流體力學(xué)試驗(yàn)思考題解答

1、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)思考題解答（一）流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)1、同一靜止液體內(nèi)的測(cè)壓管水頭線是根什么線？答：測(cè)壓管水頭指 Z +?,即靜水力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀顯示的測(cè)壓管液面至基準(zhǔn)面的垂直高度。測(cè)壓管水頭線指測(cè)壓管液面的連線。從表1.1的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)直接觀察可知，同一靜止液面的測(cè)壓管水頭線是一根水平線。2、當(dāng)Pb <0時(shí)，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)確定水箱的真空區(qū)域。答：以當(dāng)po <。時(shí)，第2次B點(diǎn)量測(cè)數(shù)據(jù)（表1.1）為例，此時(shí) 號(hào)=-0.6cm < 0 ,相應(yīng)容器的真空區(qū)域包括以下 3三部分：（1）過(guò)測(cè)壓管2液面作一水平面，由等壓面原理知， 相對(duì)測(cè)壓管2及水箱內(nèi)的水體而言，該水平面為等壓面，均為大氣壓強(qiáng)，故該平

2、面以上由 密封的水、氣所占的空間區(qū)域，均為真空區(qū)域。（2）同理，過(guò)箱頂小杯的液面作一水平面，測(cè)壓管4中該平面以上的水體亦為真空區(qū)域。（3）在測(cè)壓管 5中，自水面向下深度為號(hào)=磯。的一段水注亦為真空區(qū)。這段高度與測(cè)壓管2液面低于水箱液面的高度相等，亦與測(cè)壓管4液面高于小水杯液面高度相等，均為 號(hào)叫 -3、 若再備一根直尺，試采用另外最簡(jiǎn)便的方法測(cè)定L。答：最簡(jiǎn)單的方法，是用直尺分別測(cè)量水箱內(nèi)通大氣情況下，管 5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度hw和h。，由式whw =Lh。，從而求得丫。4、如測(cè)壓管太細(xì)，對(duì)測(cè)壓管液面的讀數(shù)將有何影響？答：設(shè)被測(cè)液體為水，測(cè)壓管太細(xì)，測(cè)壓管液面因毛細(xì)現(xiàn)象而

3、升高，造成測(cè)量誤差，毛細(xì) 高度由下式計(jì)算,4。cos式中，。為表面張力系數(shù)；Y為液體的容重；d為測(cè)壓管的內(nèi)徑；h為毛細(xì)升高。常溫（t =20心）的水，。=7.28dyn/mm 或。=0.073N /m，丫 = 0.98dyn/mm3。水與玻璃的浸潤(rùn)角0很小，可認(rèn)為COS0 =1.0。于是有h =h、d單位均為mm d一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)玻璃測(cè)壓管的內(nèi)徑大于10mm時(shí)，毛細(xì)影響可略而不計(jì)。另外，當(dāng)水質(zhì)不潔時(shí)，。減小，毛細(xì)高度亦較凈水??；當(dāng)采用有機(jī)玻璃作測(cè)壓管時(shí)，浸潤(rùn)角8較大，其h較普通玻璃管小。如果用同一根測(cè)壓管測(cè)量液體相對(duì)壓差值，則毛細(xì)現(xiàn)象無(wú)任何影響。因?yàn)闇y(cè)量高、低 壓強(qiáng)時(shí)均有毛細(xì)現(xiàn)象，但在計(jì)算壓差時(shí)

4、。相互抵消了。5、過(guò)C點(diǎn)作一水平面，相對(duì)管 1、2、5及水箱中液體而言，這個(gè)水平是不是等壓面？哪一 部分液體是同一等壓面？答：不全是等壓面，它僅相對(duì)管1、2及水箱中的液體而言，這個(gè)水平面才是等壓面。因?yàn)橹挥腥烤邆湎铝?個(gè)條件的平的才是等壓面(1)重力液體；(2)靜止；(3)連通；(4)連通介質(zhì)為同一均質(zhì)液體；(5)同一水平面而管5與水箱之間不符合條件（4）,因此，相對(duì)管 5和水箱中的液體而言，該水平面不是 等壓面。淤6、用圖1.1裝置能演示變液位下的恒定流實(shí)驗(yàn)嗎？答：關(guān)閉各通氣閥，開啟底閥，放水片刻，可看到有空氣由C進(jìn)入水箱。這時(shí)閥門的出流就是變液位下的恒定流。因?yàn)橛捎^察可知，測(cè)壓管1的液面

