流體實(shí)驗(yàn)答案

-.z.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)當(dāng)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)時(shí)，第2次B點(diǎn)量測(cè)數(shù)據(jù)〔表1.1〕為例，此時(shí)，相應(yīng)容器的真空區(qū)域包括以下3三局部：〔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)，故該平面以上由密封的水、氣所占的空間區(qū)域，均為真空區(qū)域?！?〕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?！?〕在測(cè)壓管5中，自水面向下深度為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。假設(shè)再備一根直尺，試采用另外最簡(jiǎn)便的方法測(cè)定。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和，由式，從而求得。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)象而升高，造成測(cè)量誤差，毛細(xì)高度由下式計(jì)算式中，為外表張力系數(shù)；為液體的容重；為測(cè)壓管的內(nèi)徑；為毛細(xì)升高。常溫〔〕的水，或，。水與玻璃的浸潤(rùn)角很小，可認(rèn)為。于是有一般說(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)角較大，其較普通玻璃管小。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)。相互抵消了。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？哪一局部液體是同一等壓面？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烤邆湟韵?個(gè)條件的平面才是等壓面：重力液體；靜止；連通；連通介質(zhì)為同一均質(zhì)液體；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?！?、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(kāi)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(mén)的出流就是變液位下的恒定流。因?yàn)橛捎^(guān)察可知，測(cè)壓管1的液面始終與C點(diǎn)同高，說(shuō)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)充使箱體外表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(chēng)之為馬利奧特容器的變液位下恒定流?！?、該儀器在加氣增壓后，水箱液面將下降而測(cè)壓管液面將升高H，實(shí)驗(yàn)時(shí)，假設(shè)以時(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)〔〕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。答：加壓后，水箱液面比基準(zhǔn)面下降了，而同時(shí)測(cè)壓管1、2的液面各比基準(zhǔn)面升高了H，由水量平衡原理有則本實(shí)驗(yàn)儀，故于是相對(duì)誤差有因而可略去不計(jì)。對(duì)單根測(cè)壓管的容器假設(shè)有或?qū)筛鶞y(cè)壓管的容器時(shí)，便可使?！捕巢Z里方程實(shí)驗(yàn)測(cè)壓管水頭線(xiàn)和總水頭線(xiàn)的變化趨勢(shì)有何不同？為什么？測(cè)壓管水頭線(xiàn)(P-P)沿程可升可降，線(xiàn)坡JP可正可負(fù)。而總水頭線(xiàn)(E-E)沿程只降不升，線(xiàn)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。如下圖，測(cè)點(diǎn)5至測(cè)點(diǎn)7，管漸縮，局部勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，測(cè)壓管水頭線(xiàn)降低，JP>0。，測(cè)點(diǎn)7至測(cè)點(diǎn)9，管漸擴(kuò)，局部動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成勢(shì)能，測(cè)壓管水頭線(xiàn)升高，JP<0。而據(jù)能量方程E1=E2+hw1-2，hw1-2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(xiàn)不可能上升。〔E-E〕線(xiàn)下降的坡度越大，即J越大，說(shuō)明單位流程上的水頭損失越大，如圖上的漸擴(kuò)段和閥門(mén)等處，說(shuō)明有較大的局部水頭損失存在。流量增加，測(cè)壓管水頭線(xiàn)有何變化？為什么？1〕流量增加，測(cè)壓管水頭線(xiàn)〔P-P〕總降落趨勢(shì)更顯著。這是因?yàn)闇y(cè)壓管水頭，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)，Q增大，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(guò)水?dāng)嗝嫔系目偹^E相應(yīng)減小，故的減小更加顯著。2〕測(cè)壓管水頭線(xiàn)〔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)嗝嬗惺街袨閮蓚€(gè)斷面之間的損失系9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，亦增大，線(xiàn)的起落變化更為顯著。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(wèn)題？測(cè)點(diǎn)2、3位于均勻流斷面，測(cè)點(diǎn)高差0.7cm，均為37.1cm〔偶有毛細(xì)影響相差0.1mm〕，說(shuō)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，說(shuō)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(xiàn)時(shí)，測(cè)點(diǎn)10、11應(yīng)舍棄。※4、試問(wèn)防止喉管〔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)措施有利于防止喉管〔測(cè)點(diǎn)7〕處真空的形成：〔1〕減小流量，〔2〕增大喉管管徑，〔3〕降低相關(guān)管線(xiàn)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)榧僭O(shè)管系落差不變，單單降低管線(xiàn)位置往往就可以防止真空。