流体力学实验指导.doc

1、1流体力学实验指导书中山大学工学院2009 年 5 月2实验注意事项请同学们实验前首先完成预习报告。预习报告内容包括以下几个内容：1.实验目的；2.实验原理；3.实验方法与步骤；4.准备好实验数据处理表格。做完实验后，将实验数据记录在预习报告设计好的表格内。然后进行误差分析、数据处理、绘制曲线。5.将本指导书每个实验后的思考题以及实验小结完成，和预习报告一起构成完整的一份实验报告上交。3目 录（一）水力学实验雷诺实验文丘里实验沿程阻力实验局部阻力实验孔口管嘴实验静水压强实验动量定理实验能量方程实验（二）南校区实验船模阻力实验风洞落差系数测定二元机翼表面压力分布测定低速风洞标准飞机模型测力实验4

2、雷诺实验一、实验目的要求1观察层流、紊流的流态及其转换特征；2测定下临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；3掌握误差分析在实验数据处理中的应用。 二、实验原理1实验装置图自循环雷诺实验装置图1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.恒压水箱；5.有色水水管；6. 稳水孔板；7.溢流板；8.实验管道；9.实验流量调节阀。2实验原理根据雷诺数的表达式 Re=VD/ ，结合连续性方程 Q=AV ，得 Re=4Q/(D)其中 V 表示管道中的平均流速， D 表示管道直径， 为水的运动粘性系数。通过层流与紊流的运动学特点，观察、判断层流向紊流转变时的情况，并测量相应数值，按上式计算获得雷诺数。

3、层流向湍流转变的临界状态所测雷诺数称为上临界雷诺数，湍流向层流转变的临界状态所测雷诺数称为下临界雷诺数。水的运动黏性系数与温度有关，可由下式计算出其中 T 为温度，以摄氏度为单位。三、实验方法与步骤1测记本实验的有关常数。2观察两种流态。打开开关 3 使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀 9，并注入颜色水于实验管内，使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关5小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。3测定下临界雷诺数。(1)将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步

4、关小调节阀使流量减小。当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；(2)待管中出现临界状态时，用体积法测定流量；(3)根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2300）比较，偏离过大，需重测； (4)重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；(5)同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。注意(1)每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；(2)关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；(3)随出水流量减小，应适当调小开关，以减小溢流量引发的扰动。4测定上临界雷诺数。逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测

5、定上临界雷诺数 12 次。四、数据处理：实验记录、计算表 （请同学们自己设计表格，以下表格仅供参考） 水温度: () 管道直径: mm 量筒底面积: mm 2量筒高度 时间 流量序号（mm） (秒) （m 3/s）流速(m/s)雷诺准数 Re观 察 现 象流 型1234注：颜色水形态指：稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等。误差分析：判断每个直接测量物理量的误差，并计算出每个 Re 的误差。预习报告完成此题：设管径 d=201mm ，水温 t=210.5 ，量筒中的水增加 100.2cm ，量筒底边为正方形边长 200.5cm，计时为 300.5S。试根据误差原理计算此状

6、态的雷诺数以及各种误差源分别引起多大的误差限，根据计算各个误差限的大小，做出判断哪些物理量测量时应该特别注意。五、思考题以及实验小结1、层流、紊流两种水流流态的外观表现是怎样的？2、雷诺数的物理意义是什么？为什么雷诺数可以用来判别流态？3、临界雷诺数与哪些因素有关？为什么上临界雷诺数和下临雷诺数不一样？4、流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？5、破坏层流的主要物理原因是什么？6文丘里流量计实验一、实验目的：1、了解文丘里流量计的构造、原理及使用方法。2、掌握确定流量系数 的方法。3、绘制流量系数与实测流量以及流量与压降的关系，计算流量系数的平均值。二、实验原理：1.实验装置图2.实验

