最新水力學(xué)試驗報告思考題答案想你所要

1、精品文檔實驗二 不可壓縮流體恒定流能量方程（伯諾利方程）實驗成果分析及討論1. 測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢有何不同？為什么？測壓管水頭線（P-P）沿程可升可降，線坡 Jp可正可負。而總水頭線（E-E）沿程只降不升，線坡 J 恒為正，即J0。這是因為水在流動過程中，依據(jù)一定邊界條件，動能和勢能可相互轉(zhuǎn)換。測點5至測點7,管收縮，部分勢能轉(zhuǎn)換成動能，測壓管水頭線降低，Jp0。測點7至測點9,管漸擴，部分動能又轉(zhuǎn)換成勢能，測壓管水頭線升咼，Jp0， 故E2恒小于Ei, （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2.3的漸擴段和閥門等處，表

2、明有較大的局部水頭損失存在。2. 流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？ 有如下二個變化：（1 ）流量增加，測壓管水頭線（P-P ）總降落趨勢更顯著。這是因為測壓管水頭 豆屮=Z + = E 管=E - 二一 :r，任一斷面起始時的總水頭 E及管道過流斷面面積A為定值時，Q增大，2L2-二就增大，則必減小。而且隨流量的增加阻力損失亦增大，管道任一過水?dāng)嗝嫔系目偹^ E相應(yīng)減2 + 小，故 的減小更加顯著（2）測壓管水頭線（P-P）的起落變化更為顯著 因為對于兩個不同直徑的相應(yīng)過水?dāng)嗝嬗芯肺臋nQ增大，H亦式中為兩個斷面之間的損失系數(shù)。管中水流為紊流時，接近于常數(shù)，又管道斷面為定值，故 增大，

3、（P-P）線的起落變化就更為顯著。3. 測點2、3和測點10、11的測壓管讀數(shù)分別說明了什么問題？Z十土測點2、3位于均勻流斷面（圖2.2），測點高差0.7cm, Hp=均為37.1cm（偶有毛細影響相差0.1mm）,表明均勻流同斷面上，其動水壓強按靜水壓強規(guī)律分布。測點10、11在彎管的急變流斷面上，測壓管水頭差為7.3cm,表明急變流斷面上離心慣性力對測壓管水頭影響很大。由于能量方程推導(dǎo)時的限制條件之 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 選作能量方程的計算斷面。在繪制總水頭線時，測點10、11應(yīng)舍棄。4. 試問避免喉管（測點7）處形

4、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） 對喉管壓強的影響情況。下述幾點措施有利于避免喉管（測點 7）處真空的形成：（1）減小流量，（2）增大喉管管徑，（3）降低相應(yīng)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）更具有工程實用意義。因為若管系落 差不變，單單降低管線位置往往就可完全避免真空。例如可在水箱出口接一下垂90彎管，后接水平段，將喉管的高程降至基準(zhǔn)高程 0 0，比位能降至零，比壓能p/丫得以增大（Z），從而可能避免點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：2 +三當(dāng)作用水頭增大

5、h時，測點7斷面上 ，值可用能量方程求得。取基準(zhǔn)面及計算斷面1、2、3,計算點選在管軸線上（以下水柱單位均為 cm）。于是由斷面1、2的能量方 程（取a2=a3=1）有紐+山込十生+學(xué)十札口7魄因hwi-2可表示成此處c1.2是管段1-2總水頭損失系數(shù)，式中e、s分別為進口和漸縮局部損失系數(shù)。 又由連續(xù)性方程有故式（1）可變?yōu)? =-y-YL扎式中-可由斷面1、3能量方程求得，即由此得卩2曠-厶+從”（1 +叢廿）（Z2+P2/ 丫）加以判別。因代入式（2）有（Z2+P2/ 丫）隨h遞增還是遞減，可由鞏叢）1 +心工若1-（d3/d2）4+c1.2/（1+c1.3）0，則斷面2上的（Z+p/

6、丫）隨h同步遞增。反之，則遞減。文丘里實驗為遞 減情況，可供空化管設(shè)計參考。在實驗報告解答中，d3/d2=1.37/1，Z1=50，Z3=-10，而當(dāng) h=0 時，實驗的（Z2+P2/ 丫 ）=6，八 一-，將各值代入式 、（3）,可得該管道阻力系數(shù)分別為c1.2=1.5, c1.3=5.37。再將其代入式（5）得怒2 +必f力畑）1.3寧 +1.151 + 5.37=0.267 0表明本實驗管道喉管的測壓管水頭隨水箱水位同步升高。但因（Z2+P2/Y ）接近于零，故水箱水位的升高對提高喉管的壓強（減小負壓）效果不顯著。變水頭實驗可證明該結(jié)論正確。5. 由畢托管測量顯示的總水頭線與實測繪制的總

