智流·流体力学实验一体化教学平台
新疆工程学院 · THXZH-1 型流体力学综合实验装置
① 先填写身份
未填写输入学号,姓名和班级从老师导入的名单里自动带出来 —— 不用打字姓名。
名单里没有我 / 手动填写
② 手写个人信息(只写一次,所有报告共用)
② 选择本次实验
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▶工程应用经典案例(视频)5 个 · 真实工程案例,老师可按课堂时间节选播放›
工程案例:先读解说,再看视频
点「▶ 在页面内播放」直接看;个别视频若提示“禁止外链”,点「去 B 站看」。
出处说明:①央视《超级工程》素材、②真实仪表原理、③航空工业官方科普(国资小新)、④水泵厂商官方讲解、⑤光明网官方纪录片。均已用 B 站官方接口核验存在。
上锁会同时把教师口令从这次会话里清掉 —— 把这台设备交给别人之前点一下。 测试期提醒:现在闸门没启用(人人可见),上锁只清口令、页面不会有变化。
⚠实验室安全须知进实验室前必读›
- 开泵前先确认恒压水箱有水,严禁空转。
- 调节阀门必须缓慢渐进;测下临界雷诺数时只许渐关,不许回开。
- 每次调节阀门后等待稳定几分钟再读数,否则数据无效。
- 颜色水与消色剂勿接触皮肤和衣物,溅出立即用清水冲洗。
- 实验结束关泵、关阀、断电,桌面积水擦干。
💾我的预习数据备份与恢复 · 换手机也不丢›
本机待上传:—
预习数据的保存与备份
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教师入口
这一块是老师用的:教师端与数据中心。学生不用管它。
智流·流体力学实验一体化教学平台 · 移动端优化 · 断网可用
1实验目的与学时45 分钟 · 按布鲁姆认知层次撰写,动词均可观察›
- 知识目标〔理解〕:解释位置水头、压强水头、速度水头的物理意义,举例说明三者在变径管段中的相互转化。
- 能力目标〔运用 · 分析〕:计算各测点的总水头,把总水头分解为位置、压强、速度三部分,图示测压管水头线(P–P)与总水头线(E–E),并阐明两线走势与管径变化的对应关系。
- 素养目标〔评价〕:对照理想流体与真实流体的能量线,判定本组数据是否符合能量守恒,评估沿程损失的主要来源。
重点与难点
重点:总水头线的计算与绘制,变径处速度水头与压强水头的转化。
难点:动能修正系数 α 的意义 —— 为什么断面平均流速的动能要乘一个大于 1 的系数。
课前预习前测
先别翻书,凭现在的理解选。这是前测 —— 不会很正常,学完第 ⑦ 段再回来,你会发现都懂了。
2为什么要学这个0–5 分钟 · 工程情境›
先想三个问题
- 水管变细的地方流速变快,那里的压强是变大还是变小?直觉和方程一致吗?
- 理想流体的总水头线应该是一条水平线,真实实验里它一定往下走 —— 下降的部分去哪了?
- 如果某个测点算出来的总水头比上一个点还高,你应该先怀疑物理还是先怀疑数据?
工厂里的它 · 案例与视频
链接为视频站搜索页,内容持续更新;上课时也可由老师投影播放。
3实验装置5–10 分钟 · THXZH-1 实验管 B›
本实验使用实验管 B:由不同内径的管段串联而成,沿程布置多个测压点,各测压管读数即该点的 Z + p/ρg。
4实验原理10–20 分钟 · 公式与变量›
对不可压缩流体恒定总流,任意两断面间:
两条线怎么来
动能修正系数 α
断面上流速不均匀,用平均流速算动能会偏小,须乘修正系数:层流 α = 2.0(抛物线分布精确值),湍流 α ≈ 1.04 ~ 1.11。本页可按各测点 Re 自动取值,也可手动统一指定。
能量转化动画 · 先看后做
下图按实验管 B 的真实管径(13.6 / 20.2 mm)绘制。水粒子在细管里跑得快、测压管液柱矮 —— 这就是压能换动能。录入你的测点后,动画会改用你的数据。
仿真按本装置参数换算,仅为教学示意,不能替代真实观察。
5操作步骤20–35 分钟 · 边做边打钩 0 / 0›
6数据录入与计算录一点算一点,自动画 P–P / E–E 线›
测点数据表
伯努利实验 · 能量线/测压线 在线计算
实验参数
P–P / E–E 曲线
数据表
| 测点 | d (管子直径) mm |
Z+p/ρg (测压管数值) mm |
Z+p/ρg m |
Re 雷诺数 |
α 本点 |
αv²/(2g) m |
Z+p/ρg+αv²/(2g) m |
操作 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15 | ||||||||
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本工况参数 每换一个工况都要重测 V、t
仪器不确定度(B 类 · 按分度值一半估读)
测点数据 0 点
管径点一下就能填:细管 13.6 / 粗管 20.2。测压管读数即液面刻度 Z + p/ρg(mm)。
7结果分析与思考题35–45 分钟›
P–P 线与 E–E 线
P–P / E–E 两条线的图就在上面 ⑥ 段的计算表里(蓝线:测压管水头线 P–P;青线:总水头线 E–E)—— 本页不再重复画一张。下面只做物理规律的自动判读。
测量不确定度怎么读(误差棒)
把"一个读数"换成"一个区间":每个实点上的竖线是 ±u。P–P 线误差棒 = u(h)(测压管读数),E–E 线误差棒 = u(E)(已传播流量与管径的不确定度)。相邻测点只要误差棒有重叠,就不能武断说"总水头真的下降了";只有整体趋势明显下行、且下降量超出误差棒,才说明真实流体存在沿程损失。
误差溯源 · 你的 P–P / E–E 线偏差从哪里来?
