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流体力学实验报告
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不可压缩流体恒定流能量方程（伯努力方程）实验
一、 实验目的要求
1、 验证流体恒定总流的能量方程；
2、 通过对动水力学现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特
性；
3、 掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。 二、 实验装置 本仪器测压管有两种：
1、 毕托管测压管（表2.1中标*的测压管），用
以测读毕托管探头对准点的总水头H
'
u 2'
（=Z +），须注意一般情况H 于+
γ2g
p
v 2
断面总水头H （=Z +）不同（因+
γ2g
p
1. 自循环供水器 2. 实验台 3. 调速器 4. 溢流板 5. 稳水孔板 6. 恒压水箱 7. 测压计
一般u ≠v ），它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；
8. 滑动测量尺 9. 测压管10. 实验管道 11. 测压点 12. 毕托管 13. 流量调节阀
2、 普通测压管（表2.1未标*者），用以定量量测测压管水头。
实验流量用阀13调节，流量由体积时间法（量筒、秒表另备）、重量时间法（电子称另备）或电测法测量。
三、 实验原理
在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i ）的能量方程式（i ＝2，3，„„，n ）
Z 1+
p 1
γ
+
α1v 12
2g
=Z i +
p i
γ
+
αi v i 2
2g
+h w 1-i
p
取α1=α2=…=αn ＝1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出Z +
γ
值，测出
通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v 及
四、 实验方法与步骤
αv 2
2g
，从而即可得到各断面测管水头和总水头。
1、 熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。
2、 打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，
检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。
如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。 3、 打开阀13，观察思考1）测压管水头线和总水头线的变化趋势；2）位置水头、压强水头之间的相互关系；3）测点（2）（3）测管水头同否？为什么？4）测点（12）（13）测管水头是否不同？为什么？5）当流量增加或减少时测管水头如何变化？
4、 调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管供演示用，不必测记读数）。
5、 改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。 五、 实验成果及要求 1、 记录有关常数
均匀段D 1= cm 缩管段D 2= cm 扩管段D 3= cm 表2.1 管径记录表
注：
（1） 测点6、7所在断面内径为D 2，测点16、17为D 3，余均为D 1。 （2） 标“*”者为毕托管测点（测点编号见图2.2）。
（3） 测点2、3为直管均匀流段同一断面上的两个测压点，10、11为弯管非均匀流段同
一断面上的两个测点。 2、 记录各点液面高程。 3、 测量（Z +
p
γ
）并记入表2.2。
表2.2 测记（Z +
p
γ
）数值表 {基准面选在标尺的零点上} 单位cm
4、 计算流速水头和总水头
5、 绘制上述成果中最大流量下的总水头线E-E 和测压管水头线 P-P （轴线尺寸参见图
2.2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2.2上）。 提示：
1、 P-P 线依表2.2数据绘制，其中
测点10、11、13数据不用； 2、 E-E 线依表2.3（2数据绘制，其
中测点10、11数据不用； 3、 在等直径管段E-E 与P-P 平行。 六、成果分析及讨论
1、 测压管水头线和总水头线的变化
趋势有何不同? 为什么？
2、 流量增加，测压管水头线有何变化? 为什么？
3、 测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？
4、 试问避免喉管（测点7）处形成真空优哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬
高或降低水箱的水位）对喉管压强的影响情况。
5、 毕托管所显示的总水头线与实测制的水头线一般都略有差异，试分析其原因。 表2.3计算数值表 （1）流速水头
图2.2
(2) 总水头（Z +
p
γ
+
αv 2
2g
） 单位：cm
不可压缩流体恒定流动量定律实验
一、 实验目的要求
1、 验证不可压缩流体恒定流的动量方程；
2、 通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研讨，进一步掌握
流体动力学的动量守恒定理；
3、 了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。 二、 实验装置
自循环供水装置1由离心式水泵和蓄水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节均由调速器3控制。水流经供水管供给恒压水箱5，溢流水经回水管流回蓄水箱。流经管嘴6的水流形成射流，冲击带活塞和翼片的抗冲平板9，并以与入射角成90°的方向离开抗冲平板。抗冲平板在射流冲力和测压管8中的水压力作用下处于平衡状态。活塞形心水深h c 可由测压管8测得，由此可求得射流的冲力，即动量力Fo 冲击后的弃水经集水箱7汇集后，再经上回水管10流出，最后经漏斗和下回水管流回蓄水箱。
为了自动调节测压管内的水位，以使带活塞的平板受力平衡并减小摩擦阻力对活塞的影响，本实验装置应用了自动控制的反馈原理和动摩擦减阻技术，其构造如下：
带活塞和翼片的抗冲平板9和带活塞套的测压管8如图所示，该图是活塞退出活塞套时的分部件示意图。活塞中心设有一细导水管a ，进口端位于平板中心，出口端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。在平板上设有翼片b 活塞套上设有窄槽c 。
工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管a 向测压管加水。当射流冲击力大于测压管内水柱对活塞的压力时，活塞内移，窄槽c 关小，水流外溢减小，使测压管内水位升高，水压力增大。反之，活塞外移，窄槽开大，水流外溢增多，测压
管内水位降低，水压力减小。在恒定射流冲击下，经短时段的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。这时活塞处在半进半出、窄槽部分开启的位置上，过a
流进测压管
1.