7、原理文丘里流量计是一种管道测量的仪器，它由收缩段、喉道段和扩散段三部分组成。在文丘里流量计入口处取 1-1 断面，在其喉部收缩断出取 2-2 断面，由于流量计系水平放置，则流股在上述两断面的能量方程（不考虑能量损失）如下：其中 为动能修正系数，根据连续性方程，得11=227令 1=2=1，解上两式，得 212421dgPQ式中的 为测压管的液面高差h。令2421dKg则 。Qh由此可见，通过测取h 值，即可求出计算流量 Q。由于实际上所取的两个断面之间存在着水头损失，所以实际流量 Q0 一般要略小于计算流量 Q，二者的比值，称为流量系数，即。实际流量 Q0 用体积法测定， ，V 为 t 时间内

8、水由管道流入计量箱内的体积。00t三、实验步骤：1、准备工作（1 ） 、记录仪器常数 d1、d 2 的值，并算出 K 值。（2 ） 、检查测压管管内空气是否排尽。（3 ） 、全面开启出水阀门，将进水阀门调至较小开度。（4 ） 、关闭排气阀。2、进行实验（1 ） 、开泵，此时两个测压管中应出现较小高差。（2 ） 、缓慢开启实验阀门，使两个测压管压差达到最大，作为第一个实验点，测读并记录测压管内液面的读数。（3 ） 、与（2 ）同时，用秒表和计量箱测定实际流量，记下时间 t 和体积 V。（4 ） 、逐渐关小实验阀门，每次减小高差约 10 厘米左右，测读h、V 和 t，如此共进行 6 次。四、数据处

9、理：（请同学们自己设计表格，以下表格仅供参考）仪器常数 d1= , d2= , K= 2.5/s实验次数hcmhcV 3 Ts Q 3cmQ0 3s平均值12345861 考虑误差源的影响，计算出每种流量的 的误差限。指出最应该注意的测量物理量是哪些。2. 绘制 和 的关系曲线。Q实 h实五思考题1.通过实验曲线说明文丘里流量计的流量系数随流量有什么变化规律。2.如何确定文丘里管水头损失？试计算各种流量下的水头损失。3.如果文丘里管没有水平放置，对测量结果有无影响？9沿程水头损失实验一、实验目的要求1加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制 曲线；lgfhV2掌握管道沿程阻力

10、系数 的量测技术；3将测得的 关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。Re二、实验装置本实验的装置如图所示。三、实验原理由达西公式 2fLVhdg得 22 21(/)4ff fhhdQK25/8KgL其中 hf 为水头损失， 为沿程阻力系数，L 为管道长度、d 为管道内径，V 为平均流速，另由能量方程对水平等直径圆管可得12()/fhphh 为测压管的液面高差四、实验方法与步骤准备 对照装置图和说明，搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；记录有关实验常数：工作管内径 和实验管长 。dL准备 启动水泵。先打开出水阀门，再打开进水阀门，再慢慢减小出水阀门开度；等稳压筒中的水

11、适当时，关闭稳压筒的排气口。准备 调通量测系统。101.检查测压管管内空气是否排尽。2.实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在进水阀、出水阀全开的前提下，逐次减小出水阀开度，若有水从测压管中溢出，则适当减小进水阀开度，每次调节流量时，均需稳定 23 分钟，流量愈小，稳定时间愈长；测流时间不小于 810 秒；测流量的同时，需测记水压差、温度计（温度表应挂在水箱中）等读数：层流段：应在水压计 （夏季） （冬季）量程范围内，测20hmHO230hmHO记 35 组数据。紊流段：每次增量可按 递加，直至测出最大的 值。1fh3结束实验。五、实验成果及要求1有关常数。 实验装置台号 圆管直径 ， 量测

12、段长度 。dcm85Lcm2记录及计算。3绘图分析* 绘制 lg lghf 曲线，并确定指数关系值 的大小。在厘米纸上以 lg 为横坐 标，以 lghf 为纵坐标，点绘所测的 lg lghf 关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率 21lglffht将从图上求得的 值与已知各流区的 值（即层流 ，光滑管流区 ，粗糙管紊mm1.75m流区 ，紊流过渡区 ）进行比较，确定流区。2.01.75.0六、实验分析与讨论1 考虑误差源的影响，计算出每种流量的 的误差限。指出最应该注意的测量物理量是哪些。2为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响实验成果？