自动校验只会说"E–E 线不单调",工程上更有价值的是判断"哪个来源造成的、方向朝哪"。结合你自己的数据勾选最可能起作用的来源,已选 0 项。
思考题
回到前测 · 看自己的变化
第 ① 段的三道前测在这里回看:用一句话把正确答案讲给没做实验的同学听,再勾上"我懂了"。
8提交与导出交给老师 · 导出数据 · 打印报告›
课后即时反馈表 · 约 3 分钟 · 不计成绩,只用于改进装置与课堂安排 · 填完才能提交与下载报告
提交前自评 · 与教师评分量规同一张表,先自查再交
课后反思 · 两句话,随提交一起交给老师
实验报告要写什么
- 实验目的(用自己的话写一句)
- 装置与原理简述(实验管 B,测压管编号)
- 原始数据表(V、t、d、各测点测压管读数)
- 计算过程(v、Re、α、速度水头、总水头)
- P–P / E–E 曲线(可从本页导出数据后自绘)
- 结果分析(能量转化、损失来源、误差)
- 结论(含第 ⑦ 段的不确定度与 POE 对账)
1实验目的与学时45 分钟 · 按布鲁姆认知层次撰写,动词均可观察›
本次实验你要达成
- 知识目标〔理解〕:描述层流、过渡、湍流三种流态下颜色水线的形态特征,解释雷诺数作为流态判据的物理意义。
- 能力目标〔运用 · 评价〕:实验测出圆管流动的上、下临界雷诺数,按雷诺数分类各组流态并判定其归属。
- 素养目标〔分析 · 创造〕:归纳无量纲参数在实验研究中的作用,推断临界雷诺数为何不是一个精确常数。
重点与难点
重点:临界雷诺数的测定与流态判别。
难点:下临界状态的判断时机 —— 颜色水在全管刚呈现一条稳定直线的瞬间,早了晚了都不对。
课前预习前测
先别翻书,凭现在的理解选。这是前测 —— 不会很正常,学完第 ⑦ 段再回来,你会发现都懂了。
2为什么要学这个0–5 分钟 · 工程情境›
先想三个问题
- 自来水龙头开一点点,水流是透明柱状的;开大了就变成白花花散开的。中间发生了什么?
- 凭什么用一个数就能判断管道里是哪种流动?这个数为什么必须是无量纲的?
- 同样是 14 mm 的管子,输水和输机油,临界流速会一样吗?
带着这三个问题做实验,最后一段的思考题会再问你一遍。
工厂里的它 · 案例与视频
看着没动,其实一直在动
接着把阀门一点点开大:线先开始轻轻摆动 → 再断成一段一段 → 最后整段染开、糊成一片。 从"冻住"到"糊开"的这一路,就是雷诺数从小变大的全过程 —— 你看见的是流态,量到的是 Re。
④ 段的染色仿真把这四步做成了可以来回拖的:先点「层流」看那条线有多稳, 再点「下临界 2320」,看它在哪一刻开始不老实。
工厂里的它 · 视频
视频在页面内播放,右上角有 ✕ 可以关掉;切到别的实验页会自动停。 还想看更多可以自己搜: 雷诺实验演示 · 经典流动显示影片。
3实验装置5–10 分钟 · THXZH-1 综合实验台›
本实验使用实验管 A。水由潜水泵送入恒压水箱,经实验管 A 流入辅助水箱后回到供水水箱循环使用。
关键部件(按台面编号)
本实验台参数
4实验原理10–20 分钟 · 公式与变量›
雷诺数是惯性力与黏滞力之比,反映两种力在流动中谁占主导。
其中断面平均流速由容积法测得的流量换算:
变量对照
判别准则
- 下临界雷诺数 Rec ≈ 2320 —— 由湍流逐渐关小阀门,颜色水刚成一条稳定直线时测得。这是工程上真正用的判据,因为它是可重复的。
- 上临界雷诺数 ≈ 4000 或更高 —— 由层流逐渐开大阀门,直线刚被打散时测得。它受扰动影响极大,重复性差,不作为工程判据。
流态仿真 · 先看后做
几百个染色粒子在 A 管(d=14mm)中随流前进 —— 层流时排成一线,湍流时被涡旋卷散充满断面。拖滑块看六种形态,或直接点预设跳到关键状态。
按本装置参数与你在第 ⑥ 段填的水温实时换算(ν 随温度变)。仅为教学示意,不能替代真实观察。
5操作步骤20–35 分钟 · 边做边打钩 0 / 0›
准备
6数据录入与计算录一组算一组,自动判流态›
实验数据表
各组流态(按实测 Re 自动生成)
定性观察记录
数据组 0 组
7结果分析与思考题35–45 分钟›
你的结果
Re 分布图
图就在上面 ⑥ 段的计算表里 —— 那张「Re 曲线与流态分界线」 已经把各组 Re 与上下临界画全了,本页不再重复画一张。
该图纵轴为对数坐标,虚线为下临界与上临界,点的颜色即自动判定的流态。
误差溯源 · 你的临界雷诺数偏差从哪里来?
