2023年流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告思考題詳細(xì)指導(dǎo)

水力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(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)三不可壓縮流體恒定流動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五雷諾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)八局部阻力實(shí)驗(yàn)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）的能量方程式(i=2,3,……,n)%+生+也=4+立+也+我y2gy2gZ+2取al=a2=…an=l,選好基準(zhǔn)面,從已設(shè)立的各斷面的測(cè)壓管中讀出/值，測(cè)出通過管路的av流量，即可計(jì)算出斷面平均流速v及2g，從而即可得到各斷面測(cè)管水頭和總水頭。成果分析及討論L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4.據(jù)激光測(cè)速儀檢測(cè),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(cè)速儀測(cè)得的流速為真值u,則有打==0.99672x980x21.3=203.5kw/s而畢托管測(cè)得的該點(diǎn)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=cJ2ghh=8J2gM：.c=本例：c=0.996V213/211=1.0007?1.05.普朗特畢托管的測(cè)速范圍為0.2-2m/s,軸向安裝偏差規(guī)定不應(yīng)大于10度，試說明因素。(低流速可用傾斜壓差計(jì))。(1)施測(cè)流速過大過小都會(huì)引起較大的實(shí)測(cè)誤差，當(dāng)流速u小于0.2m/s時(shí)，畢托管測(cè)得的壓差A(yù)h亦有229<—==0.204朋2g1960若用30傾斜壓差計(jì)測(cè)量此壓差值，因傾斜壓差計(jì)的讀數(shù)值差△h為M'=^/S1n300=2x0.204=0.40^,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)，由于水流流經(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(cè)得的壓強(qiáng)偏低而導(dǎo)致誤差。(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(cè)得的流速u是實(shí)際流速u在其軸向的分速ucosa,則相應(yīng)所測(cè)流速誤差為u-ucosa-E==1—COSflfua若>10,則￡>1一cosl°°=°°156.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(cè)速儀器？畢托管測(cè)速原理是能量守恒定律，容易理解。而畢托管經(jīng)長(zhǎng)期應(yīng)用，不斷改善，已十分完善。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，使用方便，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(yīng)用于液、氣流的測(cè)量（其測(cè)量氣體的流速可達(dá)60m/s）。光、聲、電的測(cè)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)成的。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。特別是傳感器與電器在信號(hào)接受與放大解決過程中，有否失真，或者隨使用時(shí)間的長(zhǎng)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(cè)速儀器，涉及激光測(cè)速儀都不得不用專門裝置定期率定（有時(shí)是運(yùn)用畢托管作率定）。可以認(rèn)為至今畢托管測(cè)速仍然是最可信，最經(jīng)濟(jì)可靠而簡(jiǎn)便的測(cè)速方法。實(shí)驗(yàn)五雷諾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理史二2=?V73dVK=—實(shí)驗(yàn)分析與討論L流態(tài)判據(jù)為什么采用無量綱參數(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及園管的直徑d有關(guān)，即v'=f（v,d）（1）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),得出了用無量綱參數(shù)（vd/v）作為管流流態(tài)的判據(jù)。他不僅深刻揭示了流態(tài)轉(zhuǎn)變的規(guī)律，并且還為后人用無量綱化的方法進(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)果相同的無量綱數(shù)?？梢哉J(rèn)為式(1)的函數(shù)關(guān)系能用指數(shù)的乘積來表達(dá)。即vr=Kv*'dai其中K為某一無量綱系數(shù)。式(2)的量綱關(guān)系為[Z7-1]=[L2T-1]ai[L丁從量綱和諧原理，得L：2a]+a2=1T：—a)=-1聯(lián)立求解得a尸1,a2=1將上述結(jié)果，代入式(2),得雷諾實(shí)驗(yàn)完畢了K值的測(cè)定，以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證。結(jié)果得到K=232()。于是，無量綱數(shù)vd/v便成了適應(yīng)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),vd/v定命為雷諾數(shù)。隨著量綱分析理論的完善，運(yùn)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。.