5、始終與 C點(diǎn)同高，表明作用于底閥上的總水頭不變，故為恒定流動(dòng)。這是由于液位的的降低與空氣補(bǔ)充使箱體表面真空 度的減小處于平衡狀態(tài)。醫(yī)學(xué)上的點(diǎn)滴注射就是此原理應(yīng)用的一例，醫(yī)學(xué)上稱之為馬利奧 特容器的變液位下恒定流。H ,實(shí)驗(yàn)時(shí)，若以p0 =0淤7、該儀器在加氣增壓后，水箱液面將下降5而測(cè)壓管液面將升高時(shí)的水箱液面作為測(cè)量基準(zhǔn)，試分析加氣增壓后，實(shí)際壓強(qiáng)（ H + 5 ）與視在壓強(qiáng)H的相 對(duì)誤差值。本儀器測(cè)壓管內(nèi)徑為0.8cm,箱體內(nèi)徑為20cm。1、2的液面各比基準(zhǔn)面升高H,答：加壓后，水箱液面比基準(zhǔn)面下降了 6 ,而同時(shí)測(cè)壓管由水量平衡原理有本實(shí)驗(yàn)儀2 d2H4d = 0.8cm,2二 Do4

6、D =20cm、H = 0.0032于是相對(duì)誤差&有0.00320.0 0 321 H 1 0.0032因而可略去不計(jì)。對(duì)單根測(cè)壓管的容器若有D/d10或?qū)筛鶞y(cè)壓管的容器D/d玄7時(shí)，便可使6 <0.01 。（二）伯諾里方程實(shí)驗(yàn)1、測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有何不同？為什么？測(cè)壓管水頭線（P-P）沿程可升可降，線坡 Jp可正可負(fù)。而總水頭線（E-E）沿程只降不升, 線坡Jp恒為正，即J>0。這是因?yàn)樗诹鲃?dòng)過(guò)程中，依據(jù)一定邊界條件，動(dòng)能和勢(shì)能可相互轉(zhuǎn)換。如圖所示，測(cè)點(diǎn)5至測(cè)點(diǎn)7,管漸縮，部分勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，測(cè)壓管水頭線降低，Jp>0。，測(cè)點(diǎn)7至測(cè)點(diǎn)9,管漸擴(kuò)，

7、部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成勢(shì)能，測(cè)壓管水頭線升高，Jp<0。而據(jù)能量方程Ei=E2+hwi-2, hwi-2為損失能量，是不可逆的，即恒有hw1.2>0,故E2恒小于E1,（E-E ）線不可能回升。（E-E ）線下降的坡度越大，即 J越大，表明單位流程上的水頭損失 越大，如圖上的漸擴(kuò)段和閥門等處，表明有較大的局部水頭損失存在。2、流量增加，測(cè)壓管水頭線有何變化？為什么？1）流量增加，測(cè)壓管水頭線（ P-P）總降落趨勢(shì)更顯著。這是因?yàn)闇y(cè)壓管水頭2H p =Z +； = E -2 ,任一斷面起始的總水頭E及管道過(guò)流斷面面積A為定值時(shí)，Q2增大， 二就增大，則Z 十§必減小。而且隨流量的