13、3据实测 值判别本实验的流区。m4 实际工程中钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动，大多为紊流阻力平方区，其原因何在？5管道的当量粗糙度如何测得？6 本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。* 附录 莫迪图的曲线近似表达式：层流： 4Re湍流： 其中 e 为绝对粗糙度，D 为管径。当 e/D=0 即为光滑1.1/69.8log37RD圆管数据。1图纸 绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于 1212cm；2坐标确定 若采用厘米纸，取 为纵坐标（绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标） ，lgfh为横坐标；采用对数纸，纵坐标写 ，横坐标用 ，即不写成对数；lgv v3标

14、注 在坐标轴上，分别标明变量名称、符号、单位以及分度值；4绘点 据实验数据绘出实验点；5绘曲线 据实验点分布绘制曲线，应使位于曲线两侧的实验点数大致相等，且各点相对曲线的垂直距离总和也大致相等。此图也可以用计算机处理绘出。11莫迪图12记录及计算表（ 供同学们参考）常数 2552/8/KgdLcms测压管读数cm次序 体积 3cm时间s流量Q3/s流速v /水温粘度 2/cs雷诺数 eRh1 h2沿程损失 fcm沿程损失系数 23064eeR13局部阻力损失实验一、实验目的要求1掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；2通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验

15、证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径；3加深对局部阻力损失机理的理解。二、实验装置本实验装置如图所示。实验管道由小大小三种已知管径的管道组成，共设有六个测压孔，测孔 13 和 36 分别测量突扩和突缩的局部阻力系数。其中测孔 1 位于突扩界面处，用以测量小管出口端压强值。三、实验原理写出局部阻力前后两断面的能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得：1突然扩大采用三点法计算，下式中 由 按流长比例换算得出。12fh3f实测 2121()()je fpphZZhgg/ej图 81 局部阻力系数实验装置图1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4. 恒压水箱；5. 溢流

16、板；6.稳水孔板；7.突然扩大实验管段；8.测压计；9. 滑动测量尺；10. 测压管；11.突然收缩实验管段；12.流量调节阀；14理论 21()eA2,1jehg2突然缩小采用四点法计算，下式中 B 点为突缩点， 由 换算得出， 由 换算得出。4fB34f 5fBh6f实测 2254()()js f fpphZhZgg2/sj经验公式，计算中的速度应取小管径中的速度值。43255553 331.22.0961.890.1670.sAA当 时，可简化为 53/0.A3.()s25jshg四、实验方法与步骤1测记实验有关常数。2打开电源开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。3打开出水阀

17、至最大开度，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法测记流量。4改变出水阀开度 34 次，分别测记测压管读数及流量。5实验完成。五、实验成果及要求1记录、计算有关常数： 实验装置台号 No， ，dDcm2342dDcm15， ， ，563dDcm12l3l， ， ， ，34l4Bl5Bl56，21()eA。530.s2整理记录、计算表。请同学们参考附表。3将实测 值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。记录表前断面 后断面阻力形式次序流量3/cms2gcEm2gcEmjhcjhcm突然扩大流量 3/cms测压管读数 cm次序体积时间流量16突然缩小六、实验分析与讨论1结合实验成果，分析比较突

18、扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系。2结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？3现备有一段长度及联接方式与调节阀（图 8.1）相同，内径与实验管道相同的直管段，如何用两点法测量阀门的局部阻力系数？4 实验测得突缩管在不同管径比时的局部阻力系数（ ）如下：50eR序号 1 2 3 4 521/d0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.48 0.42 0.32 0.18 0试用最小二乘法建立局部阻力系数的经验公式.5 试说明用理论分析法和经验法建立相关物理量间函数关系式的途径。17孔口与管嘴出流实验一、实验目的要求

19、1掌握孔口与管嘴出流的流速系数 、流量系数 、侧收缩系数 、局部阻力系数 的量测技能；2通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口形状对出流能力的影响及相关水力要素对孔口出流能力的影响。二、实验装置本实验装置如图 9.1 所示。测压管 12 和标尺 11 用于测量水箱水位、孔口管嘴的位置高程及直角进口管嘴 2#的真空度。防溅板 8 用于管嘴的转换操作，当某一管嘴实验结束时，将旋板旋至进口截断水流，再用橡皮塞封口；当需开启时，先用旋板档水，再打开橡皮塞。这样可防止水花四溅。移动触头 9 位于射流收缩断面上，可水平向伸缩，当两个触块分别调节至射流两侧外缘时，将螺丝固定，然后用游标卡尺测量两触