為什么認(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)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)者做了大量實(shí)驗(yàn)，有的得12()23,有的得2023(),有的甚至得4000()。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)者必為層流。一般實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)為2100左右。.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雷諾數(shù)是2023,因素何在？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)很難反復(fù)得出雷諾實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確數(shù)值,通常在2023?2300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2023。4?為什么在測(cè)R調(diào)小流量的過程中，不許有反調(diào)？當(dāng)流量由大逐漸變小，由紊流變?yōu)閷恿鳎拖鄳?yīng)了一個(gè)下臨界rel；當(dāng)流量由。逐漸變大,由層流變?yōu)槲闪?，就相?yīng)了一個(gè)上臨界re2。上臨界re2受外界干擾不穩(wěn)定，而下臨界rel較之更穩(wěn)定，所以一般取下臨界rel。由上可知，反調(diào)破壞了產(chǎn)生下臨界的調(diào)節(jié)，因此不允許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.斷面流速按拋物線分布2.流層間無動(dòng)量互換.運(yùn)動(dòng)要素?zé)o脈動(dòng)現(xiàn)象。3.單位質(zhì)量的能量損失與流速的一次方成正比紊流：紊流：1.質(zhì)點(diǎn)互相混摻作無規(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)象紊流：1.紊流：1.質(zhì)點(diǎn)互相混摻作無規(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1.流層間有質(zhì)量傳輸.流層間存在動(dòng)量互換.單位質(zhì)量的能量損失與流速的（1.75?2）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:△h為兩斷面測(cè)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)產(chǎn)Q/Q'（u稱為流量系數(shù)），對(duì)計(jì)算所得的流量值進(jìn)行修正。即Q=pQ=陽^陵另，由水靜力學(xué)基本方程可得氣一水多管壓差計(jì)的Ah為m=飽-4實(shí)驗(yàn)分析與討論L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=0.7cm的管道而言，若因加工精度影響，誤將（d2—0,01）cm值取代上述d2值時(shí),本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的口值將變?yōu)槎嗌?？由?=吟.而麗"（%）’-1得H=Q《d”d：卓?jī)煽梢姳緦?shí)驗(yàn)（水為流體）的u值大小與Q、5、d2、Ah有關(guān)。其中出、d2影響最敏感。本實(shí)驗(yàn)中若文氏管d]=1.4cm,d2=0.71cm,通常在切削加工中di比d?測(cè)量方便，容易掌握好精度,dz不易測(cè)量準(zhǔn)確，從而不可避免的要引起實(shí)驗(yàn)誤差。例如當(dāng)最大流量時(shí)u值為0976,若ch的誤差為-0.01cm,那么U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？由于計(jì)算流量Q'是在不考慮水頭損失情況下，即按抱負(fù)液體推導(dǎo)的，而實(shí)際流體存在粘性必引起阻力損失,從而減小過流能力,Q<Q"即u<l.0o3?試證氣一水多管壓差計(jì)（圖6.4）有下列關(guān)系：伉+^^-飽+飽-4如圖6.4所述,%==飽-4,:生二包一名+△囪一女3+△〃1+%+%YY—y（Z]+%fy）—（z?+/y）=Z]+#2/y—+卜41+-z?一尸？/y=（z+區(qū)）-（z2+品）+△%+△%=4一飽+%—/44.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d「喉徑d2、流體的密度P、動(dòng)力粘滯系數(shù)U及兩個(gè)斷面間的壓強(qiáng)差A(yù)Po根據(jù)兀定理有/k2,心，心,Q,〃，的二0從中選取三個(gè)基本量，分別為：［心］=楫7°的同平7"］網(wǎng)平3/刈共有6個(gè)物理量，有3個(gè)基本物理量，可得3個(gè)無量綱兀數(shù)，分別為:木弋央爐，，穴飛=d弋炎"，根據(jù)量綱和諧原理，兀?的量綱式為國平］“次-】「［血-3『分別有L：l=a)+bi-3ciT：O=?biM:0=C)聯(lián)解得：ai=l,bi=O,c尸0,則穴_小巧一不同理巧=〃一將各兀值代入式(1)得無量綱方程為或?qū)懗?/i\△p［djd］匕旬V1=mP/Pj2~T~,&1=J2g△,/!</3-y-,&i\a1/Id1/進(jìn)而可得流量表達(dá)式為。=.；J2g從人俘，凡i式(2)與不計(jì)損失時(shí)理論推導(dǎo)得到的°』沁硒/舊門相似。為計(jì)及損失對(duì)過流量的影響，實(shí)際流量在式(3)中引入流量系數(shù)口計(jì)算，變?yōu)镼=/斜居反朝國匚［比較(2)、(4)兩式可知，流量系數(shù)|4q與Rc一定有關(guān)，又由于式(4)中d2/九的函數(shù)關(guān)系并不一定代表了式(2)中函數(shù)力所應(yīng)有的關(guān)系，故應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)搞清nq與Rc、//小的相關(guān)性。