7、水頭線一般都有差異，試分析其原因。與畢托管相連通的測壓管有1、6、& 12、14、16和18管，稱總壓管?？倝汗芤好娴倪B續(xù)即為畢托（7 +勺管測量顯示的總水頭線，其中包含點流速水頭。而實際測繪的總水頭是以實測的1值加斷面平均流速水頭v2/2g繪制的。據(jù)經(jīng)驗資料，對于園管紊流，只有在離管壁約0.12d的位置，其點流速方能代表該斷面的平均流速。由于本實驗畢托管的探頭通常布設(shè)在管軸附近，其點流速水頭大于斷面平均流速水頭，所 以由畢托管測量顯示的總水頭線，一般比實際測繪的總水線偏高。因此，本實驗由1、6、& 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 實驗原理與方法測繪總水

8、頭線才更準(zhǔn)確。實驗四畢托管測速實驗實驗分析與討論1. 利用測壓管測量點壓強時，為什么要排氣？怎樣檢驗排凈與否？畢托管、測壓管及其連通管只有充滿被測液體，即滿足連續(xù)條件，才有可能測得真值，否則如果其中 夾有氣柱，就會使測壓失真，從而造成誤差。誤差值與氣柱高度和其位置有關(guān)。對于非堵塞性氣泡，雖不 產(chǎn)生誤差，但若不排除，實驗過程中很可能變成堵塞性氣柱而影響量測精度。檢驗的方法是畢托管置于靜 水中，檢查分別與畢托管全壓孔及靜壓孔相連通的兩根測壓管液面是否齊平。如果氣體已排凈，不管怎樣 抖動塑料連通管，兩測管液面恒齊平。2. 畢托管的動壓頭h和管嘴上、下游水位差H之間的大關(guān)系怎樣？為什么？由于u - 0

9、一般畢托管校正系數(shù)c=11%（與儀器制作精度有關(guān)）。喇叭型進口的管嘴出流，其中心點的點流速系數(shù)-=0.9961%。所以 hA H。本實驗 h=21.1cm, A H=21.3cm, c=1.000。3.所測的流速系數(shù)說明了什么？若管嘴出流的作用水頭為H,流量為Q,管嘴的過水?dāng)嗝娣e為k =甲吐 EA A，相對管嘴平均流速v，則有，稱作管嘴流速系數(shù)。若相對點流速而言，由管嘴出流的某流線的能量方程,可得式中：一為流管在某一流段上的損失系數(shù)； J為點流速系數(shù)。本實驗在管嘴淹沒出流的軸心處測得 =0.995,表明管嘴軸心處的水流由勢能轉(zhuǎn)換為動能的過程中有 能量損失，但甚微。4. 據(jù)激光測速儀檢測，距孔口

10、 2-3cm軸心處，其點流速系數(shù)為0.996，試問本實驗的畢托管精度如何? 如何率定畢托管的修正系數(shù)c?若以激光測速儀測得的流速為真值 u，則有堂二少屈兩 二 0.9962x980x213 二 2035lc/ 占而畢托管測得的該點流速為203.46cm/s,則& =0.2 %。 欲率定畢托管的修正系數(shù)，則可令u -:.c 二 / A/3本例.百=0.996V213/211 = 1.0007 対 1.05. 普朗特畢托管的測速范圍為0.2 -2m/s,軸向安裝偏差要求不應(yīng)大于10度，試說明原因。（低流速可用 傾斜壓差計）。（1）施測流速過大過小都會引起較大的實測誤差，當(dāng)流速 u小于0.2m/s時

11、，畢托管測得的壓差 h亦有護 202Lh 10,則 1- cos 10= 0.0156. 為什么在光、聲、電技術(shù)高度發(fā)展的今天，仍然常用畢托管這一傳統(tǒng)的流體測速儀器？畢托管測速原理是能量守恒定律，容易理解。而畢托管經(jīng)長期應(yīng)用，不斷改進，已十分完善。具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。因而被廣泛應(yīng)用于液、氣流的測量（其測量氣體的 流速可達60m/s）。光、聲、電的測速技術(shù)及其相關(guān)儀器，雖具有瞬時性，靈敏、精度高以及自動化記錄等 諸多優(yōu)點，有些優(yōu)點畢托管是無法達到的。但往往因其機構(gòu)復(fù)雜，使用約束條件多及價格昂貴等因素，從 而在應(yīng)用上受到限制。尤其是傳感器與電器在信號接收與放大處理過

