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量定律實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四畢托管測速實(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）烏+號底=4件誓g2+巳取a1=a2=???an=1，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出『值，測出通過管路av2的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速V及W,從而即可得到各斷面測管水頭和總水頭。成果分析及討論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）沿程只降不升，線坡J恒為正，即J>0。這是因?yàn)樗诹鲃舆^程中，依據(jù)一定邊界條件，動能和勢能可相互轉(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)，部分動能又轉(zhuǎn)換成勢能，測壓管水頭線升高，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，即恒有七_(dá)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。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壓管水頭窗=z+^= =5--^-y案 2gA\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)，三 Z+巳Q增大，運(yùn)就增大，則r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?yàn)閷τ趦蓚€(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亦增大，（P-P）線的起落變化就更為顯著。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?測點(diǎn)2、3位于均勻流斷面（圖2.2），測點(diǎn)高差0.7cm，耳/*5均為37.1cm（偶有毛細(xì)影響相差0.1mm）,表明均勻流同斷面上，其動水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。測點(diǎn)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(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)，測點(diǎn)10、11應(yīng)舍棄。試問避免喉管（測點(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)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/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：2+巳當(dāng)作用水頭增大h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）o于是由斷面1、2的能量方程（取a2=a3=1）有%+映=Z,+典+=+幻z/源 （1）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)口和漸縮局部損失系數(shù)。又由連續(xù)性方程有，故式(1)可變?yōu)?，式中u打獎可由斷面1、3能量方程求得2]+4圣+如心屹由此得代入式(2)有(Z2+P2代入式(2)有(Z2+P2/y)隨h遞增還是遞減幣)I+C13可由(Z2+P2/Y)加以判別。因(5)若1-[(d3/d2)4+c1.2]/(1+c1.3)>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，d3/d2=1.37/1，％=50，Z3=-10，而當(dāng)h=0時(shí)，實(shí)驗(yàn)的(Z2+P2/y)=6，皿g=33.19,誠/獎=9.霍，將各值代入式(2)、(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)得江+必七"打+1.15口須‘°可曲) 1+5.37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S(z2+p2/y)接近于零，故水箱水位的升高對提高喉管的壓強(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。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、8、12、14、16和18管，稱總壓管?？倝汗芤好娴?/p>

連續(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)際測繪的總水頭是以實(shí)測的住土）值加斷面平均流速水頭v2/2g繪制的。據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料，對于園管紊流，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，所以由畢托管測量顯示的總水頭線，一般比實(shí)際測繪的總水線偏高。因此，本實(shí)驗(yàn)由1、6、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量定律實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理恒定總流動量方程為取脫離體，因滑動摩擦阻力水平分離￡罰％編，可忽略不計(jì)，故x方向的動量方程化為孔=f=-阻三珍=PQS即片皿-沁』式中： hc——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；P1——動量修正系數(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hc，由給定的管嘴直徑d和活塞直徑。，代入上式，便可驗(yàn)證動量方程，并率定射流的動量修正系數(shù)3「直。其中，測壓管的標(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。與公認(rèn)值(B=1.02?1.05)符合與否？如不符合，試分析原因。實(shí)測。=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)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，這對分析射流沖擊無翼片的平板沿x方向的動量力有無影響？