通過以上分析，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A及d2/di的關(guān)系就行了。由實(shí)驗(yàn)所得在紊流過渡區(qū)的NQ?Re關(guān)系曲線(d2/由為常數(shù))，可知(1Q隨Re的增大而增大,因恒有U<1,故若使實(shí)驗(yàn)的Re增大，口將漸趨向于某一小于1的常數(shù)。此外，根據(jù)已有的很多實(shí)驗(yàn)資料分析，Hq與d”dz也有關(guān)，不同的d"d2值，可以得到不同的阿?氏關(guān)系曲線，文丘里管通常使d/d2=2。所以實(shí)用上，對(duì)特定的文丘里管均需實(shí)驗(yàn)率定Nq?A的關(guān)系，或者查用相同管徑比時(shí)的經(jīng)驗(yàn)曲線。尚有實(shí)用上較適宜于被測(cè)管道中的雷諾數(shù)R；2X1()5,使rq值接近于常數(shù)o.98o流量系數(shù)Mq的上述關(guān)系，也正反映了文丘里流量計(jì)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6?7mH2。。工程中應(yīng)用文氏管時(shí)，應(yīng)檢查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？本實(shí)驗(yàn)若d尸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2-2計(jì)算斷面，立能量方程得兒二―號(hào)+入y2g則/2g2g=31.5-35-80.22-=-52.22-hwl_2；0.左/v-52.22cmH2O即實(shí)驗(yàn)中最大流量時(shí)，文丘里管喉頸處真空度4>52加必0,而由本實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)為60.5cmH2。。進(jìn)一步分析可知，若水箱水位高于管軸線4m左右時(shí)，實(shí)驗(yàn)中文丘里喉頸處的真空度可達(dá)7mHQ（參考能量方程實(shí)驗(yàn)解答六一4）。（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=q=及C=f（d\/d?）表白影響局部阻力損失的因素是上，和4/4，由于有突擴(kuò),=(i-A/4)2突縮，=0.5(1-a/4)則有，一0.5(1--4)—0.5("4/4)2-「A/4當(dāng)AjA2<0.5或4/4<0.707時(shí)，忽然擴(kuò)大的水頭損失比相應(yīng)忽然收縮的要大。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，即胃/&=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重要部位在哪里？如何減小局部阻力損失?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,凡流道邊界突變處，形成大小不一的旋渦區(qū)。旋渦是產(chǎn)生損失的重要根源。由于水質(zhì)點(diǎn)的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)和劇烈的紊動(dòng)，互相摩擦，便消耗了部分水體的自儲(chǔ)能量。此外,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)能互換，達(dá)成流速的重新組合，這也損耗了部分能量。這樣就導(dǎo)致了局部阻力損失。從流動(dòng)儀可見，突擴(kuò)段的旋渦重要發(fā)生在突擴(kuò)斷面以后，并且與擴(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)生突不升，線坡J恒為正，即J>0。這是由于水在流動(dòng)過程中,依據(jù)一定邊界條件，動(dòng)能和勢(shì)能可互相轉(zhuǎn)換。測(cè)點(diǎn)5至測(cè)點(diǎn)7,管收縮，部分勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，測(cè)壓管水頭線減少，Jp>()o測(cè)點(diǎn)7至測(cè)點(diǎn)9,管漸擴(kuò)，部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成勢(shì)能，測(cè)壓管水頭線升高，JpvO。而據(jù)能量方程E尸E2+hwj.2,hwi.2為損失能量，是不可逆的，即恒有hw「2>0,故E2恒小于Ei，(E—E)線不也許回升。(E-E)線下降的坡度越大，即J越大，表白單位流程上的水頭損失越大，如圖2.3的漸擴(kuò)段和閥門等處，表白有較大的局部水頭損失存在。2,流量增長(zhǎng)，測(cè)壓管水頭線有何變化?為什么？有如下二個(gè)變化：(1)流量增長(zhǎng)，測(cè)壓管水頭線(P—P)總降落趨勢(shì)更顯著。這是由于測(cè)壓管水頭Hp=Z+^-=E--=，2g2端，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￡Z+2時(shí)，Q增大,2g就增大，則了必減小。并且隨流量的增長(zhǎng)阻力損失亦增大，管道任一過水Z+工斷面上的總水頭E相應(yīng)減小，故了的減小更加顯著。(2)測(cè)壓管水頭線(P-P)的起落變化更為顯著。由于對(duì)于兩個(gè)不同直徑的相應(yīng)過水?dāng)嗝嬗幸弧?Z+馬=3+理=小曷./*7s

