一、实验课程名称:流体力学 Fluid Mechanics
二.课程编码:0800061,0800062
三.课程性质:必修(机械大类)、选修(供工科其余相关专业)
四.学时学分
课程总学时:64
总学分: 4
实验学时: 6
五.适用专业:必修(机械大类:机械、材料、能源等专业);
选修(供工科其余相关专业根据教学要求和学时安排,选择其中部分实验项目); 同时供“二课”或课程设计选修。
六.课程使用教材及参考书
使用教材:《流体力学与水力学实验》(自编讲义,李良军等,力学实验中心)。
参考教材:《流体力学实验指导》(自编,莫乃榕主编,力学实验中心,2006)。
七.课程的任务、性质与目的
工程流体力学和水力学是动力系、机械类、土木类和环境类各个专业的主干技术基础课。实验作为工科学生的重要实践环节之一,配合课堂教学,使学生加深对基础理论的理解,加深对各种流动的认识;使学生掌握流速,压强和流量等参数的常规测量技能;了解现代测试技术,具有观察分析各类流动现象的能力,并具有分析和整理实验数据和编写实验报告的能力;同时培养学生的科学实验素质,探索流体力学实验规律,为解决工程实际流体力学与水力学问题奠定良好的实验基础。课程应达到的基本要求:
1. 对流体在各种串联管路中和经过不同试件的情况下定常流动和不定常流动的特征有清晰的了解;解释流动损失的机理,解释一些流动现象;
2.掌握伯努利方程,能量守恒和动量定理,掌握传统的流速、流量和压强的测试技术,掌握皮托管、测压计和流量计的实验操作方法;
3.能通过实验掌握流体流动的基本形态特征和能量损失的测定方法;
4.要求掌握空气动力学的基本原理,并能利用压力传感器,热线风速仪等现代测试仪器和技术来完成对复杂流场的测试方法,了解动态测试、计算机数据采集的原理和方法,学会使用数据采集软件系统。
八.实验课的基本理论
定常流动和不定常流动的基本形态特征;伯努利方程,能量守恒和动量定理;流体流动阻力与水头损失;孔口与管嘴和有压管道的流动;可压缩气体的基本特征,层流流动边界层的基本理论,湍流的基本理论等。。
九.实验方式与基本要求
1.“流体力学实验”宜安排在“流体力学”课程开课四周后同步进行,由学生或教师与力学实验中心流体力学与水力学实验室预约安排实验。
2.所有实验均由力学实验中心流体力学与水力学实验室负责。采用教学网络管理系统,对学生实行开放式实验教学,同时实验室对学生实行全天候开放,包括晚上,甚至节假日(如需要)。
3.必修实验和选择性实验,均对学生开放,由学生自主选择。
4.原则上实验安排每两到四人一组。
5.欢迎学生利用流体力学与水力学实验室的设备信息,自主设计并完成实验。
6.要求学生实验前应进行预习,预习内容包括:实验目的,实验原理,需要测量的实验参数,数据处理及实验原始数据记录表,实验程序及仪器设备的操作规范,安全注意事项。
十.考核与评分方式:实验预习+实验考核+实验报告(以实验报告为主)。
十一.实验项目设置与内容提要
序 号 |
实验项目 |
内容提要 |
实验要求 |
实验 性质 |
计划学时 |
每组人数 |
实验仪器设备 |
实验 地点 |
1 |
流谱流线 演示 |
演示机翼绕流,圆柱绕流,管渠过流的定常流动;演示流体在多种不同形状流道中的非定常流动不同边界流常的迹线,边界层分离,尾迹涡流等流动图谱。 |
必做 |
演示 |
1 |
15 |
流谱流线演示仪(一)和(二) |
流体 实验室 (水工楼105) |
2 |
静压传递自动扬水实验 |
演示液体静压传递能量转换与自动扬水现象,了解流体的静压传递特性,“静压奇观”工作原理及其 产生条件以及虹吸原理。 |
必做 |
演示 |
15 |
静压扬水仪 |
流体 实验室 |
|
3 |
水击综合 实验 |
演示水击波传播,水击扬水, 调压筒消减水击压强的测量。 |
必做 |
演示 |
15 |
水击综合实验台 |
流体 实验室 |
4 |
能量方程 演示实验 |
