流體熱工實(shí)驗(yàn)報(bào)告答案

1、工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理在重力作用下不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程或廠內(nèi)+出（1.1）式中：z被測點(diǎn)在基準(zhǔn)面的相對(duì)位置高度；p 被測點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)，用相對(duì)壓強(qiáng)表示，以下同；p0水箱中液面的表面壓強(qiáng)；Y液體容重；h 被測點(diǎn)的液體深度。另對(duì)裝有水油（圖1.2及圖1.3 ） U型測管，應(yīng)用等壓面可得油的比重SO有下列關(guān)系:（1.2）據(jù)此可用儀器（不用另外尺）直接測得SO。實(shí)驗(yàn)分析與討論1. 同一靜止液體內(nèi)的測管水頭線是根什么線？測壓管水頭指 y ，即靜水力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀顯示的測管液面至基準(zhǔn)面的垂直高度。測 管水頭線指測壓管液面的連線。實(shí)驗(yàn)直接觀察可知，同一靜止液面的測壓管水頭線是一 水平

2、線。2. 當(dāng)Pb<0時(shí)，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，確定水箱內(nèi)的真空區(qū)域<0F ,相應(yīng)容器的真空區(qū)域包括以下三部分：(1) 過測壓管2液面作一水平面，由等壓面原理知，相對(duì)測壓管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)，故該平面以上由密封的水、氣所占的空間區(qū)域，均 真空區(qū)域。(2) 同理，過箱頂小水杯的液面作一水平面，測壓管4中，該平面以上的水體亦為真空域。(3) 在測壓管5中，自水面向下深度某一段水柱亦為真空區(qū)。這段高度與測壓管2液面于水箱液面的高度相等，亦與測壓管 4液面高于小水杯液面高度相等。3. 若再備一根直尺，試采用另外最簡便的方法測定丫。最簡單的方法，是用直尺分別測量水箱內(nèi)

3、通大氣情況下，管5油水界面至水面和油界面至油面的垂直高度h和h0,由式 心/“ 從而求得Y 0。4. 如測壓管太細(xì)，對(duì)測壓管液面的讀數(shù)將有何影響？設(shè)被測液體為水，測壓管太細(xì)，測壓管液面因毛細(xì)現(xiàn)象而升高，造成測量誤差，毛細(xì)高度下式計(jì)算式中，為表面張力系數(shù)；為液體的容量；d為測壓管的內(nèi)徑；h為毛細(xì)升高。常溫(t=20 <的水，=7.28dyn/mm , =0.98dyn/mm。水與玻璃的浸潤角很小，可認(rèn)為 cos 0 =1.0。于是d (h、d單位為mm)一般來說，當(dāng)玻璃測壓管的內(nèi)徑大于10m m時(shí)，毛細(xì)影響可略而不計(jì)。另外，當(dāng)水不潔時(shí)，減小，毛細(xì)高度亦較凈水??；當(dāng)采用有機(jī)玻璃作測壓管時(shí)，浸

4、潤角較大，其 普通玻璃管小。如果用同一根測壓管測量液體相對(duì)壓差值，則毛細(xì)現(xiàn)象無任何影響。因?yàn)闇y量高、 壓強(qiáng)時(shí)均有毛細(xì)現(xiàn)象，但在計(jì)算壓差時(shí)，互相抵消了。5. 過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)水平面是不是等壓面？哪一部分液體是同一等 壓面？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。為只有全部具備下列 5 個(gè)條件的平面才是等壓面： （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。6. 用圖 1.1 裝

5、置能演示變液位下的恒定流實(shí)驗(yàn)嗎？關(guān)閉各通氣閥門，開啟底閥，放水片刻，可看到有空氣由c 進(jìn)入水箱。這時(shí)閥門的流就是變液位下的恒定流。因?yàn)橛捎^察可知，測壓管 1 的液面始終與 c 點(diǎn)同高，表明作 于底閥上的總水頭不變，故為恒定流動(dòng)。這是由于液位的降低與空氣補(bǔ)充使箱體表面真 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 特容器的變液位下恒定流。7. 該儀器在加氣增壓后， 水箱液面將下降而測壓管液面 將升高H,實(shí)驗(yàn)時(shí)，若以Po=O時(shí)的水箱液面作為測量基準(zhǔn)，試分析加氣增壓后，實(shí)際壓強(qiáng)（H+3 ）與視在壓強(qiáng)H的相對(duì)誤差值。本儀器測壓管內(nèi)徑為0.8cm,箱體卩徑為20cm&g