下临界本来就有随机散布(所以要求重测 ≥3 次),但有些偏差是可避免的操作误差。结合你自己的操作过程勾选最可能起作用的来源,已选 0 项。
思考题
回到前测 · 看自己的变化
第 ① 段的三道前测在这里回看:用一句话把正确答案讲给没做实验的同学听,再勾上"我懂了"。
8提交与导出交给老师 · 导出数据 · 打印报告›
数据在你输入的同时就已自动存在本机,关掉页面也不会丢。「提交」是把数据交给老师。
课后即时反馈表 · 约 3 分钟 · 不计成绩,只用于改进装置与课堂安排 · 填完才能提交与下载报告
提交前自评 · 与教师评分量规同一张表,先自查再交
课后反思 · 两句话,随提交一起交给老师
实验报告要写什么
- 实验目的(用自己的话写一句)
- 装置简述(实验管 A、颜色水系统、节流阀)
- 原始数据(V、t、T、流态描述)
- 计算过程(Q、v、ν、Re)
- Re 分布图(对数纵轴,标下临界与上临界参考线)
- 结果分析(下临界均值 ± u、与判据值对比、散布来源)
- 结论(含第 ⑦ 段的不确定度解读)
1实验目的与学时45 分钟 · 按布鲁姆认知层次撰写,动词均可观察›
- 知识目标〔记忆 · 理解〕:陈述达西–魏斯巴赫公式的形式与各量含义,解释沿程阻力的物理来源。
- 能力目标〔运用 · 分析〕:计算各流量下的沿程阻力系数 λ,图解 λ–Re 曲线,并与层流理论线、布拉修斯线对照。
- 素养目标〔评价 · 创造〕:评估实测偏差的主要来源,为给定输水任务制定方案(选定管径),权衡初期投资与长期电耗。
重点与难点
重点:λ 的计算、λ–Re 理论关系的验证、λ 的工程意义。
难点:λ 的误差分析、流态判断(层流–过渡–湍流)及向工程计算的迁移。
课前预习前测
先别翻书,凭现在的理解选。这是前测 —— 不会很正常,学完第 ⑦ 段再回来,你会发现都懂了。
2为什么要学这个0–5 分钟 · 工程情境›
先想三个问题
- 压力沿管道一路损失,损失掉的能量以什么形式去了哪里?
- 流速加倍,沿程损失大概变成几倍?层流和湍流的答案一样吗?
- 矿山排水管路选粗一号的管子要多花钱,但能省电费 —— 怎么定量权衡?
板书核心:沿程能量损失 → 摩擦阻力 → hf = λ·(L/d)·v²/2g。整个实验就是围绕这一个公式展开的。
工厂里的它 · 案例与视频
链接为视频站搜索页,内容持续更新;上课时也可由老师投影播放。
3实验装置5–10 分钟 · THXZH-1 实验管 A›
本实验使用实验管 A(与雷诺实验同一根管),沿程取两个测压断面。
4实验原理10–20 分钟 · 理论回顾与预测›
等径水平管两断面间的沿程水头损失,由达西–魏斯巴赫公式描述:
实验中 hf 由两测压管读数差直接得到(hf = h₁ − h₂),反解出:
理论预测(做完实验回来对照)
5操作步骤20–35 分钟 · 边做边打钩 0 / 0›
6数据录入与计算录一组算一组,表内 λ–Re 图实时更新›
实验数据记录表
仪器不确定度(B 类 · 按分度值一半估读)
数据组 0 组
7结果分析与思考题35–45 分钟›
λ–Re 曲线(双对数)
虚线为理论线:层流 λ=64/Re(左)与布拉修斯 λ=0.3164·Re−0.25(右)。你的点应分别落在对应流态的理论线附近。
测量不确定度怎么读(GUM 简化)
单次读数是「一个点」,重复测量才给出「一个区间」。本实验的每个量都带有测量不确定度:
- A 类——重复观测的散布:标准偏差 s,均值的不确定度 u = s/√n(雷诺下临界 3 次重测就是这样用的);
- B 类——仪器分度值的一半:量筒、秒表、温度计、测压管、卡尺的估读限,已在第 ⑥ 段给出默认值,按实际仪器改;
- 传播——按「相对不确定度平方和开方」合成到 λ,卡片上的 u(λ)/λ 就是它。进入 λ 的只有五项:量筒 V、秒表 t、测压管读数 h、管径 d、管长 L。温度不进 λ —— λ = 2g·d·hf/(L·v²) 里根本没有 ν,∂λ/∂T ≡ 0;水温只影响横轴的 Re。管径 d 的灵敏系数是 5(消去 v 后 λ ∝ d⁵),所以卡尺那 0.05 mm 是这里面最要命的一项。
判定一条实测数据是否与理论一致,不只看「差百分之几」,而看 |λ − λth| 是否 ≤ 2u(λ)(约 95% 包含区间)。你下载的实验报告里,λ–Re 双对数图上每个实点都带 ±u(λ) 的误差棒——误差棒够到理论线,才算在测量能力内吻合;够不到,才谈得上系统偏差。把「点」换成「区间」想问题,是工程测量区别于纸上公式的第一步。
误差溯源 · 你的 λ 偏差从哪里来?
自动算出的 u(λ) 只告诉你"有偏差",工程上更有价值的是判断"谁造成的、方向朝哪"。结合你自己的数据勾选最可能起作用的来源,已选 0 项。
工程迁移:把你测的 λ 用到真实管路上
课堂导入问过:3 公里的输水管,泵要多大功率?现在你有自己实测的 λ 了 —— 算一算,并看看把管子换大一号能省多少电费。
思考题
回到前测 · 看自己的变化
第 ① 段的三道前测在这里回看:用一句话把正确答案讲给没做实验的同学听,再勾上"我懂了"。
8提交与导出交给老师 · 导出数据 · 打印报告›
课后即时反馈表 · 约 3 分钟 · 不计成绩,只用于改进装置与课堂安排 · 填完才能提交与下载报告
提交前自评 · 与教师评分量规同一张表,先自查再交
课后反思 · 两句话,随提交一起交给老师
实验报告要写什么
- 实验目的(用自己的话写一句)
- 装置与原理(实验管 A、d=14mm、L=0.80m、达西公式)
- 原始数据表(V、t、T、h₁、h₂)
- 计算过程(Q、v、Re、h_f、λ、u(λ))
- λ–Re 双对数图(带误差棒,叠理论线)
- 结果分析(不确定度判据、指数拟合 n 与 POE 对账)
- 工程迁移(3km 管路泵功率与年电费)与结论
1实验目的与学时45 分钟 · 按布鲁姆认知层次撰写,动词均可观察›
- 知识目标〔记忆 · 理解〕:陈述离心泵扬程 H、轴功率 P、效率 η 的定义与测算式,解释三条特性曲线各自的工程含义。
- 能力目标〔运用 · 分析〕:计算各工况下的 H、P、η,图解 H–Q、P–Q、η–Q 三条曲线,并判定最高效率点(高效区)所在的流量。
- 素养目标〔评价 · 创造〕:评估效率测量偏差的主要来源,为给定输水任务制定方案(选泵、定工况),权衡偏离高效区运行的电耗代价。
重点与难点
重点:特性曲线的测定方法、三条曲线的读法、高效区的确定。
难点:压力表 / 真空表读数向水柱高的换算、效率偏低时的原因分析。
课前预习前测
先别翻书,凭现在的理解选。这是前测 —— 不会很正常,学完第 ⑦ 段再回来,你会发现都懂了。
2为什么要学这个0–5 分钟 · 工程情境›
先想三个问题
- 泵铭牌上标定的流量与扬程,是它"能达到的最大值",还是某个特定工况下的值?