8、增加，阻力損失亦增大，管道任一過(guò) 2g水?dāng)嗝嫔系目偹^ E相應(yīng)減小，故Z +的減小更加顯著。yP面有 AH p = A Z + =p y22v2 - V12g2）測(cè)壓管水頭線（P-P）的起落變化更為顯著。因?yàn)閷?duì)于兩個(gè)不同直徑的相應(yīng)過(guò)水?dāng)?v2 Q2 A； -Q2 A2. Q2 A+ J =+ J2g2g2ga；'q2 A=1 + 一2 <A1 J 2g式中匚為兩個(gè)斷面之間的損失系數(shù)。管中水流為紊流時(shí)，匚接近于常數(shù)，又管道斷面為定 值，故Q增大，AH亦增大，（P - P ）線的起落變化更為顯著。3、測(cè)點(diǎn)2、3和測(cè)點(diǎn)10、11的測(cè)壓管讀數(shù)分別說(shuō)明了什么問題?測(cè)點(diǎn)2、3位于均勻流斷面，

9、測(cè)點(diǎn)高差 0.7cm, Hp = Z +專均為37.1cm （偶有毛細(xì)影響相差0.1mm）,表明均勻流各斷面上，其動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。測(cè)點(diǎn)10、11在彎管的急變流斷面上， 測(cè)壓管水頭差為7.3cm,表明急變流斷面上離心慣性力對(duì)測(cè)壓管水頭 影響很大。由于能量方程推導(dǎo)時(shí)的限制條件之一是“質(zhì)量力只有重力”，而在急變流斷面上其質(zhì)量力，除重力外，尚有離心慣性力，故急變流斷面不能選作能量方程的計(jì)算斷面。在 繪制總水頭線時(shí)，測(cè)點(diǎn) 10、11應(yīng)舍棄。 淤4、試問避免喉管（測(cè)點(diǎn)7）處形成真空有哪幾種技術(shù)措施？分析改變作用水頭（如抬高或降低水箱的水位）對(duì)喉管壓強(qiáng)的影響情況。下述幾點(diǎn)措施有利于避免喉管（測(cè)點(diǎn)

10、7）處真空的形成：（1）減小流量，（2）增大喉管管徑，（3）降低相關(guān)管線的安裝高程，（4）改變水箱中的液位高度。顯然（1） （2） （3）都有利于阻止喉管真空的出現(xiàn)，尤其（3）更具有工程實(shí)際意義。因?yàn)槿艄芟德洳畈蛔儯瑔螁谓档凸芫€位置往往就可以避免真空。例如可在水箱出口接一下垂90度的彎管，后接水平段，將喉管高程將至基準(zhǔn)高程0-0，比位能降至零，比壓能P./V得以增大（Z），從而可能避免點(diǎn) 7處的真空。至于措施（4）其增壓效果是有條件的，現(xiàn)分析 如下：當(dāng)作用水頭增大 Ah時(shí)，測(cè)點(diǎn)7斷面上Z+E值可用能量方程求得。y取基準(zhǔn)面及計(jì)算斷面 1、2、3如圖所示，計(jì)算點(diǎn)選在管軸線上 （以下水拄單位均為 c

11、m）。于是由斷面1、2的能量方程（取0（2 =口3 =1）有2_。22(1)Zi fh =Z2 上.拾hg因e可表示成恥="£1弋菖="會(huì)此處匚C1.2是管段1-2總水頭損失系數(shù)，式中匚e、<s分別為進(jìn)口和漸縮局部損失系數(shù)。又由連續(xù)方程有2乙、42V2I d3 V3故式（1）可變?yōu)開rC12 1(2)式中 V； . 2g 可由斷面1、3能量方程求得，即Z:h =Z32.圣2g2V3ci .3 -2g(3)；c1.3是管道阻力的總損失系數(shù)。由此得v372g =（Zi Z3+Ahy（1+；ci.3）,代入式（2）有Z2=Zh -YdI <d2(4)（Z2