12、程中，有否失真，或者隨使用時間的 長短，環(huán)境溫度的改變是否飄移等，難以直觀判斷。致使可靠度難以把握，因而所有光、聲、電測速儀器， 包括激光測速儀都不得不用專門裝置定期率定（有時是利用畢托管作率定）?？梢哉J為至今畢托管測速仍然是最可信，最經(jīng)濟可靠而簡便的測速方法。實驗六文丘里流量計實驗實驗分析與討論d2=0.7cm的管道而言，若1本實驗中，影響文丘里管流量系數(shù)大小的因素有哪些？哪個因素最敏感？對 因加工精度影響，誤將（d2-0.01 ） cm值取代上述d2值時，本實驗在最大流量下的 卩值將變?yōu)槎嗌伲?由式Q二町盃辰豆-1得可見本實驗（水為流體）的 卩值大小與Q、di、d2、 h有關(guān)。其中di、d

13、2影響最敏感。本實驗中若文氏 管di =1.4cm, d2=0.71cm,通常在切削加工中di比d2測量方便，容易掌握好精度，d2不易測量準(zhǔn)確，從而 不可避免的要引起實驗誤差。例如當(dāng)最大流量時卩值為0.976,若d2的誤差為一0.01cm,那么卩值將變?yōu)?.006,顯然不合理。2為什么計算流量Q與實際流量Q不相等？因為計算流量 Q是在不考慮水頭損失情況下，即按理想液體推導(dǎo)的，而實際流體存在粘性必引起阻 力損失，從而減小過流能力，QQ,即卩1.0。3試證氣一水多管壓差計（圖 6.4 ）有下列關(guān)系：嚴(yán)1 _（% +%0+站_給如圖6. 4所述，叢八二:乙二=r竺二生-兄+ A構(gòu)-駕+Ai +禺+也

14、7 Y7.（2十Py f 譏-（% +4- 丫 Z. _ pj y二+鳳）-（ +盡）+場+側(cè)=% 爲(wèi)+為陶4試應(yīng)用量綱分析法，闡明文丘里流量計的水力特性。運用量綱分析法得到文丘里流量計的流量表達式，然后結(jié)合實驗成果，便可進一步搞清流量計的量測 特性。對于平置文丘里管，影響v 1的因素有：文氏管進口直徑d1，喉徑d2、流體的密度p、動力粘滯系數(shù) 卩及兩個斷面間的壓強差 P。根據(jù)n定理有/（護局顯“戸護屯）二o從中選取三個基本量，分別為：訃嚴(yán)廠暢共有6個物理量，有3個基本物理量，可得3個無量綱n數(shù)，分別為：眄“外W，陰二M盤5悴Q驚根據(jù)量綱和諧原理，n 1的量綱式為L = c,Z7-1pMr3p

15、分別有 L:仁ai+bi-3ciT: 0=- biM : 0= ci聯(lián)解得：ai=1, bi=0, ci=0，則同理將各n值代入式（1 ）得無量綱方程為=0或?qū)懗煽?&U0卅心丿乃=擬：”=37進而可得流量表達式為(2)式（2）與不計損失時理論推導(dǎo)得到的(3)心的體-1相似。為計及損失對過流量的影響，實際流量在式（3）中引入流量系數(shù) g計算，變?yōu)?如手盃屁豆/屈萬廠i4（4）比較（2）、（4）兩式可知，流量系數(shù) g與Re一定有關(guān)，又因為式（4）中d2/di的函數(shù)關(guān)系并不一定代表 了式（2）中函數(shù)二所應(yīng)有的關(guān)系，故應(yīng)通過實驗搞清 g與Re、d2/di的相關(guān)性。通過以上分析，明確了對文丘里流量計流

16、量系數(shù)的研究途徑，只要搞清它與Re及d2/dl的關(guān)系就行了。由實驗所得在紊流過渡區(qū)的 gRe關(guān)系曲線（d2/di為常數(shù)），可知g隨Re的增大而增大，因恒有卩 2XlO5,使g值接近于常數(shù)0.98。流量系數(shù)g的上述關(guān)系，也正反映了文丘里流量計的水力特性。5文氏管喉頸處容易產(chǎn)生真空， 允許最大真空度為67mHO工程中應(yīng)用文氏管時，應(yīng)檢驗其最大真空度 是否在允許范圍內(nèi)。據(jù)你的實驗成果，分析本實驗流量計喉頸最大真空值為多少？本實驗若di= 1. 4cm，d2= 0. 71cm，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 1和22計算斷面，立能量方程得=315-3.5-80.22-_2 = -5

17、222 - 01 v 52.22cmH2O即實驗中最大流量時，文丘里管喉頸處真空度，而由本實驗實測為60.5cmH2O。進一步分析可知，若水箱水位高于管軸線 4m左右時，實驗中文丘里喉頸處的真空度可達 7mH2O （參考能量方程實驗解答六一4）。（八）局部阻力實驗1結(jié)合實驗成果，分析比較突擴與突縮在相應(yīng)條件下的局部損失大小關(guān)系。由式2 hj = Vj2g及二 f(d1.a)表明影響局部阻力損失的因素是v和d仁d2，由于有則有當(dāng)突擴：；二(1 - A. A?)2突縮：s =0.5(1 - A. A2)Ks 0.5(1 v)0.5e(1 - A A2)2 1 -A1 A2AA2 ：0.5或d1.