6、t;加壓后，水箱液面比基準(zhǔn)面下降了，而同時(shí)測壓管1、2的液面各比基準(zhǔn)面升高了H,由量平衡原理有則 亍V本實(shí)驗(yàn)儀d=0.8cm, D=20cm,故H=0.0032于是相對(duì)誤差有因而可略去不計(jì)。其實(shí)，對(duì)單根測壓管的容器若有 D/d10或?qū)筛鶞y壓管的容器 D/d7時(shí)，便可使0.01。實(shí)驗(yàn)二不可壓縮流體恒定流能量方程（伯諾利方程）實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取 n個(gè)過斷面?？梢粤谐鲞M(jìn)口斷面（1）至另一斷面（i）的能 方程式（i=2,3,n）取a仁an=1,選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出丫值，測出通過管av1的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速v及云，從而即可得到各斷面測管水頭和總水頭

7、。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(fù)。而總水頭線（E-E）沿程降不升，線坡J恒為正，即J>0。這是因?yàn)樗诹鲃?dòng)過程中，依據(jù)一定邊界條件，動(dòng)能 勢能可相互轉(zhuǎn)換。測點(diǎn)5至測點(diǎn)7,管收縮，部分勢能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，測壓管水頭線降低 Jp>0測點(diǎn)7至測點(diǎn)9，管漸擴(kuò)，部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成勢能，測壓管水頭線升高，JP<0。據(jù)能量方程E仁E2+hw1-2, hw1-2為損失能量，是不可逆的，即恒有hw1-2>0，故E2恒于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

8、的 頭損失越大，如圖2.3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，測壓管水頭線有何變化？為什么?有如下二個(gè)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?yàn)闇y壓管水=Z = = E 一一 Iz 為 矽，任一斷面起始時(shí)的總水頭 E及管道過流斷面面積 A為定值時(shí)， 增大，遼就增大，則F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)嗌系目偹^E相應(yīng)減小，故尸的減小更加顯著。2）測壓管水頭線（P-P）的起落變化更為顯著。因?yàn)閷?duì)于兩個(gè)不同直徑的相應(yīng)過水?dāng)嗝嬗惺街袨閮蓚€(gè)斷面之間的損失系數(shù)。管中水流為紊流時(shí)，接近于常數(shù)，又管道斷面為定值故Q增大，H亦增

9、大，（P-P）線的起落變化就更為顯著。3. 測點(diǎn)2、3和測點(diǎn)10、11的測壓管讀數(shù)分別說明了什 么問題？Z + -測點(diǎn)2、3位于均勻流斷面（圖 2.2），測點(diǎn)高差0.7cm，HP=尸均為37.1cm （偶有細(xì)影響相差0.1mm），表明均勻流同斷面上，其動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。測點(diǎn)1C11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(duì)測管水頭影響很大。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) 斷面。在繪制總水頭線時(shí)，測點(diǎn) 10、11應(yīng)舍棄。4. 試問避免喉管（測點(diǎn)7）

10、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（測點(diǎn) 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)用意義 因?yàn)槿艄芟德洳畈蛔?，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 下垂90彎管，后接水平段，將喉管的高程降至基準(zhǔn)高程00，比位能降至零，比壓能Y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：Z + -當(dāng)作用水頭增大h