12、+P2/Y）隨Ah遞增還是遞減，可由 己億2 + P2 脾m 加以判別。因ci.211 ci.3(5)f Z2Wh若 1 1d3/d2 / +<c1.2 b（1 +<c1.3）>°，則斷面 2 上的（Z + p/丫）隨 Ah 同步遞增。反之,則遞減。文丘里實(shí)驗(yàn)為遞減情況，可供空化管設(shè)計(jì)參考。因本實(shí)驗(yàn)儀d3/d2 =1.37/1 , Z1=50Z 3 = T0 ,而當(dāng) h = 0時(shí)，實(shí)驗(yàn)的（Z2 +P2）=6, v；/2g =33.19 , v；/2g =9.42，將各值代入式（2）、（3）,可得該管道阻力系數(shù)分別為 匚ci.2 =1.5 ,匚ci.3 =5.37。再

13、將其代入式（5）得-41.371.151 5.37= 0.267 0表明本實(shí)驗(yàn)管道喉管的測(cè)壓管水頭隨水箱水位同步升高。但因司z2 + p2/y y游h港近于零，故水箱水位的升高對(duì)提高喉管的壓強(qiáng)（減小負(fù)壓）效果不明顯。變水頭實(shí)驗(yàn)可證明結(jié) 論正確。5、畢托管測(cè)量顯示的總水頭線與實(shí)測(cè)繪制的總水頭線一般都有差異，試分析其原因。與畢托管相連通的測(cè)壓管有 1、6、8、12、14、16和18管，稱總壓管?？倝汗芤好娴?連線即為畢托管測(cè)量顯示的總水頭線，其中包含點(diǎn)流速水頭。而實(shí)際測(cè)繪的總水頭是以實(shí)測(cè)的（Z + p/Y旭加斷面平均流速水頭 v2/2g繪制的。據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料，對(duì)于園管紊流，只有在離管壁約0.12d的位

14、置，其點(diǎn)流速方能代表該斷面的平均流速。由于本實(shí)驗(yàn)畢托管的探 頭通常布設(shè)在管軸附近，其點(diǎn)流速水頭大于斷面平均流速水頭，所以由畢托管測(cè)量顯示的 總水頭線，一般比實(shí)際測(cè)繪的總水頭線偏高。因此，本實(shí)驗(yàn)由1、6、8、12、14、16和18管所顯示的總水頭線一般僅供定性分析與 討論，只有按實(shí)驗(yàn)原理與方法測(cè)繪的總水頭線才更準(zhǔn)確。（五）雷諾實(shí)驗(yàn)淤1、流態(tài)判據(jù)為何采用無(wú)量綱參數(shù)，而不采用臨界流速？雷諾在1883年以前的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)園管流動(dòng)存在著兩種流態(tài)層流和紊流，并且存''在著層流轉(zhuǎn)化為紊流的臨界流速v , v與流體的粘性V、園管的宜徑d有關(guān)，既'v=Wd）（1）'因此從廣義上看

15、，v不能作為流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。為了判別流態(tài)，雷諾對(duì)不同管徑、不同粘性液體作了大量的實(shí)驗(yàn)，得出了無(wú)量綱參數(shù)（vd/*）作為管流流態(tài)的判據(jù)。他不但深刻揭示了流態(tài)轉(zhuǎn)變的規(guī)律。而且還為后人用無(wú)量綱化的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究樹立了典范。用無(wú)量綱分析的雷列法可得出與雷諾數(shù)結(jié)果相同的無(wú) 量綱數(shù)?？梢哉J(rèn)為式（1）的函數(shù)關(guān)系能用指數(shù)的乘積來(lái)表示。即v'=Kva1da2其中K為某一無(wú)量綱系數(shù)。式（2）的量綱關(guān)系為(3)L2t" U從量綱和諧原理，得L . 2a1 + a2 = 1聯(lián)立求解得a? = -1將上述結(jié)果，代入式（2）,得(4)K=2320。于是，無(wú)量綱由于雷諾的貢獻(xiàn)，vd /雷諾實(shí)驗(yàn)完成了 K