20、块的间距，即为射流收缩断面直径。本设备还能演示明槽水跃。三、实验原理图 91 孔口管嘴实验装置图1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4 恒压水箱；5.溢流板；6.稳水孔板；7.孔口管嘴；8.防溅旋板；9.测量孔口射流收缩直径的移动触头；10.上回水槽；11.标尺；12.测压管；18管嘴出流、孔口出流示意图对 O-O 面，及 C-C 面列流束能量方程：220ccepVpVZZhgg000()()ccH令 0001122C HgQVAgAg对于孔口出流： 0对于管咀出流： Hh真 空流量系数 02QgH收缩系数 cAd流速系数 012g阻力系数 1四、实验方法与步骤1记录实验常数，

21、各孔口管嘴用橡皮塞塞紧。2打开调速器开关，使恒压水箱充水，至溢流后，再打开 1#园角管嘴，待水面稳定后，测记水箱水面高程标尺读数 ，测定流量 （要求重复测量三次，时间尽量长些，以求准确） ，测1HQ量完毕，先旋转水箱内的旋板，将 1#管嘴进口盖好，再塞紧橡皮塞。3依照上法，打开 2#管嘴，测记水箱水面高程标尺读数 及流量 ，观察和量测直角管嘴1HQ出流时的真空情况。4依次打开 3#园锥形管嘴，测定 及 。15打开 4#孔口，观察孔口出流现象，测定 及 ，并按下述 的方法测记孔口收缩断面17b的直径（重复测量三次） 。然后改变孔口出流的作用水头（可减少进口流量） ，观察孔口收缩断面直径随水头变化

22、的情况。6关闭调速器开关，清理实验桌面及场地。7注意事项：（1 ）实验次序先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板将进口盖掉，以免水花溅开；（2 ）量测收缩断面直径，可用孔口两边的移动触头。首先松动螺丝，先移动一边触头将其与水股切向接触，并旋紧螺丝，再移动另一边触头，使之切向接触，并旋紧螺丝，再将旋板开关顺19时针方向关上孔口，用卡尺测量触头间距，即为射流直径。实验时将旋板置于不工作的孔口（或管嘴）上，尽量减少旋板对工作孔口、管嘴的干扰；（3 ）进行以上实验时，注意观察各出流的流股形态，并作好记录。五、实验成果及要求1有关常数： 实验装置台号 No， 出口高程读数 ，dcm12Zcm，2， 出口

23、高程读数 ，3 34。4c2整理记录及计算表格（请同学们参考附表）考虑误差源的影响，计算出流速系数 、流量系数 、侧收缩系数 、局部阻力系数 的误差限。指出最应该注意的测量物理量是哪些。六、实验分析与讨论1结合观测不同类型管嘴与孔口出流的流股特征，分析流量系数不同的原因及增大过流能力的途径。2观察 时，孔口出流的侧收缩率较 时有何不同？/0.1dH/0.1dH3 试分析完善收缩的锐缘薄壁孔口出流的流量系数 有下列关系：Q(,)efRW根据这一关系，并结合其他因素分析本实验的流量系数偏离理论值（ ）的原因。0.61其中 为韦伯数（惯性力与表面张力之比） 。eW20表注 ： 流 股 形 态 ： 光

24、 滑 园 柱 ； 紊 散 ； 园 柱 形 麻 花 状 扭 变 ； 具 有 侧 收 缩 的 光 滑 园 柱 ； 其 他形 状 。分类项目水面读数 1()Hcm体积 3时间 s流量 3(/)c平均流量 3/ms水头 ()c面积 2A流量系数 测管读数 2()Hcm真空度收缩直径 ()cd收缩断面 2cAm收缩系数 流速系数 阻力系数 流股形态21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、理解封闭容器内静止液体表面压力及其液体内部某空间点的压力；3、观察压力传递现象。二、实验仪器装置如图所示水静压强仪三、实验原理对密封容器的液体表面加压时，设其压力为 ，即 。从U 形管