11、時(shí)，測點(diǎn)7斷面上 值可用能量方程求得。取基準(zhǔn)面及計(jì)算斷面1、2、3，計(jì)算點(diǎn)選在管軸線上（以下水柱單位均為cm）。于是由面1、2的能量方程（取 a2=a3=1）有r袪因hw1-2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(jìn)口和漸縮 部損失系數(shù)。又由連續(xù)性方程有故式（1）可變?yōu)?J?! + bih 式中£可由斷面1、3能量方程求得，即由此得（Z2+P2/ 丫）加以判別。因代入式（2）有（Z2+P2/ 丫）隨h遞增還是遞減，可由貯j十必®_ （邊/心）4十仃抬若1-（d3/d2）4+c1.2"（1+c1.3）0，則斷面2上的（Z+p/ 丫）隨h同

12、步遞增。反之，則 減。文丘里實(shí)驗(yàn)為遞減情況，可供空化管設(shè)計(jì)參考在實(shí)驗(yàn)報(bào)告解答中，d3/d2=1.37/1, Z1=50, Z3=-10,而當(dāng)h=0時(shí)，實(shí)驗(yàn)的（Z2+P2/ 丫 ）=二巧收 0邊二皿，將各值代入式 、（3）,可得該管道阻力系數(shù)分別為c1.2=1.5c1.3=5.37。再將其代入式（5）得表明本實(shí)驗(yàn)管道喉管的測壓管水頭隨水箱水位同步升高。但因（Z2+P2/ 丫）接近于零，故箱水位的升高對(duì)提高喉管的壓強(qiáng)（減小負(fù)壓）效果不顯著。變水頭實(shí)驗(yàn)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(shí)測繪制的總水頭 線一般都有差異，試分析其原因。與畢托管相連通的測壓管有1、6、& 12、1

13、4、16和18管，稱總壓管?？倝汗芤旱倪B續(xù)即為畢托管測量顯示的總水頭線，其中包含點(diǎn)流速水頭。而實(shí)際測繪的總水頭是實(shí)測的 卜值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，只有離管壁約0.12d的位置，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 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，所以由畢托管測量顯示的 水頭線，一般比實(shí)際測繪的總水線偏高。因此，本實(shí)驗(yàn)由1、6、& 12、14、16和18管所顯示的總水頭線一般僅供定性分 與討論，只有按實(shí)驗(yàn)原理與方法測繪總水頭線才更準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)三不可壓縮流體恒定流動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理- '-I,可忽略不計(jì)

14、，故 x方向的動(dòng)量方程化為恒定總流動(dòng)量方程為取脫離體，因滑動(dòng)摩擦阻力水平分離yr即式中： he作用在活塞形心處的水深；D活塞的直徑；Q射流流量；V1x射流的速度；B 1動(dòng)量修正系數(shù)。實(shí)驗(yàn)中，在平衡狀態(tài)下，只要測得Q流量和活塞形心水深 he,由給定的管嘴直徑d和活 直徑D,代入上式，便可驗(yàn)證動(dòng)量方程，并率定射流的動(dòng)量修正系數(shù)B1值。其中，測管的標(biāo)尺零點(diǎn)已固定在活塞的園心處， 因此液面標(biāo)尺讀數(shù)， 即為作用在活塞園心處的水深實(shí)驗(yàn)分析與討論1實(shí)測B與公認(rèn)值（B =1.021.05）符合與否？如不符 合，試分析原因。實(shí)測B =1.035與公認(rèn)值符合良好。（如不符合，其最大可能原因之一是翼輪不轉(zhuǎn) 致。為排

15、除此故障，可用 4B 鉛筆芯涂抹活塞及活塞套表面。 ） 2、帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對(duì)分析射 流沖擊無翼片的平板沿 x 方向的動(dòng)量力有無影響？為什 么？無影響。因帶翼片的平板垂直于 x軸，作用在軸心上的力矩 T,是由射流沖擊平板是，沿平面通過翼片造成動(dòng)量矩的差所致。即式中 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 入流速度與圓周切線方向的夾角，接近90°；a2出流速度與圓周切線方向的夾角；1,2分別為內(nèi)、外圓半徑。該式表明力矩T恒與x方向垂直，動(dòng)量矩僅與 yz平面上的流速分量有關(guān)。也就是 平板上附加翼片后，盡管在射流作