- 把出口阀门关小,泵出口压力升高了 —— 电机是更费电了还是更省电了?
- 两台同型号的泵,一台常年在高效区运行、一台常年偏离高效区,一年的电费差多少?
板书核心:扬程 H、轴功率 P、效率 η 都随流量 Q 变化 → 三条曲线 → 选泵 = 让常用工况落在 η 最高点附近。
工厂里的它 · 案例与视频
链接为视频站搜索页,内容持续更新;首页「工程案例」第 ④ 个视频(水泵空蚀)与本实验直接相关,上课时也可由老师投影播放。
3实验装置5–10 分钟 · DYT021Ⅱ 离心泵实验台›
本实验使用独立的 DYT021Ⅱ 数字型离心泵特性曲线测定实验台(不是前三个实验的 THXZH-1 综合台)。
4实验原理10–20 分钟 · 理论回顾与预测›
泵的扬程 = 单位重量的水流过泵后获得的能量。在泵进出口各装一块表,两表读数换算成水柱高相加,再加上两表的高差:
表盘读数是 MPa,换算成水柱高:h = p×10⁶/(ρg)。记住一个数量级:0.1 MPa ≈ 10.2 m 水柱。
理论预测(做完实验回来对照)
5操作步骤20–35 分钟 · 边做边打钩 0 / 0›
6数据录入与计算录一组算一组,⑦ 段三条曲线实时更新›
数据组 0 组
7结果分析与思考题35–45 分钟›
三条特性曲线
横轴都是流量 Q(L/s)。对照 ④ 段的理论预测:H–Q 下降、P–Q 上升、η–Q 先升后降。
误差溯源 · 你的 η 偏差从哪里来?
自动算出的 η 只告诉你"是多少",工程上更有价值的是判断"偏差谁造成的、方向朝哪"。结合你自己的数据勾选最可能起作用的来源,已选 0 项。
工程迁移:偏离高效区一年多花多少电费?
课堂导入问过:两台一样的泵,一台在高效区、一台偏离高效区,一年电费差多少?现在你有自己实测的 η 了 —— 算一算。
思考题
回到前测 · 看自己的变化
第 ① 段的三道前测在这里回看:用一句话把正确答案讲给没做实验的同学听,再勾上"我懂了"。
8提交与导出交给老师 · 导出数据 · 打印报告›
课后即时反馈表 · 约 3 分钟 · 不计成绩,只用于改进装置与课堂安排 · 填完才能提交与下载报告
提交前自评 · 与教师评分量规同一张表,先自查再交
课后反思 · 两句话,随提交一起交给老师
实验报告要写什么
- 实验目的(用自己的话写一句)
- 装置与原理(DYT021Ⅱ 实验台、H = hM + hV + Z、P = 0.85·P电、η = ρgQH/P)
- 原始数据表(V、M、体积、时间、P电)
- 计算过程(Q、H、P、η)
- H–Q、P–Q、η–Q 三条特性曲线
- 结果分析(最高效率点在哪个流量、与理论趋势对照、POE 对账)
- 工程迁移(偏离高效区的年电费差)与结论
1装置结构总览THXZH-1 型流体力学综合实验台›
2部件说明从下方列表选择部件查看说明›
选择一个部件
点下面列表里的部件,会显示它的作用和在哪几个实验里用到。3实验台参数讲义口径,装置常数不可变›
结构参数
| 实验管 A | d = 14 mm,l ≈ 1.2 m,沿程损失计算长度 L = 0.80 m | 雷诺 / 沿程阻力实验 |
|---|---|---|
| 实验管 B | 小管 d₁ = 13.6 mm,大管 d₂ = 20.2 mm,轴线高差 Δh = 140 mm,总长 ≈ 1.2 m | 伯努利方程实验 |
| B 管测压孔 | (15)~(27) 共 13 个接测压架;另有 (40)(41) 测 A 管流量 | 伯努利读数 |
| A 管测压针头 | (16)、(18) 可向管外拉出,测流量压差 | 沿程阻力读数 |
| 恒压水箱 | 280 × 420 × 400 mm(长×宽×高) | 恒定水头供水 |
| 实验台总尺寸 | 1730 × 540 × 1470 mm | — |
水位与泵
| 恒压水箱高度 H₀ | 伯努利实验取 525 mm | E–E 图的总能量参考线,与课堂计算表同名同值 |
|---|---|---|
| 潜水泵 DYT001Ⅱ | 最大扬程 2.5 m · 最大流量 2000 L/h · 额定功率 55 W · 单相 220 V | — |
| 基准水平面 | 工作台面板的上平面;运算一律国际单位制 | — |
数据中心 · 教师端
需教师口令这一块是老师上课讲评用的:把全班的数据摊在一张图上做对比。 同学看自己的数据,在实验页第 ⑦ 段和实验报告里都有,不用进这里。
教师端
需要口令这一块是上课用的教师工具(教案时间轴、提问清单、评分量规、 批量打分、全班达成度、教师签名),要教师口令才打得开。学生做实验用不到它。
① 课程速览
教师端实验页快捷入口
✎给学生打分批量给一个基准分,再把个别学生挑出来单独调 · 下课前单手就能做完›
📋 班级名单导入 学生首页按名单点名,不再打字填身份
备用:手动粘贴名单
要修改/补充:先「载入」把名单调回上面的框,改完(加一行、删一行、改个名都行)再点「导入到服务器」—— 导入是整班覆盖,框里是什么,服务器上就是什么。转专业/留级/参军的同学,删掉那一行重新导入即可。
2教案时间轴 · 伯努利方程实验45 分钟课堂版 + 100 分钟原文备档 · 源自《流体力学实验教案》第01次课›
沿程阻力实验教案 与其余教案同一结构 · 45 分钟课堂版
教学目标与重难点
教学准备:沿程阻力实验台、流量测量与测压装置、网页计算表;城市供水与矿山排水系统示意图、泵压损失计算案例;投影仪、白板、学生小组任务单。
教学过程
0–5 分钟阶段一 · 工程情境导入激发兴趣,联系工程›
教学目标:〔理解〕举例说明沿程阻力在输水、供热管网中造成的后果。
“这一路上水的压力损失去了哪里?”