18、d2 : 0.707時，突然擴大的水頭損失比相應(yīng)突然收縮的要大。在本實驗最大流量Q下，突擴損失較突縮損失約大一倍，即hje.hjs =6.54/3.60 =1.817。 d1 d2接近于1時，突擴的水流形態(tài) 接近于逐漸擴大管的流動，因而阻力損失顯著減小。2. 結(jié)合流動演示儀的水力現(xiàn)象，分析局部阻力損失機理何在？產(chǎn)生突擴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？流動演示儀I-VII型可顯示突擴、突縮、漸擴、漸縮、分流、合流、閥道、繞流等三十 余種內(nèi)、外流的流動圖譜。據(jù)此對局部阻力損失的機理分析如下：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

19、源。由于水質(zhì)點的無規(guī)則運動和激烈的紊動，相互摩擦，便消耗了部分水體的自儲能量。另外，當(dāng)這部分低能流體被主流的高能流體帶走時，還須克服剪切流的速度梯度，經(jīng)質(zhì)點間的動能交換，達到流速的重新組合，這也損耗了部分能量。 這樣就造成了局部阻力損失。從流動儀可見，突擴段的旋渦主要發(fā)生在突擴斷面以后，而且與擴大系數(shù)有關(guān)，擴大 系數(shù)越大，旋渦區(qū)也越大，損失也越大，所以產(chǎn)生突擴局部阻力損失的主要部位在突擴斷面 的后部。而突縮段的旋渦在收縮斷面前后均有。突縮前僅在死角區(qū)有小旋渦，且強度較小， 而突縮的后部產(chǎn)生了紊動度較大的旋渦環(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，

20、在設(shè)計變斷面管道幾何邊界形狀時應(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。如欲減小本實驗管道的局部阻力，就應(yīng)減小管徑比以降低突擴段的旋渦區(qū)域；或把突縮進口的直角改為園角，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)減小到原來的1/21/10。突然收縮實驗管道，使用年份長后，實測阻力系數(shù)減小，主要原因也在這里。3. 現(xiàn)備有一段長度及聯(lián)接方式與調(diào)節(jié)閥（圖 5.1）相同，內(nèi)徑與實驗管道相同的直管段，如 何用兩點法測量閥門的局部阻力系數(shù)？兩點法是測量局部阻力系數(shù)的簡便有效辦法。它只需在被測流段（如閥門）前后的直管段長度大于（2040）d的斷面處，各布置一個測壓點便可。先測出

21、整個被測流段上的總水頭損失hw1 _2，有hw1 h j1 hj h j h ji h f2式中：hji 分別為兩測點間互不干擾的各個局部阻力段的阻力損失；hjn 被測段的局部阻力損失；hf1/ 兩測點間的沿程水頭損失。然后，把被測段（如閥門）換上一段長度及聯(lián)接方法與被測段相同，內(nèi)徑與管道相同的直管段，再測出相同流量下的總水頭損失/，同樣有hw1,mhf1.5探4、實驗測得突縮管在不同管徑比時的局部阻力系數(shù)Re 10如下:序號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)驗公式（1）確定經(jīng)驗公式類型現(xiàn)用差分判別法確定。由實

22、驗數(shù)據(jù)求得等差厶x（令X二d2 / di）相應(yīng)的差分：y（令y =二），其一、二級差分如F表i2345AX0.20.20.20.2也y-0.06-0.i-0.04-0.I8-0.04-0.04-0.04二級差分c2y為常數(shù)，故此經(jīng)驗公式類型為2(1)y = bobixb2X（2）用最小二乘法確定系數(shù)令、=yi -bo biXi b2X2是實驗值與經(jīng)驗公式計算值的偏差。如用:表示偏差的平方和，即n52；=八.Si - bo - bi Xi b2X2 fii d為使；為最小值，則必須滿足=0：:bicz0-b2于是式（2）分別對b0、bi、b2求偏導(dǎo)可得L 555X2 =0Zy5b0 - b1 N - b2 送K4i 4i 45555yXi-b Xi -b x2 -3-b2 瓦 Xi =0(3)i=1i 二i丄i=15555Zy2Xi-b0xi-bZ X3-b x4 =07i）7列表計算如下:iXj = d2 gyi2Xi3Xi10.20.480.040.00820.40.420.160.06430.60.3