25、可以看到有压差产生，oPaU 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 ，即 ， h 是U 形管液面上升的g高度。当密闭容器内压力 下降时，U 形管内的液面呈现相反的现象，即 ，这时密闭容oPoPa器内液面压力 。H 为液面下降高度。oagh四、实验步骤1、向水箱内注水至 2/3 处，拧紧加压器并打开排气阀门，关闭与烧杯相连的导管上的阀门，打开与 U 形管相连的阀门；2、用加压器缓慢加压，关闭排气阀门及与 U 形管相连的阀门，读取 Z1 （靠近水箱一侧液柱的高度）、Z 2 （同一个 U 形管另一侧的液柱高度），同

26、时观察 A、B 管内液柱变化情况并重复三次；3、打开与烧杯相连的导管上的阀门，不再有气泡冒出后，关闭该阀门；4、关闭排气阀门，打开水箱下端排水阀门，放出少量水，读取 Z1 、Z2 ，同时观察 A、B 22管内液柱变化情况，并重复三次。五、数据处理六、演示步骤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。1、关闭排气阀，用加压器缓慢加压，U 形管

27、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、打开排气阀，使液面恢复到同一水平面上，关闭排气阀，打开密闭容器底部的水门，放出一部分水，造成容器内压力下降。七、思考题1、用该设备是否可以测出其他液体的重度？为什么？2、A、B 管内的液面高度为何相等？23动量方程实验一、实验目的通过以下两种方法验证动量方程：1、射流对水箱的反作用；2、射流对平板的作用力。二、实验仪器实验装置如图 所示1.实验水箱 2.控制阀门3.高位水孔 4.低位水孔 5.砝码 6.转动轴承 7.挡板8.固定插销 9.水平仪10.喷嘴 11.水泵 12.水箱 13.挡水板 14.实验台支架三、实验原理1、射

28、流对水箱的反作用力以水箱水面，出口断面 及箱壁为控制面，对 X 轴列动量方程：21()XXFRQV式中： R X 水箱对水流的反作用；水的密度；Q流量；， 动量修正系数，取1；12水箱水面的平均流速在X 轴的投影，取0；V出口断面的平均流速在X 轴的投影；由对转轴计算力矩M 求得RXL式中： L 出口中心至转轴的距离；d 出口直径； 出口流速。移动平衡砝码得到实测力矩M O ：oGS式中：G 平衡砝码重量； o未出流时（静态）平衡砝码至转轴的距离；24S 出流时（动态）砝码至转轴的距离2、射流对平面的作用力取喷嘴出口断面，射流表面，以及平板出流的截面为控制面，对 X 轴列动量方程： 21()X

29、XFRQV由对转轴计算力矩 M 求得 RX1L式中： 水流冲击点至转轴的距离1添加砝码得到实测力矩 o2oG式中：G 砝码重量；L2 砝码作用点到转轴的距离。四、实验步骤1、射流对水箱的反作用力1）开进水阀门，将水箱充满水，关小阀门，使之保持较小溢流；2）拔出插销，移动砝码，使水平仪水平，记下此时（静态）砝码位置O S ；3）插上插销，将出口转至高孔位置。调节阀门，使之仍保持较小溢流；4）拔出插销，移动砝码，使水平仪水平，记下此时（动态）砝码的位置S ；5）用体积法测量流量，计算流速。2、射流对平面的作用力1）在拉链端部加重量50 克砝码，然后开启并调节阀门，使平板保持垂直位置，记下砝码位置，

30、用体积法测流量；2）改变砝码重量，重复步骤1)。五、数据处理实验数据填入表 1、表 2 中1、水箱法：仪器常数： d = cm ， L1 = cm ，S O = m ，G = N 。2、平板法：仪器常数： d = cm ， L 1 = m ， L 2 = m 。25六、注意事项1、调节前，必须将插销插上；2、拔出插销后，应用手托扶水箱，以免摆动过大损坏仪器；3、应缓慢开启和调节阀门。七、思考题1、为什么计算的力总是大于实测的力？2、分析实验结果 及 误差源及误差限。Mo26能量方程演示实验一、实验目的1、观察恒定流情况下，水流所具的位置势能、压强势能和动能，以及在各种边界条件下能量的守恒和转换