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平面通過翼片造成動量矩的差所致。即T=咬*cos^2r2-心網(wǎng)*0『1=松網(wǎng)匚眼％上式中 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——出流速度與圓周切線方向的夾角；ri2 分別為內(nèi)、外圓半徑。該式表明力矩T恒與x方向垂直，動量矩僅與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，但并不會產(chǎn)生x方向的附加力，也不會影響x方向的流速分量。所以x方向的動量方程與平板上設(shè)不設(shè)翼片無關(guān)。3、 通過細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與匕相同，試問對以上受力分析有無影響？2無影響。當(dāng)計(jì)及該分流影響時(shí)，動量方程為內(nèi)pQg-阻三以=0該式表明只要出流角度與V1垂直，則x方向的動量方程與設(shè)置導(dǎo)水管與否無關(guān)。4、滑動摩擦力&為什么可以忽略不記？試用實(shí)驗(yàn)來分析驗(yàn)證力的大小，記錄觀察結(jié)果。（提示：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）因滑動摩擦力￡<5堵，故可忽略而不計(jì)。如第三次實(shí)驗(yàn)，此時(shí)h=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c靜壓力增大，約為射流沖擊力的5。假如活動摩擦力大于此值，則活塞不會作軸向移動，亦即hc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，自動調(diào)整測壓管水位直至hc仍恢復(fù)到19.6cm為止。這表明活塞和活塞套之間的軸向動摩擦力幾乎為零，故可不予考慮。5、V2x若不為零，會對實(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x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◎爆135°，作用于活塞套圓心處的水深h「=29.2cm，管嘴作用水頭H0=29.45cm。而相應(yīng)水流條件下，在取下帶翼輪的活塞前，V2x=0，hc=19.6cm。表明V2x若不為零，對動量立影響甚大。因?yàn)閂2x不為零，則動量方程變?yōu)? cos(180-^)]就是說h「隨V2及a遞增。故實(shí)驗(yàn)中h「>%。

實(shí)際上，偵隨V2及a的變化又受總能頭的約束，這是因?yàn)橛赡芰糠匠痰?2)所以從式(2)從式(2)知，能量轉(zhuǎn)換的損失丸較小時(shí)，實(shí)驗(yàn)四畢托管測速實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理u-c^2gEk=k-JEhTOC\o"1-5"\h\z把*展I (4.1)式中：u—畢托管測點(diǎn)處的點(diǎn)流速；c一畢托管的校正系數(shù)；瑟一畢托管全壓水頭與靜水壓頭差。u=(pt42g/\H (4.2)聯(lián)解上兩式可得 書=時(shí)岫街 (4.3)式中：u一測點(diǎn)處流速，由畢托管測定；?一測點(diǎn)流速系數(shù)；△H一管嘴的作用水頭。實(shí)驗(yàn)分析與討論利用測壓管測量點(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(shí)驗(yàn)過程中很可能變成堵塞性氣柱而影響量測精度。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。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?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(jìn)口的管嘴出流，其中心點(diǎn)的點(diǎn)流速系數(shù)伊=0.9961%。。所以△h<AH。本實(shí)驗(yàn)△h=21.1cm，△H=21.3cm，c=1.000。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，相對管嘴平均流速v，則猝稱作管嘴流速系數(shù)。若相對點(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)；?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伊=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。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u=伊展迎=0.99672x980x21.3=203.5k^/s而畢托管測得的該點(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n=c^2g/\h=b攻r=?d曲本例：,=0.99672137211=1.0007-1.0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)，畢托管測得的壓差△h亦有M =0.204?2g1960若用30傾斜壓差計(jì)測量此壓差值，因傾斜壓差計(jì)的讀數(shù)值差△h為30°=2x0.204=0.40^，那么當(dāng)有0.5mm的判讀誤差時(shí)，流速的相對誤差可達(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，亦會引起較大的誤差。因畢托管測得的流速u是實(shí)際流速u在其軸向的分速ucosa，則相應(yīng)所測流速誤差為E= =1-COSO；a若＞10，則*"=頃）15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(diǎn)。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(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。尤其是傳感器與電器在信號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)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(shí)是利用畢托管作率定?？梢哉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K=—實(shí)驗(yàn)分析與討論1.流態(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（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)。他不但深刻揭示了流態(tài)轉(zhuǎn)變的規(guī)律，而且還為后人用無