16、用下可獲得力矩，但并不會(huì)產(chǎn)生x方向的附加力，也會(huì)影響x方向的流速分量。所以 x方向的動(dòng)量方程與平板上設(shè)不設(shè)翼片無關(guān)。3通過細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與V2相同，試問對(duì)以上受力分析有無影響？無影響。當(dāng)計(jì)及該分流影響時(shí)，動(dòng)量方程為即4該式表明只要出流角度與 V1垂直，則x方向的動(dòng)量方程與設(shè)置導(dǎo)水管與否無關(guān)。4滑動(dòng)摩擦力為什么可以忽略不記？試用實(shí)驗(yàn)來分析驗(yàn)證 ：的大小，記錄觀察結(jié)果。（ 示：平衡時(shí)，向測壓管內(nèi)加入或取出1mm左右深的水，觀察活塞及液位的變化）因滑動(dòng)摩擦力 <5墸，故可忽略而不計(jì)。如第三次實(shí)驗(yàn)，此時(shí)hc=19.6cm，當(dāng)向測壓管內(nèi)注入1mm左右深的水時(shí)，活塞所受的 壓力增大，約為

17、射流沖擊力的 5。假如活動(dòng)摩擦力大于此值，則活塞不會(huì)作軸向移動(dòng)， 即he變?yōu)?.7cm左右，并保持不變，然而實(shí)際上，此時(shí)活塞很敏感地作左右移動(dòng)，自調(diào)整測壓管水位直至he仍恢復(fù)到19.6cm為止。這表明活塞和活塞套之間的軸向動(dòng)摩擦 幾乎為零，故可不予考慮。5 V2x若不為零，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來什么影響？試結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟7的結(jié)果予以說明。按實(shí)驗(yàn)步驟7取下帶翼輪的活塞，使射流直接沖擊到活塞套內(nèi)，便可呈現(xiàn)出回流與 方向的夾角a大于90° (其V2x不為零)的水力現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)測得 135。，作用于活塞 圓心處的水深he' =29.2cm，管嘴作用水頭 H0=29.45cm。而相應(yīng)水流條件下

18、，在取下帶 輪的活塞前，V2x=0, hc=19.6cm。表明V2x若不為零，對(duì)動(dòng)量立影響甚大。因?yàn)閂2x不零，則動(dòng)量方程變?yōu)?-起01% *0丹 cos(180-a;)就是說hc '隨V2及a遞增。故實(shí)驗(yàn)中 hc' > hc。實(shí)際上，he'隨V2及a的變化又受總能頭的約束，這是因?yàn)橛赡芰糠匠痰梦?2)而 逸f所以陽5從式2)知，能量轉(zhuǎn)換的損失 札較小時(shí)， 號(hào) 實(shí)驗(yàn)四畢托管測速實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)原理u =匕=上 JZ石(4.1 )七=匸7式中：u 畢托管測點(diǎn)處的點(diǎn)流速;c 畢托管的校正系數(shù)；-畢托管全壓水頭與靜水壓頭差?！? 返麗（4.2）聯(lián)解上兩式可得時(shí) SU（4.3）

19、式中：u 測點(diǎn)處流速，由畢托管測定；繆一測點(diǎn)流速系數(shù)； H管嘴的作用水頭。實(shí)驗(yàn)分析與討論1利用測壓管測量點(diǎn)壓強(qiáng)時(shí)，為什么要排氣？怎樣檢驗(yàn)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(huì)使測壓失真，從而造成誤差。誤差值與氣柱高度和其位置 關(guān)。對(duì)于非堵塞性氣泡，雖不產(chǎn)生誤差，但若不排除，實(shí)驗(yàn)過程中很可能變成堵塞性氣 而影響量測精度。檢驗(yàn)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 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(dòng)塑料連通管，兩測管 面恒齊平。2畢托管的動(dòng)壓頭h和管嘴上、下游水位差 H之間的大關(guān)系怎樣