yy2g「2g2g2g誓式中為兩個(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亦增大，(P-P)線的起落變化就更為顯著。3.測(cè)點(diǎn)2、3和測(cè)點(diǎn)10、11的測(cè)壓管讀數(shù)分別說明了什么問題？測(cè)點(diǎn)2、3位于均勻流斷面(圖2.2)，測(cè)點(diǎn)高差0.7cm,HP=7均為37.1cm(偶有擴(kuò)局部阻力損失的重要部位在突擴(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)?？梢姰a(chǎn)生突縮水頭損失的重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)盡也許小。如欲減小本實(shí)驗(yàn)管道的局部阻力，就應(yīng)減小管徑比以減少突擴(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)減小到本來的1/2?1/10。忽然收縮實(shí)驗(yàn)管道，使用年份長(zhǎng)后，實(shí)測(cè)阻力系數(shù)減小,重要因素也在這里。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（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gz有%-2=卜八+hj2+???+"”+???++hfx_2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；hJH-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）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3_2,同樣有hw\-2=hji+hj2HFhjj_]+%_2所以％”=兒1一2-〃+2※心實(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〉i。'如下:序號(hào)12345d2/dl0.20.4().60.81.000.480.420.320.180試用最小二乘法建立局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式(1)擬定經(jīng)驗(yàn)公式類型現(xiàn)用差分判別法擬定。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得等差"(令戈=4?)相應(yīng)的差分與(令了“)，其一、二級(jí)差分如下表i12345Av0.20.20.20.2△)，-0.06-0.1-0.04-0.18以-0.04-0.04-0.04二級(jí)差分尺)，為常數(shù)，故此經(jīng)驗(yàn)公式類型為y=bQ+b[x+b2x2(1)(2)用最小二乘法擬定系數(shù)令b=h—]5是實(shí)驗(yàn)值與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值的偏差。如用￡表達(dá)偏差的平方和，即￡=%；=2加+仇茗

/=|1=1（2）為使￡為最小值，則必須滿足早二0<——=0—=0于是式（2）分別對(duì)d、“、4求偏導(dǎo)可得TOC\o"1-5"\h\zE凹-5bL4Z.--=0r=li=\i=l,2Mxi）￡為-々軍；一打￡耳=0i=li=li=l；=155552Mx；-b（）￡x；-bfx：-仇2七4二（）,r=li=l/=1?=l列表計(jì)算如下：iXj=d2/&M=72X,10.20.480.040.00820.40.420.160.06430.60.320.360.21640.80.180.640.51251.001.001.00總和2演=31-12)XL4f>l，陽2=2.2r>l=1.8i父1H10.00160.0960.019220.02560.1680.067230.1300.1920.11540.4100.1440.11551.0000總和5工元：=1.567/=15Z"=0.61=15Vv.x,2=0.3164f=l將上表中最后一行數(shù)據(jù)代入方程組(3)，得到‘1.4-5%-34-2.2a=0?0.6-3%-2.24-1.8仇=00.3164-22bo-1.8仇一1.567仇=0解得b0=0.5,b.=0,b2=-0.5,代入式(1)有y=0.5(1-x2)于是得到忽然收縮局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為4=0.5[1-@/4)2]或<=0.5(1-4-)※，試說明用理論分析法和經(jīng)驗(yàn)法建立相關(guān)物理量間函數(shù)關(guān)系式的途徑。突擴(kuò)局部阻力系數(shù)公式是由理論分析法得到的。一般在具有理論分析條件時(shí)，函數(shù)式可直接由理論推演得，但有時(shí)條件不夠，就要引入某些假定。如在推導(dǎo)突擴(kuò)局部阻力系數(shù)時(shí),假定了“在突擴(kuò)的環(huán)狀面積上的動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布:引入這個(gè)假定的前提是有充足的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，證明這個(gè)假定是合理的。理論推導(dǎo)得出的公式，還需通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其對(duì)的性。這是先理論分析后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的一個(gè)過程。經(jīng)驗(yàn)公式有多種建立方法，突縮的局部阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式是在實(shí)驗(yàn)取得了大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步作數(shù)學(xué)分析得出的。這是先實(shí)驗(yàn)后分析歸納的一個(gè)過程。但通常的過程應(yīng)是先理論分析（涉及量綱分析等）后實(shí)驗(yàn)研究，最后進(jìn)行分析歸納。毛細(xì)影響相差0.1mm）,表白均勻流同斷面上，其動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。測(cè)點(diǎn)1（）、11在彎管的急變流斷面上，測(cè)壓管水頭差為7.3cm,表白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。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（如抬高或減少水箱的水位）對(duì)喉管壓強(qiáng)的影響情況。下述幾點(diǎn)措施有助于避免喉管（測(cè)點(diǎn)7）處真空的形成：⑴減小流量,（2）增大喉管管徑，（3）減少相應(yīng)管線的安裝高程，（4）改變水箱中的液位高度。