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，比壓能得以增大〔Z〕，從而可能防止點(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)作用水頭增大時(shí)，測(cè)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如下圖，計(jì)算點(diǎn)選在管軸線(xiàn)上〔以下水拄單位均為cm〕。于是由斷面1、2的能量方程〔取〕有〔1〕因可表示成此處是管段1-2總水頭損失系數(shù)，式中、分別為進(jìn)口和漸縮局部損失系數(shù)。又由連續(xù)方程有故式〔1〕可變?yōu)椤?〕式中可由斷面1、3能量方程求得，即〔3〕是管道阻力的總損失系數(shù)。由此得，代入式〔2〕有〔4〕隨遞增還是遞減，可由加以判別。因〔5〕假設(shè)，則斷面2上的隨同步遞增。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，，，而當(dāng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)的，，，將各值代入式〔2〕、〔3〕，可得該管道阻力系數(shù)分別為，。再將其代入式〔5〕得說(shuō)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。但因接近于零，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。畢托管測(cè)量顯示的總水頭線(xiàn)與實(shí)測(cè)繪制的總水頭線(xiàn)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(chēng)總壓管?？倝汗芤好娴倪B線(xiàn)即為畢托管測(cè)量顯示的總水頭線(xiàn)，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)的值加斷面平均流速水頭繪制的。據(jù)經(jīng)歷資料，對(duì)于園管紊流，只有在離管壁約的位置，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(xiàn)，一般比實(shí)際測(cè)繪的總水頭線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)才更準(zhǔn)確?！参濉忱字Z實(shí)驗(yàn)※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，與流體的粘性、園管的直徑有關(guān)，既〔1〕因此從廣義上看，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)作為管流流態(tài)的判據(jù)。他不但深刻提醒了流態(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)展實(shí)驗(yàn)研究樹(shù)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)果一樣的無(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〔2〕其中為*一無(wú)量綱系數(shù)。式〔2〕的量綱關(guān)系為〔3〕從量綱和諧原理，得：：聯(lián)立求解得，將上述結(jié)果，代入式〔2〕，得或〔4〕雷諾實(shí)驗(yàn)完成了值的測(cè)定，以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證。結(jié)果得到K=2320。于是，無(wú)量綱數(shù)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)。由于雷諾的奉獻(xiàn)，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3000～5000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(shū)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)屢次細(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2000～2300之間。因此，從工程實(shí)用出發(fā)，教科書(shū)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(guān)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(guān)察可知，異重流〔分層流〕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，以至于連續(xù)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)而引起的界面失穩(wěn)的波動(dòng)現(xiàn)象。由于園管層流的流速按拋物線(xiàn)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。一樣管徑下，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(jiàn)到的波動(dòng)破裂旋渦質(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)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)特性層流質(zhì)點(diǎn)有規(guī)律地作分層流動(dòng)斷面流速按拋物線(xiàn)分布運(yùn)動(dòng)要素?zé)o脈動(dòng)現(xiàn)象流層間無(wú)質(zhì)量傳輸流層間無(wú)動(dòng)量交換單位質(zhì)量的能量損失與流速的一次方成正比紊流質(zhì)點(diǎn)相互混摻作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)斷面流速按指數(shù)規(guī)律分布運(yùn)動(dòng)要素發(fā)生不規(guī)則的脈動(dòng)現(xiàn)象流層間有質(zhì)量傳輸流層間存在動(dòng)量交換單位質(zhì)量的能量損失與流速的〔1.75～2〕次方成正比〔六〕文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)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，假設(shè)因加工精度影響，誤將〔d2-0.01〕cm值取代上述d2值時(shí)，本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的值將變?yōu)槎嗌?？