20、？為什么？由于乜三£”2醪且 -即J QU一般畢托管校正系數(shù)C=11%0（與儀器制作精度有關(guān)）。喇叭型進(jìn)口的管嘴出流，其中心 的點(diǎn)流速系數(shù);=0.9961 %。所以 h<A Ho本實(shí)驗(yàn)h=21.1cm, 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 A,相對(duì)管嘴平均流速 V, 有:稱作管嘴流速系數(shù)。若相對(duì)點(diǎn)流速而言，由管嘴出流的某流線的能量方程，可得 式中：為流管在某一流段上的損失系數(shù)；門為點(diǎn)流速系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)在管嘴淹沒出流的軸心處測得匸=0.995，表明管嘴軸心處的水流由勢能轉(zhuǎn)換為能的過程中有能量損失，但甚

21、微。4據(jù)激光測速儀檢測， 距孔口 2- 3cm軸心處，其點(diǎn)流速系數(shù)為0.996，試問本實(shí)驗(yàn)的畢 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，則有而畢托管測得的該點(diǎn)流速為203.46cm/s，貝X =0.2 %。欲率定畢托管的修正系數(shù)，則可令本例:廣= 0 996（2口 / 211 = 10007 3。5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(jì)）。1）施測流速過大過小都會(huì)引起較大的實(shí)測誤差，當(dāng)流速 u小于0.2m/s時(shí)，畢托管測 的壓差A(yù)h亦有若用30傾斜壓差計(jì)測量此壓差值，因傾斜壓差計(jì)的讀

22、數(shù)值差h為30°= 2 x 0.204 = 0.408cw那么當(dāng)有0.5mm的判讀誤差時(shí)，流速的相對(duì)誤差可達(dá)6%而當(dāng)流速大于 2m/s時(shí)，由于流流經(jīng)畢托管頭部時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部分離現(xiàn)象，從而使靜壓孔測得的壓強(qiáng)偏低而造成誤差。2 ）同樣，若畢托管安裝偏差角（a）過大，亦會(huì)引起較大的誤差。因畢托管測得的速u是實(shí)際流速u在其軸向的分速ucos a,則相應(yīng)所測流速誤差為a若10,則|小-心120皿6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(jìn)，已 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

23、優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(yīng)用 液、氣流的測量（其測量氣體的流速可達(dá) 60m/s）。光、聲、電的測速技術(shù)及其相關(guān)儀器 雖具有瞬時(shí)性，靈敏、精度高以及自動(dòng)化記錄等諸多優(yōu)點(diǎn)，有些優(yōu)點(diǎn)畢托管是無法達(dá)到的但往往因其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，使用約束條件多及價(jià)格昂貴等因素，從而在應(yīng)用上受到限制。尤 是傳感器與電器在信號(hào)接收與放大處理過程中，有否失真，或者隨使用時(shí)間的長短，環(huán) 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 儀器，包括激光測速儀都不得不用專門裝置定期率定（有時(shí)是利用畢托管作率定）?？烧J(rèn)為至今畢托管測速仍然是最可信，最經(jīng)濟(jì)可靠而簡便的測速方法。實(shí)驗(yàn)五雷諾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)分析與討論1. 流

24、態(tài)判據(jù)為何采用無量綱參數(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)存在兩種流態(tài)一一層流和紊流，并且 在著層流轉(zhuǎn)化為紊流的臨界流速 V , V與流體的粘性v及園管的直徑d有關(guān)，即| ij（ i）因此從廣義上看，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)，得出了用無量綱 數(shù)Vd/ v）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，而且還為后人無量綱化的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究樹立了典范。用無量綱分析的雷列法可得出與雷諾數(shù)結(jié)果 同的無量綱數(shù) 可以認(rèn)為式（1）的函數(shù)關(guān)系能用指數(shù)的乘積來表示。即討=其中K為某一無量綱系數(shù)。式2）的量綱關(guān)系為(3)

25、7 7 -1 = z V 7 Yl z YJ從量綱和諧原理，得L: 2 a 1+ a 2=1T： - a 1=-1聯(lián)立求解得a 1=1 ,a 2=-1將上述結(jié)果，代入式（2）,得W = K-d或以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證。結(jié)果得到K=2320。于是，無任何牛頓流體的流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。由于雷諾的奉獻(xiàn)雷諾實(shí)驗(yàn)完成了 K值的測定， 綱數(shù)vd/ v便成了適應(yīng)于任何管徑， vd/y定命為雷諾數(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)無實(shí)際意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與紊流的判據(jù)？實(shí)下臨界雷諾數(shù)為多少？根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定