“如果输送管道长达 3 公里,泵要多大的功率才能维持流量?”
“今天我们就要通过实验,验证这种沿程能量损失的规律。”
沿程能量损失 → 摩擦阻力 Δh_f = λ (L/d)(v² / 2g)
预期效果:学生理解沿程阻力的来源及其在工程系统中的重要性。
5–15 分钟阶段二 · 理论回顾与预测复习公式,明确思路›
教学目标:〔记忆 · 理解〕陈述达西–魏斯巴赫公式,概述本次实验的测量思路。
“层流和湍流的 λ–Re 关系是什么?”
“我们将怎样通过实验求出 λ?”
层流:λ = 64 / Re 湍流:λ = 0.3164 × Re^-0.25 实测 λ = 2g·h_f·d / (L·v²) 实测量:Q、h_f、d、L、ν
预期效果:学生掌握理论背景,预测实验结果趋势。(配合学生页第 ④ 段"先预测再动手"锁定预测)
15–20 分钟阶段三 · 实验原理与仪器熟悉装置结构与测量方法›
教学目标:〔记忆 · 理解〕识别装置各部件,描述其测量原理。
教师活动:演示装置结构与测量位置,说明 Q 与 h_f 的测量方法。
“如果流量增加,压差会怎样?”
实验原理:Δh_f = λ (L/d)(v² / 2g) 测量量:Q、h_f、d、L、ν
预期效果:学生能独立描述实验原理与测量流程。
20–35 分钟阶段四 · 实验操作与数据采集分组实验 5~6 组数据›
教学目标:〔运用〕执行操作步骤,计算 λ 并图示 λ–Re 曲线。
“使用网页计算表自动计算 λ 与 Re,观察 λ–Re 曲线变化。”
“λ 的变化趋势与理论一致吗?”
λ–Re 实测曲线: 层流区:λ ∝ 1/Re 过渡区:波动 湍流光滑管区:λ = 0.3164/Re^0.25(随 Re 缓降,非常数)
预期效果:学生体验从测量 → 计算 → 验证的完整过程。(巡回指导要点:每次调阀等稳定再读数;h₁、h₂ 与 V、t 必须同工况)
35–42 分钟阶段五 · 数据分析与工程应用算例迁移,理解 λ 的工程意义›
教学目标:〔分析〕对照实测点与理论线,阐明 λ 随 Re 变化的规律。
Δp = λ (L/d)(ρv²/2) = 0.03 × (100/0.05) × (1000×1.5²/2) = 67 500 Pa ≈ 0.675 bar
工程计算: Δp = λ (L/d)(ρv²/2) λ ↑ → 能量损失 ↑ → 泵功率 ↑
预期效果:学生能把实验结论应用到工程分析中。(可配合学生页第 ⑦ 段"工程迁移计算器"投影演示泵功率与年电费)
42–45 分钟阶段六 · 课堂总结与思政延伸归纳规律,责任教育›
教学目标:〔创造 · 评价〕归纳 λ 的变化规律,权衡管径选择中的初期投资与长期电耗。
教师纠正点:第二句要接一句 —— λ≈常数只在完全粗糙区成立;本实验是光滑管,湍流段 λ 仍随 Re 缓降(布拉修斯式)。
层流:λ = 64 / Re 湍流光滑管:λ = 0.3164/Re^0.25(随 Re 缓降) 节能 = 降低沿程阻力
预期效果:学生形成理论—实验—工程—社会责任的完整认知闭环。
伯努利方程实验教案 源自《流体力学实验教案》第01次课 · 原文按 100 分钟设计
教学目标与重难点
知识点:z + p/γ + v²/2g = 常数(高度项 z=势能、压强项 p/γ、动能项 v²/2g);能量守恒;流速测量 v = V/(A·t)。教学方法:演示法 · 实验操作法 · 讨论法。
45 分钟课堂版(上课用这个)
0–5 分钟导入一问入题›
一句话引出伯努利原理与本次实验目的:测不同截面的测压管液面与流速,验证 z + p/γ + v²/2g = 常数。
5–13 分钟原理精讲三项能量 + 粗细管›
板书方程,逐项点透:z 势能、p/γ 压强能、v²/2g 动能;能量守恒决定三者互换。
只讲一个推论:截面变窄 → 流速增大 → 压强降低(机翼、水龙头都是它)。α 修正一句带过,细节留给网页 ④ 段。
13–18 分钟装置与演示测压管怎么读›
指认 THXZH-1 的 B 管(d₁=13.6 / d₂=20.2 mm)与测压管 (15)~(27);演示读液面、量筒计时测流量。强调:读数前等液面稳定。
18–33 分钟分组实验录数 + 网页边算›
各组按 ⑤ 段步骤跑主线:定一个流量 → 依次读测压管 → 录进 ⑥ 段计算表(自动算流速与能量)。教师巡场看两件事:液面读法、有没有等稳定。
33–41 分钟数据分析E–E 线要一路下降›
看 ⑦ 段:总水头线沿程只降不升了吗?粗细管交界处压强变化与预测(POE)对上了吗?请 1~2 组说自己的偏差和猜测的原因。
41–45 分钟总结与作业报告课后交›
课后:⑦ 段思考题 + ⑧ 段自评,下载 PDF 报告手写误差分析与结论。
教案原文时序(100 分钟备档)
0–10 分钟导入 · 提出问题飞机为什么能飞›
"水龙头为什么能调出不同的水流?水流的速度和压力如何在管道中变化?"
