土木工程专业 流 体 力 学 实 验

1. 土木工程专业流 体 力 学 实　验

2. 目　录 • 雷诺实验 • 孔口、管嘴出流实验

3. 雷诺实验

4. 若Re<Rek，水流为层流， 若Re>Rek，水流为紊流， 实验原理 雷诺实验 ——揭示了水流运动具有层流与紊流两种流态。 当流速较小时，各流层的液体质点是有条不紊地运动，互不混杂，这种型态的流动叫做层流。 当流速较大，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中，互相混掺，这种型态的流动叫做紊流。 层流与紊流的判别 雷诺数 或 （下）临界雷诺数

5. 颜色水 hf lghf 颜色水 流速由小至大 θ2 流速由大至小 颜色水 颜色水 θ1 O lgV 雷诺实验

6. 实验目的及内容 • 1.观察水流的层流和紊流的运动现象。 • 2.学习测量圆管中雷诺数的方法。 • 3.测定临界雷诺数，分析雷诺数的影响因素。 • 4.通过实验分析层流和紊流两种流动型态下雷诺数的变化规律。

7. 实验原理 • 层流条件下，流体质点不发生各向混杂，流动呈现规则的有秩序的成层流动；紊流条件下，由于粘性力对质点的束缚作用降低，质点容易偏离其原来的运动方向，形成无规则的脉动混杂甚至产生可见尺度的涡旋。在本实验中，颜色水随玻璃管内主流一起流动，颜色水流线代表了管内主流的流动状态。 • 由流体力学可知：层流紊流流态的判别标准就是下临界雷诺数 Rec，可表示为 ， • 式中 d为玻璃管内径；ν 为流体的运动粘性系数，μ为流体的动力粘性系数，为流体的密度，V c 为流体的临界速度。 水的运动粘性系数 ν 与温度的关系为：

8. 实验设备

9. 实验步骤 • 1、开启进水开关，向水箱内注水。到达一定水位高度，并保持适当的溢流，使水箱内水位稳定。在实验期间如出现水位变化时，应缓慢调节进水开关确保水箱内水位稳定。 • 2、打开玻璃管放水开关，待管内空气排出后，松开颜色水开关使颜色水随玻璃管内主流　一起流动。 • 3、缓慢关小放水开关，同时观察玻璃管内颜色水变动情况，直到颜色水变为一条稳定的直线，此时即　为紊流转变为层流的下临界状态。用量杯和秒表测量流量。 • 4、开大放水开关，使玻璃管内水流变为紊流状态；重新缓慢关小放水开关，待玻璃管内颜色水变为一条直线时，用量杯和秒表测量此时的流量。 • 5、重复前述步骤，分别测量出对应的临界流量。 • 6、实验完成后，整理实验数据，按规定格式撰写实验报告。

10. 　实验数据记录　

11. 实验结果

12. 讨论 1、为什么要用 Rec来判断流态而不用Vc来判断？ 2、当流量保持不变，玻璃导管直径改变时，沿导管之 Re数是否改变？怎样改变？ 3、如用不同直径的导管，或用不同的液体， Vc和Rec是否改变？

13. 孔口与管嘴出流实验

14. 实验原理 在稳定水位下用量筒及秒表测量各孔口、管嘴的流量。根据孔口、管嘴流速、流量公式，可推倒出相应流速系数、流量系数；在稳定水位下，用卡尺测量孔口流束最小收缩直径 d c , 从而得到 A c。

15. 实验目的和内容 • 1.了解孔口、管嘴恒定自由出流特征，根据流量公式，计算相关参数，分析流量影响因素。2.在恒定水头下，测定孔口管嘴的流量系数，收缩系数，流速系数并比较它们的流量大小。

16. 实验设备 1 进水管 2. 水位指示器 3. 进水开关 4.管嘴1 5.管嘴2 6.薄壁圆孔口 8. 水箱 测具1 游标卡尺一把；2. 量桶一只 3. 秒表一只

17. 实验步骤 • 1、用游标卡尺记录各孔口、管嘴的出口直径；然后关闭各孔口、管嘴出口。 • 2、开启进水开关注水；当水位接近水箱最高水位时，首先打开薄壁圆孔口（其余管嘴关闭），调节进水开关，使水位缓慢上升至最高水位，并保持有少量溢流，待水箱水位稳定后，读记该水位高度 H 。 • 3、在稳定水位下用量水桶、秒表及磅秤测量薄壁圆孔口的流量。 • 4、用游标卡尺测量流束最小收缩断面处流束直径。 • 5、关闭薄壁圆孔口，依次打开各管嘴，按照步骤2、3各重复测量两次； • 6、 实验完毕，将实验水箱内水全部排尽，整理好仪器设备并放回原处。

18. 　实验数据记录　

19. 　实验结果　

21. 讨论 1. 孔口出流时为什么会形成收缩断面？管嘴出流时是否会形成收缩断面？为什么？ 2. 试比较薄壁圆孔口和圆柱管嘴的流速系数、流量系数, 说明当二者的作用水头、出口直径 d 相同的情况下，哪一个流量较大？为什么？