31、规律，加深对能量方程物理意义的理解。2、观察测压管水头线和总水头线沿程变化的规律，以及水头损失现象。3、观察管流中的真空现象及渐变流过水断面与急变流过水断面上的动水压强分布规律。二、实验原理实际液体在有压管道中作恒定流时，其能量方程如下： whgvpzgvpz 2211上式表明：液体在流动过程中，液体所具有的各种机械能（单位位能、单位压能和单位动能）是可以相互转化的。但由于实际液体存在粘性，液体运动时为克服阻力而要消耗一定的能量，也就是一部分机械能转化为热能而散逸，即水头损失。因而机械能应沿程减小。在均匀流或渐变流过水断面上，其动水压强分布符合静水压强分布规律：或cpzhp0但不同的过水断面上

32、 c 值不同。在急变流过水断面上，由于流线的曲率较大，因此惯性力亦将影响过水断面上的压强分布规律，即不符合静水压强分布规律。过水断面的能量由位能，压力能，动能三部分组成。水流在不同的直径，不同的高程的管道中流动，三种能量不断的相互转换，在实验管道的各个断面设置测压管及测速管，就可以显示三种能量沿程变化的实际情况。测压管中的水位显示的是位能和压力能之和，即能量方程中的前两项： ,测速管中水pZg位显示的是位能，压力能，动能之和，即2pVZg将测压管中的水位线连成一线，称为测压管水头线，反映了势能的沿程变化；将测速管中的水位线连成一线，称为总水头线，反映了总能量沿程变化。两线的距离即流速水头。三、

33、实验设备如图一所示的能量方程演示仪是自循环的水流系统，在进水管段设有转子流量计，演示段由直管、突然扩大管、文丘里管、突然缩小管、虹吸管和弯管等有机连接而成，在管道上沿水流方向上的若干过水断面的边壁设有测压孔，在设置测压管的过水断面上同时装有单孔毕托管，可以测量测压管水头和总水头。在管道的进出口设置有调节阀门来控制流量。四、操作步骤和演示内容1、熟悉设备，分辨测压管和毕托管。2、接通电源。3、缓缓打开进水阀，反复开关尾阀将管道及测压管中空气排净。4、调节进水阀，固定某一流量( 以 Q=1500 L/h 左右为宜)，待水流稳定后，根据能量方程观察管道各断面上单位重量水体的位能、压能、动能和水头损失

34、，并弄清能量守恒及位能、压能和动能的相互转化。275、观察测压管水头线和总水头线沿程变化的规律，并分析其原因。6、观察管道中各种局部水力现象，如突然扩大和突然缩小情况下的测压管水头的变化；渐变流过水断面上各点测压管水头相等，而急变流过水断面上各点的测压管水头不相等；虹吸管段上的真空现象等。7、将尾阀开大和关小，观察各测压管水面连线的变化。8、演示结束后，切断电源。五、注意事项1、阀门开启一定要缓慢，并注意测压管中水位的变化；不要使测压管中的水上升过大，以免影响演示效果。2、演示实验时，一定要将管道和测压管中的空气排净。六、思考题1、如何确定管中某点的位置高度、压强高度、流速水头、测压管水头和总

35、水头？2、总水头线和测压管水头线是否总是沿程下降?3、突然扩大和突然缩小段测压管水头线是否总是上升?4、文丘里管段上各断面的测压管水头变化说明了什么?5、虹吸管段的最大真空值如何确定?6、弯管凸凹边壁上的测压管水头有何差异? 为什么?28船模阻力实验船舶在水面上航行时，会遭受水的阻力作用。如何预测船舶在航行时所遭受的阻力？船型和阻力之间的关系如何？这是船舶设计研究需要解决的重要问题。迄今为止，船模阻力实验是确定船舶阻力的最有效的方法。近年来，根据流体力学基本理论研究船舶阻力问题有很大进展，加上电子计算机的广泛应用，使得船舶阻力的理论计算方法有很大发展。但是，由于船舶阻力问题比较复杂，在理论计算