引入伯努利原理:流体沿流线流动时,压强、速度和高度之间有恒定关系。点出实验核心目的:通过测量不同截面上的压强差与流速,验证伯努利方程。
10–30 分钟理论讲解方程各项的物理意义›
板书 z + p/γ + v²/2g = 常数,逐项解释;从能量守恒角度说明动能、势能、压强能之间的转换。
示意图讲透:截面变窄 → 流速增大 → 压强降低;截面变宽反之。这正是机翼上弯下平产生升力的原因。
30–40 分钟实验准备与演示装置 · 测压 · 流速›
展示测压管、量筒、管道与计时器;演示压强差读法与流速计算 v = V/(A·t);强调正确连接与调节流量的安全事项。
40–70 分钟实验操作分组 · 测量 · 记录›
分组按指导书操作:读各截面测压管液面、量筒计时测流量、算流速;强调记录的准确与整洁,为分析备好数据。
70–90 分钟数据分析与讨论能量分布图 · 误差›
整理数据成表,算各截面压强能/动能/势能;绘能量分布图与理论对比;讨论偏差来源(测量误差、设备校准等)与改进思路。
90–100 分钟总结与思考布置报告›
布置课后作业:撰写实验报告,总结过程与结果、分析数据并反思不足。
雷诺实验教案 源自《流体力学实验教案》第02次课 · 原文按 100 分钟设计
教学目标与重难点
知识点:Re = vd/ν;流态分界按全站口径 Re<2320 层流 · 2320~4000 过渡 · >4000 湍流(教案原文按 2000 取整的教科书写法,全站已按 2026-08-25 口径统一为 2320)。教学方法:讲授 · 演示 · 实验操作 · 讨论。
45 分钟课堂版(上课用这个)
0–5 分钟导入河水与油管›
引出:流态由一个无量纲数决定 —— Re = vd/ν。本次实验就是亲眼看到并测出这条分界。
5–13 分钟原理精讲Re 三个量 + 判据›
逐项讲 v、d、ν 的物理含义;判据:Re<2320 层流 · 2320~4000 过渡 · >4000 湍流。
强调下临界为什么可作判据(重复性好,不靠扰动触发)—— 这正是课后思考题第 1 题。
13–18 分钟装置与演示颜色水三形态›
演示:低速颜色水一条直线(层流)→ 加速开始摆动断续(过渡)→ 再加速全面掺混(湍流)。指认量筒与计时器,说清流速怎么算。
18–33 分钟分组实验从小到大逐档调›
各组从最小流量起逐档加大:每档先看形态、再量筒计时录进 ⑥ 段。提醒:在分界附近多取几组把下临界夹住,不要为了凑判据反复重测。
33–41 分钟数据分析把下临界夹出来›
看 ⑦ 段:最快的层流组与最慢的非层流组把下临界夹在哪个区间?区间宽说明什么?与 POE 预测对账,请一组讲自己的判读时机偏早还是偏晚。
41–45 分钟总结与作业报告课后交›
课后:⑦ 段思考题 + ⑧ 段自评,下载 PDF 报告手写误差分析与结论。
教案原文时序(100 分钟备档)
0–10 分钟导入 · 生活与工业情境河流 · 油管›
"石油运输中,油管内流速过高会发生什么?"
"什么是层流?什么是湍流?它们的差别是什么?"
