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1、工程流体力学实验报告之分析与讨论实验一流体静力学实验实验分析与讨论1. 同一静止液体内的测管水头线是根什么线？卫+?）测压管水头指1 ，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。2. 当PB0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。&0。测点7至测点9,管渐扩，部分动能又转 是不可逆的，即恒有hw1-20， 表明单位流程上的水头损失1. 测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？测压管水头线（P-P）沿程可升可降，线坡 Jp可正可负恒为正，即J0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件
2、，动能和势能可相互转换。测点 7,管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，换成势能，测压管水头线升咼，Jp+hwi-2, hwi-2为损失能量， 故E2恒小于El, （E-E）线不可能回升。（E-E）线下降的坡度越大，即J越大， 越大，如图2.3的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。2. 流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？ 有如下二个变化：这是因为测压管水头（1 ）流量增加，测压管水头线（P-P ）总降落趋势更显著。7 逼 2刘，任一断面起始时的总水头e及管道过流断面面积A为定值时，Q增大,Z + E-二就增大，则 必减小。而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一过水断
3、面上的总水头E相应减Z + 乂小，故 1的减小更加显著（2）测压管水头线（P-P）的起落变化更为显著 因为对于两个不同直径的相应过水断面有J 2g式中为两个断面之间的损失系数。管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）线的起落变化就更为显著。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？测点2、3位于均匀流断面（图2.2 ），测点高差0.7cm,HP=，均为37.1cm（偶有毛细影响相差0.1mn）， 表明均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm,表明急变流断面上离心惯性力对
4、测压管水头影响很大。由于能量方程推导时的限制条件之 一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面不能 选作能量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃。4. 试问避免喉管（测点7）处形成真空有哪几种技术措施？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。下述几点措施有利于避免喉管（测点 7）处真空的形成：（1）减小流量，（2）增大喉管管径，（3）降低相应管线的安装高程，（4）改变水箱中的液位高度。显然（1）、（2）、（3）都有利于阻止喉管真空的出现，尤其（3）更具有工程实用意义。因为若管系落 差不变，单单降低管线位置
5、往往就可完全避免真空。例如可在水箱出口接一下垂90弯管，后接水平段，将喉管的高程降至基准高程 0 0，比位能降至零，比压能p/ 丫得以增大（Z），从而可能避免点7处的真 空。至于措施（4）其增压效果是有条件的，现分析如下： 当作用水头增大h时，测点7断面上 值可用能量方程求得。取基准面及计算断面1、2、3,计算点选在管轴线上（以下水柱单位均为 cn）o于是由断面1、2的能量方 程（取a2=as=1 ）有(1)因hw1-2可表示成此处C1.2是管段1-2总水头损失系数，式中e、s分别为进口和渐缩局部损失系数。 又由连续性方程有故式（1）可变为2? + 二込十 i.h Y式中可由断面1、3能量方程
6、求得，即由此得Zj + hh = Z3/2g=CZ-Z3 + AA)/(l+Ci3)（Z2+P2/ 丫 ）加以判别。因代入式（2）有（Z2+R/ 丫）随h递增还是递减，可由畑）1 +心工若1-（d3/d2）4+c1.2（1+c1.3）0，则断面2上的（Z+p/ 丫）随h同步递增。反之，则递减。文丘里实验为递减情况，可供空化管设计参考。在实验报告解答中，d3/d 2=1.37/1 ，Zi=50，Z3=-10，而当 h=0 时，实验的（Z2+P2/ 丫）=6，-，将各值代入式 、，可得该管道阻力系数分别为c1.2=1.5 , c1.3=5.37再将其代入式（5）得晖+以勿+山=026心0因丛）1
7、+ 5.37表明本实验管道喉管的测压管水头随水箱水位同步升高。但因（Z2 + P/ 丫）接近于零，故水箱水位的升高对提高喉管的压强（减小负压）效果不显著。变水头实验可证明该结论正确。5. 由毕托管测量显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都有差异，试分析其原因。与毕托管相连通的测压管有1、6、& 12、14、16和18管，称总压管。总压管液面的连续即为毕托？ + ）管测量显示的总水头线，其中包含点流速水头。而实际测绘的总水头是以实测的值加断面平均流速水头v2/2g绘制的。据经验资料，对于园管紊流，只有在离管壁约0.12d的位置，其点流速方能代表该断面的平均流速。由于本实验毕托管的探头通常布设在
8、管轴附近，其点流速水头大于断面平均流速水头，所 以由毕托管测量显示的总水头线，一般比实际测绘的总水线偏高。因此，本实验由1、6、& 12、14、16和18管所显示的总水头线一般仅供定性分析与讨论，只有按 实验原理与方法测绘总水头线才更准确。实验三不可压缩流体恒定流动量定律实验实验分析与讨论1、实测B与公认值（B =1.021.05）符合与否？如不符合，试分析原因。实测B =1.035与公认值符合良好。（如不符合，其最大可能原因之一是翼轮不转所致。为排除此故障,可用4B铅笔芯涂抹活塞及活塞套表面。）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方向的动量力有无影响？ 为
9、什么？无影响。因带翼片的平板垂直于x轴，作用在轴心上的力矩 T,是由射流冲击平板是，沿yz平面通过翼片造 成动量矩的差所致。即丁 = PQ2 cxa也-同氏=期0嗣COS亠勺式中 Q 射流的流量；Vyz1 入流速度在yz平面上的分速;Vyz2出流速度在yz平面上的分速；a 1 入流速度与圆周切线方向的夹角，接近 90;a 2出流速度与圆周切线方向的夹角；r1,2 分别为内、外圆半径。该式表明力矩T恒与x方向垂直，动量矩仅与yz平面上的流速分量有关。也就是说平板上附加翼片 后，尽管在射流作用下可获得力矩，但并不会产生 x方向的附加力，也不会影响x方向的流速分量。所以 x方向的动量方程与平板上设不
10、设翼片无关。3、通过细导水管的分流，其出流角度与 V2相同，试问对以上受力分析有无影响？ 无影响。当计及该分流影响时，动量方程为冷，=临恥蛊+腔掐呛厂兀煜= 0-肌尹二阳0%即该式表明只要出流角度与 V1垂直，则x方向的动量方程与设置导水管与否无关。4、 滑动摩擦力儿为什么可以忽略不记？试用实验来分析验证的大小，记录观察结果。（提示：平衡时， 向测压管内加入或取出1mn左右深的水，观察活塞及液位的变化）因滑动摩擦力5墸，故可忽略而不计。如第三次实验，此时hc=19.6cm，当向测压管内注入1mm左右深的水时，活塞所受的静压力增大，约 为射流冲击力的5。假如活动摩擦力大于此值，则活塞不会作轴向移动，亦即hc变为9.7cm左右，并保持不变，然而实际上，此时活塞很敏感地作左右移动，自动调整测压管水位直至hc仍恢复到19.6cm为止。这表明活塞和活塞套之间的轴向动摩擦力几乎为零，故可不予考虑。5、若不为零，会对实验结果带来什么影响？试结合实验步骤7的结果予以说明。按实验步骤7取下带翼轮的活塞，使射流直接冲击到活塞套内，便可呈现出回流与 x方向的夹角a大 于90 （
