渡时，可能在很大的雷诺数下流动 才变成紊流，这时的雷诺数称为上临界雷诺数 c Re 。反之，由紊流变成层流时的 雷诺数称为下临界雷诺数 Re c。 四、实验步骤 1、实验前准备 （1）将实验台的各个阀门置于关闭状态。开启水泵，全开上水阀门，把水箱 注满水，再调节上水阀门，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不变。 （2）用温度计测量水温。 2、实验方法 （1）观察状态 打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针流出，颜料水和雷诺实验管中的水迅 速混合成均匀的淡颜色水，此时雷诺实验管中的流动状态为紊流；随着出水阀门 的不断的关小，颜料水与雷诺实验管中的水渗混程度逐渐减弱，直至颜料水与雷 诺实验管中形成一条清晰的线流，此时雷诺实验管中的流动为层流。 （2）测定几种状态下的雷诺数 全开出水阀门，然后在逐渐关闭出水阀门，直至能开始保持雷诺实验管内的 颜料水流动状态为层流状态。按照从小流量到大流量的顺序进行实验，在每一个 状态下测量体积流量和水温，并求出相应的雷诺数。 （3）测定下临界雷诺数 调整出水阀门，使雷诺实验管中的流动处于紊流状态，然后缓慢地逐渐关小 出水阀门，观察管内颜色水流的变动情况。当关小某一程度时，管内的颜料水开 始成为一条线流，即为紊流转变为层流的下临界状态。记录下此时的相应的数据， 求出下临界雷诺数。 （4）观察层流状态下的速度分布 关闭出水阀门，用手挤压颜料水开关的胶管二到三下，使颜料水在一小段管 内扩散到整的断面。然后，在微微打开出水阀门，使管内呈层流流动状态，这是 即可观察到水在层流流动时呈抛物状，演示出管内水流流速分布。 [注]每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟。关小阀门过程中，只许渐小，不许 开打。随着出水流量减小，应当调小上水阀门，以减少溢流流量引发的振动