自循环供水器 2. 实验台 3. 可控硅无级调速器 4. 水位调节阀 5. 恒压水箱 6. 管嘴 7. 集水箱 8. 带活塞的测压管 9. 带活塞和翼片的抗冲平板10. 上回水管
的水量和过c 外溢的水量相等。由于平板上设有翼片b ，在水流冲击下，平板带动活塞旋转，因而克服了活塞在沿轴向滑移时的静摩擦力。
为验证本装置的灵敏度，只要在实验中的恒定流受力平衡状态下，人为地增减测压管中的液位高度，可发现即使改变量不足总液柱高度的±5‟（约0.5~1mm），活塞在旋转下亦能有效地克服动摩擦力而作轴向位移，开大或减小窄槽c ，使过高的水位降低或过低的水位提高，恢复到原来的平衡状态。这表明该装置的灵敏度高达0.5%，亦即活塞轴向动摩擦力不足总动量力的5‟。 三、 实验原理
恒定总流动量方程为 F =ρQ (β2v 2-β1v 1)
因滑动摩擦阻力水平分力f x ∠0.5%F x ，可忽略不计，故x 方向的动量方程化为
F x =-p c A =-γh c
即 β1ρQv 1x -γh c
π
4
D 2=ρQ (0-β1v 1x )
π
4
D 2=0
式中： h c ——作用在活塞形心处的水深； D ——活塞的直径； Q ——射流流量； v 1x ——射流的速度； β1——动量修正系数。
实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q 和活塞形心水深h c ，由给定的管嘴直径d 活塞直径D ，代入上式，便可率定射流的动量修正系数β1值，并验证动量定律。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的圆心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞圆心处的水深。 四、 实验方法与步骤
1、 准备 熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能，记录有关常数。 2、 开启水泵 打开调速器开关，水泵启动2~3分钟后，关闭2~3秒钟，以利用回水排除
离心式水泵内滞留的空气。
3、 调整测压管位置 待恒压水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测
压管垂直、螺丝对准十字中心，使活塞转动松快。然后旋转螺丝固定好。
4、 测读水位 标尺的零点已固定在活塞圆心的高程上。当测压管内液面稳定后，记下测
压管内液面的标尺读数，即h c 值。
5、 测量流量 用体积法或重量法测流量时，每次时间要求20秒左右。均需重复测三次
再取平均值。
6、 改变水头重复实验 逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节调
速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按3-5步骤重复进行实验。 五、 实验成果及要求 1、 记录有关常数。
管嘴内径d = cm ，活塞直径D = cm 。 2、 设计实验参数记录、计算表，并填入实测数据。 六、 实验分析与讨论
1、 实测β（平均动量修正系数）与公认值（β=1.02~1.05）符合与否，如不符合，试分
析原因。
2、 带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿x 方向的动量
方程有无影响？为什么？
3、 若通过细导水管的分流，其出流角度与v 2相同，对以上受力分析有无影响？
4、 滑动摩擦力f x 为什么可以忽略不计？试用实验来分析验证f x 的大小，记录观察结果。
（提示：平衡时，向测压管内加入或取出1mm 左右深的水量，观察活塞及液位的变化）。