16、值的測(cè)定，以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證。結(jié)果得到數(shù)vd/v便成了適合于任何管徑， 任何牛頓流體的流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。定名為雷諾數(shù)。隨著量綱分析理論的完善，利用量綱分析得出無(wú)量綱參數(shù)，研究多個(gè)物理量間的關(guān)系，成 了現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)研究的重要手段之一。2、 為何認(rèn)為上臨界雷諾數(shù)無(wú)實(shí)際意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流和紊流的判據(jù)？實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)為多少？根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，上臨界雷諾數(shù)實(shí)測(cè)值在30005000范圍內(nèi)，與操作快慢，水箱的紊動(dòng)度，外界干擾等密切相關(guān)。有關(guān)學(xué)者做了大量試驗(yàn)，有的得12000,有的得20000,有的甚至得40000。實(shí)際水流中，干擾總是存在的，故上臨界雷諾數(shù)為不定值，無(wú)實(shí)際意義。只有下臨 界雷諾數(shù)才可

17、以作為判別流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。凡水流的雷諾數(shù)小于下臨界雷諾數(shù)者必為層流。本 實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)為 2178。3、 雷諾實(shí)驗(yàn)得出的園管流動(dòng)下臨界雷諾數(shù)為2320,而且前一般教科書中介紹采用的下臨界 雷諾數(shù)是2000,原因何在？下臨界雷諾數(shù)也并非與干擾絕對(duì)無(wú)關(guān)。雷諾實(shí)驗(yàn)是在環(huán)境的干擾極小，實(shí)驗(yàn)前水箱中的水 體經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定情況下，經(jīng)反復(fù)多次細(xì)心量測(cè)才得出的。而后人的大量實(shí)驗(yàn)很難重復(fù)得 出雷諾實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確數(shù)值，通常在20002300之間。因此，從工程實(shí)用出發(fā)，教科書中介紹的園管下臨界雷諾數(shù)一般是 2000。4、試結(jié)合紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察，分析由層流過(guò)渡到紊流的機(jī)理何在？從紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察可知，異重流（分層流

18、）在剪切流動(dòng)情況下，分界面由于擾動(dòng) 引發(fā)細(xì)微波動(dòng)，并隨剪切流動(dòng)的增大，分界面上的波動(dòng)增大，波峰變尖，以至于間斷面破 裂而形成一個(gè)個(gè)小旋渦。使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橫向紊動(dòng)。正如在大風(fēng)時(shí)，海面上波浪滔天，水氣混摻的情況一樣，這是高速的空氣和靜止的海水這兩種流體的界面上，因剪切流動(dòng)而弓|起的界面失穩(wěn)的波動(dòng)現(xiàn)象。由于園管層流的流速按拋物線分布，過(guò)流斷面上的流速梯度較大，而且因壁面上的流速恒為零。相同管徑下，如果平均流速越大，則梯度越大，即層間的剪切流速越大，于是就容易產(chǎn)生紊動(dòng)。紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)所見到的波動(dòng) T破裂T旋渦T質(zhì) 點(diǎn)紊動(dòng)等一系列現(xiàn)象，便是流態(tài)從層流轉(zhuǎn)變成紊流的過(guò)程顯示。5、分析層流和紊流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)

19、力學(xué)特性方面各有何差異？層流和紊流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性方面的差異如下表:運(yùn)動(dòng)學(xué)特性動(dòng)力學(xué)特性層流1、質(zhì)點(diǎn)有規(guī)律地作分層流動(dòng)2、斷面流速按拋物線分布3、運(yùn)動(dòng)要素?zé)o脈動(dòng)現(xiàn)象1、流層間無(wú)質(zhì)量傳輸2、流層間無(wú)動(dòng)量交換3、單位質(zhì)量的能量損失與流速的一 次方成正比紊流1、質(zhì)點(diǎn)相互混摻作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)2、斷面流速按指數(shù)規(guī)律分布3、運(yùn)動(dòng)要素發(fā)生不規(guī)則的脈動(dòng)現(xiàn)象1、流層間有質(zhì)量傳輸2、流層間存在動(dòng)量交換3、單位質(zhì)量的能量損失與流速的（1.752）次方成正比（六）文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)1、本實(shí)驗(yàn)中，影響文丘里管流量系數(shù)大小的因素有哪些？哪個(gè)因素最敏感？對(duì)本實(shí)驗(yàn)的管道而言，若因加工精度影響，誤將（4-0.01） cm值取