答：由式得可?jiàn)本實(shí)驗(yàn)〔水為流體〕的值大小與、、、有關(guān)。其中、影響最敏感。本實(shí)驗(yàn)的文氏管，，通常在切削加工中比測(cè)量方便，容易掌握好精度，不易測(cè)量準(zhǔn)確，從而不可防止的要引起實(shí)驗(yàn)誤差。例如本實(shí)驗(yàn)最大流量時(shí)值為0.976，假設(shè)的誤差為-0.01cm，則值將變?yōu)?.006，顯然不合理。為什么計(jì)算流量Qˊ與實(shí)際流量Q不相等？答：因?yàn)橛?jì)算流量Qˊ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，，即。試應(yīng)用量綱分析法，說(shuō)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，影響的因素有：文氏管進(jìn)口直徑，喉徑、流體的密度、動(dòng)力粘滯系數(shù)及兩個(gè)斷面間的壓強(qiáng)差。根據(jù)定理有〔1〕從中選取三個(gè)根本量，分別為：共有6個(gè)物理量，有3個(gè)根本物理量，可得3個(gè)無(wú)量綱數(shù)，分別為：根據(jù)量綱和諧原理，的量綱式為分別有：：:聯(lián)解得：，，，則，同理，將各值代入式〔1〕得無(wú)量綱方程為或?qū)懗蛇M(jìn)而可得流量表達(dá)式為〔2〕〔3〕相似。為計(jì)及損失對(duì)過(guò)流量的影響，實(shí)際流量在式〔3〕中引入流量系數(shù)計(jì)算，變?yōu)椤?〕比擬〔2〕、〔4〕兩式可知，流量系數(shù)與一定有關(guān)，又因?yàn)槭健?〕中的函數(shù)關(guān)系并不一定代表了式〔2〕中函數(shù)所應(yīng)有的關(guān)系，故應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)搞清與、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、的關(guān)系就行了。由本實(shí)驗(yàn)所得在紊流過(guò)渡區(qū)的～關(guān)系曲線(xiàn)〔為常數(shù)〕，可知隨的增大而增大，因恒有，故假設(shè)使實(shí)驗(yàn)的增大，將漸趨向于*一小于1的常數(shù)。另外，根據(jù)已有的很多實(shí)驗(yàn)資料分析，與也有關(guān)，不同的值，可以得到不同的～關(guān)系曲線(xiàn)，文丘里管通常使。所以實(shí)用上，對(duì)特定的文丘里管均需實(shí)驗(yàn)率定～的關(guān)系，或者查用一樣管徑比時(shí)的經(jīng)歷曲線(xiàn)。還有實(shí)用上較適宜于被測(cè)管道中的雷諾數(shù)，使值接近于常數(shù)。流量系數(shù)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6-7mH2O。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)，，以管軸線(xiàn)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，立能量方程得則即本實(shí)驗(yàn)最大流量時(shí)，文丘里管喉頸處真空度，而由實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)為。進(jìn)一步分析可知，假設(shè)水箱水位高于管軸線(xiàn)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)?！舶恕尘植孔枇?shí)驗(yàn)1、結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果，分析比擬突擴(kuò)與突縮在相應(yīng)條件下的局部損失大小關(guān)系。由式及說(shuō)明影響局部阻力損失的因素是和，由于有突擴(kuò)：突縮：則有當(dāng)或時(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。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、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(jiàn)，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)和劇烈的紊動(dòng)，相互摩擦，便消耗了局部水體的自?xún)?chǔ)能量。另外，當(dāng)這局部低能流體被主流的高能流體帶走時(shí)，還須克制剪切流的速度梯度，經(jīng)質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)能交換，到達(dá)流速的重新組合，這也損耗了局部能量。這樣就造成了局部阻力損失。從流動(dòng)儀可見(jiàn)，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?jiàn)產(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(xiàn)型化或盡量接近流線(xiàn)型，以防止旋渦的形成，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1/2~1/10。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〕一樣，內(nèi)徑與實(shí)驗(yàn)管道一樣的直管段，如何用兩點(diǎn)法測(cè)量閥門(mén)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)便有效方法。它只需在被測(cè)流段〔如閥門(mén)〕前后的直管段長(zhǎng)度大于〔20~40〕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，有式中：—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；—被測(cè)段的局部阻力損失；—兩測(cè)點(diǎn)間的沿程水頭損失。然后，把被測(cè)段〔如閥門(mén)〕換上一段長(zhǎng)度及聯(lián)接方法與被測(cè)段一樣，內(nèi)徑與管道一樣的直管段，再測(cè)出一樣流量下的總水頭損失，同樣有所以※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)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)歷公式〔1〕確定經(jīng)歷公式類(lèi)型現(xiàn)用差分判別法確定。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得等差相應(yīng)的差分，其一、二級(jí)差分如下表i123450.20.20.20.2-0.06-0.1-0.04-0.18-0.04-0.04-0.04二級(jí)差分為常數(shù)，故此經(jīng)歷公式類(lèi)型為