顯然（1）、（2）、（3）都有助于阻止喉管真空的出現(xiàn)，特別（3）更具有工程實(shí)用意義。由于若管系落差不變，單單減少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），從而也許避免點(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：2+2當(dāng)作用水頭增大h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,計(jì)算點(diǎn)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a?=a3=l）有Zj+A/?=+hwl_2y2g（i）因hw-2可表達(dá)成此處cl.2是管段1-2總水頭損失系數(shù)，式中e、s分別為進(jìn)口和漸縮局部損失系數(shù)。又由連續(xù)性方程有

2g故式(1)可變?yōu)?+僅=4+勵(lì)-唐+瓢*(3)(4)式中2g可由斷面1、3能量方程求得，即(3)(4)Z]+Z]+幽=Z3力2g=(Zi-Z3+M)/(1+1】3)代入式(2)有(Z2+P2/Y)隨h遞增還是遞減，可由(Z2+P2/Y)加以判別。因出—2+-2,?_(4/da)4+￡14一再一二■一―(5)若1-[(d3/d2)4+c1.2]/(l+cl.3)>0,則斷面2上的(Z+p/Y)隨h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。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告解答中,小總2=1.37/1,Zj=50,Z3=-10,而當(dāng)h=0時(shí),實(shí)驗(yàn)的(Z2+P2/丫)=6,宕/2g=3319,2g=9.42,將各值代入式(2)、(3)河得該管道阻力系數(shù)分別為cl.2=1.5,c1.3=5.37o再將其代入式(5)得空皿3二1一身/生">0況的)1+5.37表白本實(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(Z2+P2/Y)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)效果不顯著。變水頭實(shí)驗(yàn)可證明該結(jié)論對(duì)的。5.由畢托管測(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，試分析其因素。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?？倝汗芤好娴倪B續(xù)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Y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，只有在離管壁約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)原理恒定總流動(dòng)量方程為F=-Avi)取脫離體,因滑動(dòng)摩擦阻力水平分離九＜05%網(wǎng),可忽略不計(jì)，故X方向的動(dòng)量方程化為用=一4=一強(qiáng),一自yQ即自況%-W肉尸=。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；vlx——射流的速度；儲(chǔ)一一動(dòng)量修正系數(shù)。實(shí)驗(yàn)中，在平衡狀態(tài)下，只要測(cè)得Q流量和活塞形心水深he,由給定的管嘴直徑d和活塞直徑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)K值。其中，測(cè)壓管的標(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(cè)B與公認(rèn)值(B=L02?1.05)符合與否？如不符合，試分析因素。實(shí)測(cè)B=1.035與公認(rèn)值符合良好。(如不符合，其最大也許因素之一是翼輪不轉(zhuǎn)所致。為排除此故障，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yz平面通過翼片導(dǎo)致動(dòng)量矩的差所致。即T=2coS%弓-cosan=匈%2cos%勺式中Q——射流的流量；Vyzi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；a1——入流速度與圓周切線方向的夾角，接近90°;a2一—出流速度與圓周切線方向的夾角；ri,2一一分別為內(nèi)、外圓半徑。該式表白力矩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)。也就是說平板上附加翼片后，盡管在射流作用下可獲得力矩，但并不會(huì)產(chǎn)生x方向的附加力，也不會(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7T。-也*=PQQNnx+爾3月%???=°7T今???德產(chǎn)"先到X7F、即戶品匕「泡a?！辉撌奖戆字灰隽鹘嵌扰cVi垂直，則x方向的動(dòng)量方程與設(shè)立導(dǎo)水管與否無關(guān)。4、滑動(dòng)摩擦力工為什么可以忽略不記?試用實(shí)驗(yàn)來分析驗(yàn)證人的大小，記錄觀測(cè)結(jié)果。（提醒:平衡時(shí)，向測(cè)壓管內(nèi)加入或取出1mm左右深的水,觀測(cè)活塞及液位的變化）因滑動(dòng)摩擦力九<5塔，故可忽略而不計(jì)。如第三次實(shí)驗(yàn)，此時(shí)％二19.6cm,當(dāng)向測(cè)壓管內(nèi)注入1mm左右深的水時(shí)，活塞所受的靜壓力增大，約為射流沖擊力的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)，亦即%變?yōu)?.7cm左右,并保持不變，然而事實(shí)上，此時(shí)活塞很敏感地作左右移動(dòng),自動(dòng)調(diào)整測(cè)壓管水位直至上仍恢復(fù)到19.6cm為止。這表白活塞和活塞套之間的軸向動(dòng)