观察恒定流动,有压管流的位置势能,压强势能和动能在各种边界条件下能量守恒及转换的基本规律;测压管水头线和总水头线沿程变化规律,水头损失情况,管流中真空现象及渐变流畸变流过水断面上动水压强分布规律。 |
必做 |
演示 |
|
15 |
能量方程演示仪 |
流体 实验室 |
5 |
静水压强 量测实验 |
静水中任一点压强,另一种液体的比重,掌握U 形管测压原理和等压面概念分析问题的能力。 |
选做 |
基础 |
1 |
2 |
静压仪 |
流体 实验室 |
6 |
文丘里、孔板流量计系数测定 |
了解其原理及装置,确定流量与压差的关系,确定其的流量系数。 |
选做 |
基础 |
1 |
2 |
文丘里与孔板流量计率的标定实验台 |
流体 实验室 |
7 |
孔口、管嘴流量系数测定 |
了解孔口的流动特征,测定孔口流动系数和流量系数;了解管嘴内部压强特征,测定管嘴流量系数值。 |
选做 |
基础 |
1 |
2 |
孔口与管嘴流量系数验证实验台 |
流体 实验室 |
8 |
动量方程 验证实验 |
测定管嘴喷射水流对平板或曲面板的冲击力;将测出的冲击力与动量方程计算出的冲击力作比较,加深对动量方程的理解。 |
选做 |
基础 |
1 |
2 |
动量方程验证实验台 |
流体 实验室 |
9 |
管流流态 实验 |
测定沿程水头损失与断面平均流速的关系,并确定临界雷诺数,加深对不同流态的阻力损失规律的认识。 |
选做 |
基础 |
2 |
2 |
管流流态实验台 |
流体 实验室 |
10 |
沿程水头损失实验 |
加深了解圆管层流和紊流沿程损失随平均流速变化的规律;掌握沿程阻力系数的测量技术和应用气水压差计及电测仪测量压差的方法;将测得的Re~ 关系值与莫迪图对比,并分析其合理性。 |
选做 |
基础 |
2 |
2 |
沿程水头损失实验台 |
流体 实验室 |
11 |
管道局部水头损失实验 |
掌握测定管道局部水头损失系数的方法,将实测值与理论值作比较,观察各种情况下水头的变化情况。 |
选做 |
基础 |
1 |
2 |
管道局部水头损失实验台 |
流体 实验室 |
12 |
流速测量(毕托管)实验 |
掌握基本的测速工具比托管;加深明渠水流速度分布的认识,并绘制垂线流速分布图,计算垂线平均速度。 |
选做 |
综合 |
2 |
2-4 |
明渠 |
流体 实验室 |
13 |
堰流流量系数的测定实验 |
掌握宽顶堰流量系数的测定方法,了解其物理意义;观察淹没宽顶堰流的水流形态和特征,观察矩形薄壁堰水流形态和特征;点绘宽顶堰流量系数于水头的关系曲线。 |
选做 |
综合 |
2 |
2-4 |
明渠 |
流体 实验室 |
14 |
闸下自由出流流量系数的测定实验 |
掌握平板闸门流量系数的测定方法,了解其影响因素;点绘流量系数 与相对开度的关系曲线。 |
选做 |
综合 |
2 |
2-4 |
明渠 |
流体 实验室 |
15 |
水跃实验 |
观察平底水槽中所产生的远驱式、临界式和淹没式水跃,验证平底矩形水槽完整水跃共轭水深理论。 |
选做 |
基础 |
2 |
2-4 |
明渠 |
流体 实验室 |
16 |
圆柱绕流 压强分布 测量实验 |
用压力传感器、数据采集系统测量绕流圆柱体表面的压强分布,绘制压强分布图,并计算其阻力系数。 |
必做 |
综合 |
2 |
2 |
小型风洞,压力传感器 |
流体 实验室 |
17 |
射流实验 |
测量紊流射流柱体段的速度分布, 绘制射流速度分布图。 |
选做 |
综合 |
2 |
2 |
小型风洞,压力传感器 |
流体 实验室 |
18 |
平板边界层实验 |
确定平板不同截面处边界层厚度,测量边界层内速度分布剖面;绘制平板不同截面处边界层厚度与截面距 板前沿的关系图,判断其特征 |
选做 |
综合 |
2 |
2 |
小型风洞,压力传感器 |
流体 实验室 |
19 |
翼型表面压强分布实验 |
测量气流不同功角翼型表面压强分布;计算升力系数; 绘制功角在4°表面压强分布图。 |
选做 |
综合 |
2 |
2 |
小型风洞, 压力传感器 |
流体 实验室 |