36、时常需作某些简化假定，故所得结果与实际到底存在多大差别，需要用船模实验结果进行检验，或进行适当的修正。综上所述，船模阻力实验是目前研究船舶阻力最基本有效的方法。一、本教学实验的目的和内容本教学试验的目的是使学生初步掌握船模阻力试验的基本方法和根据船模试验结果换算到实船阻力的基本方法，借以培养学生进行科学试验研究的工作能力。根据上述目的，本教学试验包括两个方面的内容：1. 测定船模阻力与速度之间的关系。2. 求出实船阻力（有效功率）与航速之间的关系。二、实验方法图 1 为我校试验水池简图。拖车可沿水池两旁的轨道上行走；拖车上装置有控制、驱动系统及有关测量仪器，并载若干名试验人员。图 2 表示船模

37、与拖车连接的情况，拖曳船模的钢丝通过导轮与阻力仪连接。图 1试验时，预先根据实船速度 Vs，按相似定律确定船模速度 Vm，/smV式中 ，称缩尺比。MSL29.VR图 2拖车起动，并通过刹船架夹住船模一起加速，当拖车达到所要求速度下等速前进时，松开刹船架，此时拖车通过钢丝拖着船模前进，由阻力仪器测出钢丝拖力（也就是船模阻力 Rtm） ，并同时用测速仪测量拖车速度（也就是船模速度 Vm） 。记录完毕，刹住船模，拖车减速，刹车，退回原处，这就完成了一个速度点的试验。重复上述过程，直到得到完整的一条阻力曲线。三、由船模试验结果换算到实船阻力的方法由船舶阻力理论已知，船舶在航行时遭受的总阻力可分为摩擦

38、阻力、形状阻力和兴波阻力。船模试验只能测得其总阻力。目前，阻力换算方法有两种，其中一种式佛鲁德法（又称二因次法） ，即假定将船舶总阻力分为摩擦阻力和剩余阻力两部分，剩余阻力(包括兴波阻力和形状阻力) 可以应用重力相似定律，而摩擦阻力则与同速度、同长度、同湿面积的平板（称为相当平板）的摩擦阻力相等。根据这一假定，就可以从船模试验结果计算同一佛氏数时的阻力。换算步骤如下：1. 计算船模总阻力系数 21MmVSRtCt式中，Rtm 船模阻力，牛顿 试验水池水密度，公斤/米 3 船模湿面积，米 2mS 船模速度，米/秒V2. 计算船模摩擦阻力系数。平板摩擦阻力系数公式很多，目前常用国际水池会议推荐的公

39、式： 2Remlg075.fC式中， 船模雷诺数VLLm 船模水线长，米 试验水池中的水的运动粘性系数，可从水温表查得m3. 计算船模的剩余阻力系数 fmC-tr304. 求实船的相对应速度及实船剩余阻力系数。根据相似定律，实船与船模佛鲁德数相等时，剩余阻力系数相等。由 mSgLV3得 )/(秒米SS此时 CrsCrm5. 计算实船摩擦阻力系数（ ）ffSC2Reslg075.fSC式中， 实船雷诺数。mSLV.Ls 实船水线长，米。 水的运动粘性系数，一般取 15C 时的值S通常取实船粗糙度补贴 3104.fC6. 计算实船总阻力系数 ffSrmts7. 计算实船总阻力（牛顿）CtsVRtsS21式中，Ss 实船湿面积，米 2 水的密度，公斤/米 3，一般取 15C 时的值在工程上，实船总阻力通常用有效功率表示：(千瓦)10.StsESVRP以上计算，通常列表进行较为方便。四、实验报告船模阻力实验报告是一份完整的科学实验资料，应把有关的实验情况、换算方法、实验结果等等说明清楚，其内容一般应包括如下部分：1. 实船主尺度和船型参数。2. 船模阻力实验记录表。3. 船模总阻力曲线图。4. 实船有效功率计算表。5. 实船有效功率曲线图。