20、代上述d2值時(shí)，本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的*值將變?yōu)槎嗌伲看穑河墒?Q =蘭 d； J2gh / J（d1/d2 4-1 得4'I_4=4 :!=Q . d2 -di / 、.!2gLh4可見本實(shí)驗(yàn)（水為流體）的N值大小與Q、d1、d2、Ah有關(guān)。其中d1、d2影響最敏感。本實(shí)驗(yàn)的文氏管 d1 = 1.4cm , d2= 0.71cm，通常在切削加工中 d1比d2測(cè)量方便，容易掌握好精度，d2不易測(cè)量準(zhǔn)確，從而不可避免的要引起實(shí)驗(yàn)誤差。例如本實(shí)驗(yàn)最大流量時(shí)卜值為0.976,若d2的誤差為-0.01cm，那么卜值將變?yōu)?.006,顯然不合理。2、為什么計(jì)算流量 Q，與實(shí)際流量 Q不相等？答：因

21、為計(jì)算流量Q，是在不考慮水頭損失情況下，即按理想液體推導(dǎo)的，而實(shí)際流體存在粘性必引起阻力損失，從而減小過(guò)流能力，Q <Q，即卜<1.0。3、試應(yīng)用量綱分析法，闡明文丘里流量計(jì)的水力特性。答：運(yùn)用量綱分析法得到文丘里流量計(jì)的流量表達(dá)式，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果，便可進(jìn)一步搞清流量計(jì)的量測(cè)特性。對(duì)于平置文丘里管，影響 V1的因素有：文氏管進(jìn)口直徑 d，喉徑d2、流體的密度P、動(dòng)力粘滯系數(shù) 卜及兩個(gè)斷面間的壓強(qiáng)差 Ap。根據(jù)冗定理有f （v2、d、d2、P、巨、Ap）=0（1）從中選取三個(gè)基本量，分別為：bj - L1?0 m 01V=Ft <m 0 】"I - L-t0m 1

22、IJT數(shù)，分別為:共有6個(gè)物理量，有3個(gè)基本物理量，可得 3個(gè)無(wú)量綱a212 c2二 2 =/ dV|i 二 3 Mp/dvb3 ：C3根據(jù)量綱和諧原理，H 1的量綱式為Il L L F1 Lt 直Ml 箜分別有1 = a1 燈 一 3c10 = -b1聯(lián)解得：a1 =1 , b1d2d1dMv"將各兀值代入式(1)得無(wú)量綱方程為或?qū)懗?0do =f(dA，7 )d1 dM ”V1 = p/、2(*d1Rei) = 2g p/ f3(蟲、Re1)d1進(jìn)而可得流量表達(dá)式為Q = d12、.2g ：hf3(魚、RG4d1Q = d； 2g5 /4'(2)(3)相似。為計(jì)及損失對(duì)過(guò)

23、流量的影響，實(shí)際流量在式(3)中引入流量系數(shù) Rq計(jì)算，變?yōu)? 兀 2 ， ' d2 4Q=% 62、；29油/、（：）41（4）4d1比較（2）、（4）兩式可知，流量系數(shù) 與Re 一定有關(guān)，又因?yàn)槭剑?）中d2/d 1的函數(shù)關(guān) 系并不一定代表了式 （2）中函數(shù)f3所應(yīng)有的關(guān)系，故應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)搞清 Hq與Re、d2/di的 相關(guān)性。通過(guò)以上分析，明確了對(duì)文丘里流量計(jì)流量系數(shù)的研究途徑，只要搞清它與Re、djdi的關(guān)系就行了。由本實(shí)驗(yàn)所得在紊流過(guò)渡區(qū)的Re關(guān)系曲線（ddi為常數(shù)），可知 隨Re的增大而增大，因恒有 H<1,故若使實(shí)驗(yàn)的Re增大，PQ將漸趨向于某一小于 1的常數(shù)。另外，