26、，上臨界雷諾數(shù)實(shí)測值在30005000范圍內(nèi)，與操作快慢，水箱的動(dòng)度，外界干擾等密切相關(guān)。有關(guān)學(xué)者做了大量實(shí)驗(yàn)，有的得12000，有的得20000,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，無實(shí)際意義只有下臨界雷諾數(shù)才可以作為判別流態(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 層流。一般實(shí)測下臨界雷諾數(shù)為 2100 左右。3. 雷諾實(shí)驗(yàn)得出的圓管流動(dòng)下臨界雷諾數(shù)2320,而目前一般教科書中介紹采用的下臨界 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 的水體經(jīng)長時(shí)間的穩(wěn)定情況下，經(jīng)反復(fù)多次細(xì)心量測才得出的。

27、而后人的大量實(shí)驗(yàn)很難 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 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）在剪切流動(dòng)情況下，分界面由于擾 引發(fā)細(xì)微波動(dòng)，并隨剪切流速的增大，分界面上的波動(dòng)增大，波峰變尖，以至于間斷面 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， 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 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，過流斷面上的流速梯度 大

28、，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 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)所見的波動(dòng)-破裂-旋渦-質(zhì)點(diǎn)紊 等一系列現(xiàn)象，便是流態(tài)從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^程顯示。5. 分析層流和紊流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)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)有律地作分層流動(dòng)1.流層間無質(zhì)量傳輸流層間無動(dòng)量交換單位質(zhì)量的能量損失與流速的一次方流層間有質(zhì)量傳輸流層間存在動(dòng)量交換3.單位質(zhì)量的能量損失與流速2. 斷面流速按拋物線分布2.3. 運(yùn)動(dòng)要素?zé)o脈動(dòng)現(xiàn)象3.正比紊流1.質(zhì)點(diǎn)互相混摻作無規(guī)則

29、運(yùn)動(dòng)1.2. 斷面流速按指數(shù)規(guī)律分布2.3. 運(yùn)動(dòng)要素發(fā)生不規(guī)則的脈動(dòng)現(xiàn)象1.752）次方成正比實(shí)驗(yàn)六文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)能量方程式和連續(xù)性方程式，可得不計(jì)阻力作用時(shí)的文氏管過水能力關(guān)系式 式中：Ah為兩斷面測壓管水頭差。由于阻力的存在，實(shí)際通過的流量Q恒小于Q。今引入一無量綱系數(shù)卩=Q/Q'（稱為流量系數(shù)），對(duì)計(jì)算所得的流量值進(jìn)行修正。即- -一匸- m另，由水靜力學(xué)基本方程可得氣一水多管壓差計(jì)的h為" -荒“產(chǎn)-r實(shí)驗(yàn)分析與討論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)d2=0.7的管道而言，若因加工精度影響，誤將（d2- 0.01

30、） cm值取代上述d2值時(shí)，本實(shí)驗(yàn)在 大流量下的卩值將變?yōu)槎嗌?？由式可見本?shí)驗(yàn)（水為流體）的卩值大小與Q d1、d2>A h有關(guān)。其中d1、d2影響最敏感本實(shí)驗(yàn)中若文氏管d1 =1.4cm , d2=0.71cm，通常在切削加工中 d1比d2測量方便，容易握好精度，d2不易測量準(zhǔn)確，從而不可避免的要引起實(shí)驗(yàn)誤差。例如當(dāng)最大流量時(shí)卩值0.976,若d2的誤差為0.01cm，那么值將變?yōu)?1.006，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？因?yàn)橛?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 在粘性必引起阻力損失，從而減小過流能力，QvQ，即卩1.0。3. 試證氣一水多管壓差計(jì)（圖 6.4 ）有下列關(guān)系：如圖6. 4所述，丄 i J亠二-,4. 試應(yīng)用量綱分析法，闡明文丘里流量計(jì)的水力特性。運(yùn)用量綱分析法得到文丘里流量