引入雷诺数:判断流态的无量纲数,低则层流、高则湍流。
10–30 分钟理论讲解Re 各参数 · 三种流态›
逐项讲 Re = vd/ν 的物理意义;层流(平稳分层,如细血管内血流)、过渡流(不稳定、局部涡)、湍流(剧烈掺混)。讲清流态转变的临界概念与工程意义。
30–40 分钟实验准备与演示颜色水演示三形态›
展示装置(透明管、流量阀、颜色水入口、量筒计时器);演示:低速时颜色水成一条平滑直线(层流),加大流速出现波动扭曲(过渡),再大则全面掺混(湍流)。
40–70 分钟实验操作从低到高逐档调速›
分组从低流速起逐步增大,观察记录每档的颜色水形态;量筒计时测流量算流速,按 Re = vd/ν 算雷诺数并与流态对应。
70–90 分钟数据分析与讨论定界与误差›
整理数据、算各档 Re,绘 Re–流态关系;讨论实测转变点与理论判据的符合程度,分析误差(流速测量、颜色水扩散、装置扰动)。
90–100 分钟总结与思考布置报告›
布置课后作业:撰写实验报告,含过程记录、数据分析、误差分析与改进建议。
离心泵特性曲线测定教案 据《实验指导书 DYT021Ⅱ》编写 · 45 分钟课堂版
教学目标与重难点
知识点:H = hM + hV + Z;P = η电·P电(η电 取 0.85);η = ρgQH/P。进出口管径相同,速度水头相消。装置:DYT021Ⅱ 数字型离心泵实验台(独立于 THXZH-1)。教学方法:讲授 · 演示 · 实验操作 · 讨论。
45 分钟课堂版(上课用这个)
0–5 分钟导入为什么高层要加压泵›
教学目标:〔理解〕举例说明离心泵在供水、排水、化工流程中的作用。
引出:泵的扬程、功率、效率都随流量变化 —— 三条特性曲线,选泵就是让常用工况落在效率最高点附近。
5–15 分钟原理精讲H、P、η 三式›
教学目标:〔运用〕计算由表读数得扬程、由功率表得轴功率、由两者得效率。
逐项讲:H = hM + hV + Z(强调 MPa→m 水柱,0.1 MPa≈10.2 m);P = 0.85·P电(电机自身有损耗);η = ρgQH/P。
预测三条曲线走向:H–Q 下降、P–Q 上升(故关阀起动)、η–Q 先升后降(有最高效率点)。
15–20 分钟装置与演示空载→开阀›
教学目标:〔理解〕识别真空表、压力表、功率表、计量水箱与出口调节阀的位置与读法。
演示:灌泵排气 → 关阀空载起动(读关死扬程,体积记 0)→ 略开阀门读一组。指认每个表,说清流量怎么用体积÷时间算。
20–35 分钟分组测量6~7 个工况›
教学目标:〔运用〕实施逐次开大阀门、每组同时测 M、V、体积、时间、功率并录入网页。
巡视提问:"关阀时电机更费电还是更省电?"(对照 P–Q)"效率最高点大概在第几组?"(引导观察 η–Q 出现峰)。
35–42 分钟数据分析三条曲线 + 高效点›
教学目标:〔分析〕图解三条特性曲线,判定最高效率点的流量与扬程。
投影网页 ⑦ 段:三条曲线实时成形,指认 η–Q 的最高点即"设计工况"。提示:η 数值低是正常的 —— 教学小泵水力损失占比大、电机效率按 0.85 常数估算,评价看曲线形状与高效点,不看 η 高低。
42–45 分钟总结与思政选泵 = 节能›
教学目标:〔评价〕阐明特性曲线在泵选型与节能运行中的用途。
思政延伸:供水、排水是能耗大户,选对工况、按需变频调速,就是把电省在每一度上 —— 工程师的一个曲线判断,背后是长年的能耗账。布置课后作业:撰写实验报告(三条曲线 + 高效点 + 误差分析)。
3苏格拉底提问清单沿程阻力专用 · 上课时问一个勾一个 · 已问 0 / 0›
阶段一 · 工程情境导入 0–5 分钟
阶段二 · 理论回顾与预测 5–15 分钟
阶段三 · 实验原理与仪器熟悉 15–20 分钟
阶段四 · 实验操作与数据采集(追问) 20–35 分钟
阶段五 · 数据分析与工程应用 35–42 分钟
阶段六 · 课堂总结与思政延伸 42–45 分钟
课堂思考题(布置给学生,讲义原文)
4板书设计汇总沿程阻力专用 · 课前一览 · 总览 + 分阶段›
板书设计总览(讲义原文)
Δh_f = λ (L/d)(v² / 2g)
层流:λ = 64 / Re
湍流:λ = 0.3164 × Re^-0.25
λ–Re 实测曲线:
层流区:λ ∝ 1/Re
过渡区:波动
湍流光滑管区:λ = 0.3164/Re^0.25(随 Re 缓降,非常数)
工程计算:
Δp = λ (L/d)(ρv²/2)
示例:λ=0.03, L=100 m, d=0.05 m, v=1.5 m/s
→ Δp ≈ 67 500 Pa
误差来源:① 局部阻力未扣除 ② 读数误差
③ 温度变化 ④ 流动不稳态
分阶段板书
沿程能量损失 → 摩擦阻力 Δh_f = λ (L/d)(v² / 2g)
层流:λ = 64 / Re 湍流:λ = 0.3164 × Re^-0.25 实测 λ = 2g·h_f·d / (L·v²) 实测量:Q、h_f、d、L、ν
实验原理:Δh_f = λ (L/d)(v² / 2g) 测量量:Q、h_f、d、L、ν
λ–Re 实测曲线: 层流区:λ ∝ 1/Re 过渡区:波动 湍流光滑管区:λ = 0.3164/Re^0.25(随 Re 缓降,非常数)
工程计算:Δp = λ (L/d)(ρv²/2) = 0.03×(100/0.05)×(1000×1.5²/2) = 67 500 Pa ≈ 0.675 bar λ ↑ → 能量损失 ↑ → 泵功率 ↑
层流:λ = 64 / Re 湍流光滑管:λ = 0.3164/Re^0.25(随 Re 缓降) 节能 = 降低沿程阻力
建议布局:黑板左侧写公式区(阶段一~三,保留全课),右侧为过程区(阶段四~六,可擦写)。
5评分量规沿程阻力专用 · 建议值,可调整 · 五维度加权 100 分›
「数据质量」判的是自洽,不是接近理论值:测得的 λ 比理论线高多少取决于这根管子的内壁状况,不取决于学生做得认不认真;把偏差写进量规,学生就会去倒推数据。这一条与学生报告纸面、「课程目标达成度评价」段的自动评分内核完全同源。