24、根據(jù)已有的很多實(shí)驗(yàn)資料分析，Pq與ddi也有關(guān)，不同的dd 1值，可以得到不同的PqRe關(guān)系曲線，文丘里管通常使d2/di =2。所以實(shí)用上，對(duì)特定的文丘里管 均需實(shí)驗(yàn)率定 PqRe的關(guān)系，或者查用相同管徑比時(shí)的經(jīng)驗(yàn)曲線。還有實(shí)用上較適宜于 被測(cè)管道中的雷諾數(shù) Re >2xi05,使 值接近于常數(shù)0.98。流量系數(shù)Pq的上述關(guān)系，也反映了文丘里流量計(jì)的水力特性。4、文丘里管喉頸處容易產(chǎn)生真空，允許最大真空度為6-7mH 2Oo工程中應(yīng)用文氏管時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)其最大真空度是否在允許范圍內(nèi)。據(jù)你的實(shí)驗(yàn)成果，分析本實(shí)驗(yàn)流量計(jì)喉頸最大真空 值為多少？ 答：本實(shí)驗(yàn)d =i.4cm , d2=0.7icm

25、,以管軸線高程為基準(zhǔn)面，以水箱液面和喉道斷面分別為1-2和2-2計(jì)算斷面，立能量方程得_2_2P£ _H 土 h 八 :VLh_ H 02 hwiu -02 hwi qP21< -52.22cmH2O即本實(shí)驗(yàn)最大流量時(shí)，文丘里管喉頸處真空度hv> 52cmH 2O ,而由實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)為60.5cmH2O。進(jìn)一步分析可知，若水箱水位高于管軸線 4m左右時(shí)，本實(shí)驗(yàn)裝置中文丘里管喉頸處的 真空度可達(dá)7mH2O。（八）局部阻力實(shí)驗(yàn)1、結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果，分析比較突擴(kuò)與突縮在相應(yīng)條件下的局部損失大小關(guān)系。由式hj = j 2g=f(dd2)表明影響局部阻力損失的因素是v和djd2 ,由于有突

26、擴(kuò)：e =(1A?)2突縮：s =0.5(1 - A. A2)則有0.5(1 - A A2) _0.5(1 "1 A2)2 一1 -Ai A2Ai . A2 ： 0.5或d1 d2 : 0.707時(shí)，突然擴(kuò)大的水頭損失比相應(yīng)突然收縮的要大。在本實(shí)驗(yàn)最大流量Q下，突擴(kuò)損失較突縮損失約大一倍，即hje/hjs =6.54/3.60 =1.817。djd2接近于1時(shí)，突擴(kuò)的水流形態(tài)接近于逐漸擴(kuò)大管的流動(dòng)，因而阻力損失顯著減小。2. 結(jié)合流動(dòng)演示儀的水力現(xiàn)象，分析局部阻力損失機(jī)理何在？產(chǎn)生突擴(kuò)與突縮局部阻力損失 的主要部位在哪里？怎樣減小局部阻力損失？流動(dòng)演示儀I-VII型可顯示突擴(kuò)、突縮、

27、漸擴(kuò)、漸縮、分流、合流、閥道、繞流等三 十余種內(nèi)、外流的流動(dòng)圖譜。據(jù)此對(duì)局部阻力損失的機(jī)理分析如下：從顯示的圖譜可見，凡流道邊界突變處，形成大小不一的旋渦區(qū)。旋渦是產(chǎn)生損失的 主要根源。由于水質(zhì)點(diǎn)的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)和激烈的紊動(dòng)，相互摩擦，便消耗了部分水體的自儲(chǔ) 能量。另外，當(dāng)這部分低能流體被主流的高能流體帶走時(shí)，還須克服剪切流的速度梯度， 經(jīng)質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)能交換，達(dá)到流速的重新組合，這也損耗了部分能量。這樣就造成了局部阻 力損失。從流動(dòng)儀可見，突擴(kuò)段的旋渦主要發(fā)生在突擴(kuò)斷面以后，而且與擴(kuò)大系數(shù)有關(guān)，擴(kuò)大 系數(shù)越大，旋渦區(qū)也越大，損失也越大，所以產(chǎn)生突擴(kuò)局部阻力損失的主要部位在突擴(kuò)斷 面的后部。而突縮段的