| 评价维度(权重) | 优 | 良 | 中 | 差 |
|---|---|---|---|---|
| 预习与预测权重 10% | 课前完成网页预习,动手前已锁定"先预测再动手"的预测,并能说出依据(如 h_f 与 v 的幂次关系)。 | 完成预测,但说不清依据;或预习不完整。 | 经教师提醒后才在课堂上补做预测;基本概念需重复讲解。 | 未预习、未预测,直接动手操作。 |
| 实验操作规范权重 30% | 全程规范:查水位、排气并做静水检验;从小流量单向渐调;每次调阀等稳定再读数;h₁/h₂ 与 V/t 同工况配套;结束关阀关泵断电、清理台面;无安全违规。 | 操作基本规范,出现 1–2 次小失误(如未等稳定、读数顺序颠倒),经提醒立即纠正。 | 多次操作不规范(中途动阀、数据不同步、漏测水温等),需教师反复干预才能完成。 | 出现安全违规(湿手触电源、泵空转等)或伪造读数,操作导致数据不可用。 |
| 数据质量与处理权重 30% | 有效数据 ≥5 组且跨两种以上流态;同一流态内 λ 随 Re 单调减小,层流点 λ·Re 接近 64(层流有精确解);与理论线有差距时能说清来源(管壁粗糙、局部阻力、读数不稳),计算无误。 | 组数达标但流态覆盖不全;或同一流态内出现 1–2 处走势反号,经提示能指出是哪一组读错;个别计算错误能自行发现改正。 | 有效数据 <5 组;或多处走势反号、层流点 λ·Re 明显偏离 64 而未察觉,也说不出可能的原因;计算依赖他人完成。 | 数据明显编造或抄袭(如 λ 与理论值完全一致、计时完全等间隔),或无法算出 λ。 |
| 报告与误差分析权重 20% | 报告要素齐全(目的、原理、数据表、λ–Re 图、结论);能结合本组数据讨论 ≥2 个误差来源(局部阻力、读数、温度、不稳态),并说明使 λ 偏大或偏小的方向。 | 报告完整,误差分析能点出来源但仅罗列,未联系本组数据。 | 报告完整但无误差分析,或图表不规范(缺坐标、单位)。 | 报告缺项严重(无数据或无结论)或存在抄袭。 |
| 思考题与答辩权重 10% | 三道思考题作答正确,答辩能把 λ 与泵能耗、管径选择等工程问题联系起来。 | 思考题基本正确,答辩表述完整但欠深入。 | 部分作答正确,答辩需提示才能回答。 | 未作答或答非所问。 |
数据侧证据可直接看学生提交:同一流态内 λ–Re 的单调性、层流点 λ·Re 与 64 的接近程度、h_f ∝ v^n 拟合指数、预测命中情况均由学生页自动计算。与布拉修斯理论线的偏差只作提示、不参与打分(本装置是旧管,理论线只适用光滑管;按接近理论值给分=教学生倒推数据)—— 与学生报告纸面、「课程目标达成度评价」段的自动评分内核同一口径。
6课前检查清单设备 · 网页 · 材料 · 已备 0 / 0›
设备
网页与投影
材料
👥管理人员给其他任课老师各建一个密码,他们就能进教师端 —— 只有你(主账号)能改这里›
密码忘了不用删账号,直接用同一个名字点「改密码」即可。
🔌连接设置数据上传地址 · AI 答疑 Key —— 学生端看不到这里›
本机待上传:—
📋课后即时反馈表四个实验各一份 · 学生填完才能交报告 · 导出可直接粘进你的汇总模板›
这份表不计入任何成绩,也不进课程目标达成度 —— 它测的是"现场发生了什么"。
💾数据备份一个文件存下全部:名单 · 学生提交 · 你批的分 · 签名 —— 期末前存一份,换电脑也不丢›
说明:你手批的分数只存在这台电脑的浏览器里(服务器不存), 所以备份文件里同时装了服务器数据和本机分数。换电脑时把这个文件恢复一次,分数就跟着过去了。 恢复会整表替换服务器上的名单与提交,做之前会让你确认一次。
7课程目标达成度评价对照《课程目标达成评价报告》· OBE 口径 · 审核评估可直接用›
- λ 是从报告表 4-1 按行归一化来的,已与表 6-1 逐个验算: 目标1 (5,5,20,20)/50=(0.1,0.1,0.4,0.4)、目标2 (0,5,15,20)/40、目标3 (5,0,5,0)/10。
- 只有 50 分能自动算:实验报告 40(完整性/准确性/结论/问题分析)+ 预习报告 5 + 课堂小测 5。 听课 5 + 回答问题 5 + 实验操作 40 必须你现场填 —— 系统不会替你补满。
- "数据的准确性"判的是自洽,不是接近理论值:E–E 必须沿程下降、Re 必须随流量增大、 λ 必须随 Re 减小、层流段 λ·Re 必须接近 64。下临界落在哪、湍流段偏布拉修斯多少, 只提示、不扣分 —— 按接近理论值给分=教学生凑数据。
- 等级分档:优 ≥0.85 · 良 ≥0.75 · 中 ≥0.65 · 合格 ≥0.60,合格线 0.60。
assets/grade.js 的 GOALS 里)。
把培养方案里的指标点编号告诉我,我填进去;分值矩阵 MATRIX 也在同一处,要调比例改那一张表即可。
评价口径设置课程目标 · 毕业要求指标点 · 分值矩阵 · 等级分档 —— 都可以改›
课程目标与毕业要求指标点
分值矩阵(课程目标 × 考核环节)
λ 由这张表**按行归一化**得来。列合计必须等于各环节满分,否则达成度会算错。
等级分档与合格线
8教师签名手写一次 · 自动印到每一份学生实验报告上›
(封面那一行「指导教师:何龙、马小雯」是打字印上去的姓名,不是手写笔迹 —— 签完名去核对时别找错地方。)
教师端页面 · 教案内容源自《沿程阻力系数测定讲义》《流体力学实验教案》与《实验指导书 DYT021Ⅱ》(授课教师:何龙、马小雯)
评分量规与课前检查清单为网站编写的教学建议,可按实际情况调整
1个人信息写进报告封面(测试期不强制,不填也能下载)›
想先看看报告长什么样?下面每张卡片的「预览」都不需要填任何信息,随时可以点。
② 完成情况
—③ 下载实验报告
—做完一个交一个一次交一份:做完哪个实验就下载哪一份,个人信息不用重填。
报告里的数据表沿用课堂计算表的完整宽表(所有计算列都在),图表以图片内嵌, 下载后的文件不依赖本网站,可以单独发给老师。
数据来自你在各实验页录入并保存在本机的记录;换设备需重新录入或先在各页导出 CSV。