28、旋渦在收縮斷面前后均有。突縮前僅在死角區(qū)有小旋渦，且強(qiáng)度較 小，而突縮的后部產(chǎn)生了紊動(dòng)度較大的旋渦環(huán)區(qū)?？梢姰a(chǎn)生突縮水頭損失的主要部位是在 突縮斷面后。從以上分析知。為了減小局部阻力損失，在設(shè)計(jì)變斷面管道幾何邊界形狀時(shí)應(yīng)流線型化或盡量接近流線型，以避免旋渦的形成，或使旋渦區(qū)盡可能小。如欲減小本實(shí)驗(yàn)管道的 局部阻力，就應(yīng)減小管徑比以降低突擴(kuò)段的旋渦區(qū)域；或把突縮進(jìn)口的直角改為園角，以消除突縮斷面后的旋渦環(huán)帶，可使突縮局部阻力系數(shù)減小到原來(lái)的1/21/10。突然收縮實(shí)驗(yàn)管道，使用年份長(zhǎng)后，實(shí)測(cè)阻力系數(shù)減小，主要原因也在這里。3. 現(xiàn)備有一段長(zhǎng)度及聯(lián)接方式與調(diào)節(jié)閥（圖5.1）相同，內(nèi)徑與實(shí)驗(yàn)管道相同

29、的直管段，如何用兩點(diǎn)法測(cè)量閥門的局部阻力系數(shù)？?jī)牲c(diǎn)法是測(cè)量局部阻力系數(shù)的簡(jiǎn)便有效辦法。它只需在被測(cè)流段（如閥門）前后的直 管段長(zhǎng)度大于（2040） d的斷面處，各布置一個(gè)測(cè)壓點(diǎn)便可。先測(cè)出整個(gè)被測(cè)流段上的總水頭損失hwi n ,有hwi/ =hji 服 膈 hh”式中：hji 一分別為兩測(cè)點(diǎn)間互不干擾的各個(gè)局部阻力段的阻力損失；hjn 一被測(cè)段的局部阻力損失；hf1-2 兩測(cè)點(diǎn)間的沿程水頭損失。然后，把被測(cè)段（如閥門）換上一段長(zhǎng)度及聯(lián)接方法與被測(cè)段相同，內(nèi)徑與管道相同 '的直管段，再測(cè)出相同流量下的總水頭損失hwiw,同樣有'h w1u f 呢 Fihfu所以hjn =hwiu

30、-hwu5淤4、實(shí)驗(yàn)測(cè)得突縮管在不同管徑比時(shí)的局部阻力系數(shù)R 10如下：序號(hào)12345d2/d10.20.40.60.81.00.480.420.320.180試用最小二乘法建立局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式（1）確定經(jīng)驗(yàn)公式類型現(xiàn)用差分判別法確定。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得等差 Ax（令x = d2 / di）相應(yīng)的差分Ay（令y =勺，其一、二級(jí)差分如卜表i12345Ax0.20.20.20.2y-0.06-0.1-0.04-0.182y-0.04-0.04-0.04二級(jí)差分A2y為常數(shù)，故此經(jīng)驗(yàn)公式類型為(1)(2)2y = b0 bix b2x(2)用最小二乘法確定系數(shù)令:yi -b0 b1x1 b2x26是實(shí)驗(yàn)值與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值的偏差。 如用&表示偏差的平方和，即n5；- '、-'虹一 b° - bixi b2x"為使&為最小值