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)的乘積來表示。即= （2）其中K為某一無量綱系數(shù)。式（2）的量綱關(guān)系為從量綱和諧原理，得L：2ai+a2=1T：-a廣-1聯(lián)立求解得a廣1，a2=-1將上述結(jié)果，代入式（2），得或雷諾實(shí)驗(yàn)完成了K值的測定，以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證。結(jié)果得到K=2320。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，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)測下臨界雷諾數(shù)為多少？根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定，上臨界雷諾數(shù)實(shí)測值在3000?5000范圍內(nèi)，與操作快慢，水箱的紊動度，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，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)測下臨界雷諾數(shù)為2100左右。雷諾實(shí)驗(yàn)得出的圓管流動下臨界雷諾數(shù)2320,而目前一般教科書中介紹采用的下臨界雷諾數(shù)是2000，原因何在？下臨界雷諾數(shù)也并非與干擾絕對無關(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。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)，教科書中介紹的園管下臨界雷諾數(shù)一般是2000。為什么在測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?，就對?yīng)了一個(gè)下臨界rel；當(dāng)流量由0逐漸變大，由層流變?yōu)槲闪?，就對?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)動學(xué)特性和動力學(xué)特性方面各有何差異？層流和紊流在運(yùn)動學(xué)特性和動力學(xué)特性方面的差異如下表：動力學(xué)特性:層流:1.質(zhì)點(diǎn)有律地作分層流動1.流層間無質(zhì)量傳輸2.斷面流速按拋物線分布動力學(xué)特性:層流:1.質(zhì)點(diǎn)有律地作分層流動1.流層間無質(zhì)量傳輸2.斷面流速按拋物線分布2.流層間無動量交換3.運(yùn)動要素?zé)o脈動現(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:1.紊流:1.質(zhì)點(diǎn)互相混摻作無規(guī)則運(yùn)動1.流層間有質(zhì)量傳輸2.斷面流速按指數(shù)規(guī)律分布2.流層間存在動量交換3.2.斷面流速按指數(shù)規(guī)律分布2.流層間存在動量交換3.運(yùn)動要素發(fā)生不規(guī)則的脈動現(xiàn)象3.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)p=Q/Q’（口稱為流量系數(shù)），對計(jì)算所得的流量值進(jìn)行修正。另，由水靜力學(xué)基本方程可得氣一水多管壓差計(jì)的△h為酗=島-炳+斑f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d=0.7cm的2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"值將變?yōu)槎嗌?由式e=吁次;屁疝/Wt得可見本實(shí)驗(yàn)（水為流體）的口值大小與Q、d1、d2、△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，容易掌握好精度，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)口值為0.976,若d2的誤差為一0.01cm，那么口值將變?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？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)際流體存在粘性必引起阻力損失，從而減小過流能力，Q<Q’，即口<1.0。3.試證氣一水多管壓差計(jì)（圖6.4）有下列關(guān)系：（4+刃-（&+%如圖6.4所述，= =處一如4，，「奐=冬一五9+A為一丑3+A攻1+丑3+丑1=四_%*也+幽!+丑1■■-（泛1+二/V）-（&+%"）=%+%/y-珞+堆+&肱i+%-亳一 y4.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)的量測特性。對于平置文丘里管，影響V］的因素有：文氏管進(jìn)口直徑d『喉徑d2、流體的密度p、動力粘滯系數(shù)口及兩個(gè)斷面間的壓強(qiáng)差A(yù)P。根據(jù)n定理有從中選取三個(gè)基本量，分別為:仇］=［￡1戶沮。］［用=件廠由］［同=頃尸財(cái)】］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n數(shù)，分別為:根據(jù)量綱和諧原理，n1的量綱式為［￡］=［￡］1￡廣丁國￡-罕分別有L：1=ai+bi-3ciT：0=-b1M：0=c1聯(lián)解得：a1=1，b1=0，c1=0，則同理將各n值代入式（1）得無量綱方程為或?qū)懗蛇M(jìn)而可得流量表達(dá)式為Q二日武泌"\才,勺 （2）式（2）與不計(jì)損失時(shí)理論推導(dǎo)得到的”舛雙⑶相似。為計(jì)及損失對過流量的影響，實(shí)際流量在式（3）中引入流量系數(shù)此計(jì)算，變?yōu)镮部寧y】 （4）比較（2）、（4）兩式可知，流量系數(shù)此與Re一定有關(guān)，又因?yàn)槭剑?）中d2/di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)通過實(shí)驗(yàn)搞清此與Re、d2/d1的相關(guān)性。通過以上分析，明確了對文丘里流量計(jì)流量系數(shù)的研究途徑，只要搞清它與Re及d2/d1的關(guān)系就行了。由實(shí)驗(yàn)所得在紊流過渡區(qū)的此?Re關(guān)系曲線（d2/d1為常數(shù)），可知此隨Re的增大而增大，因恒有以<1，故若使實(shí)驗(yàn)的Re增大，此將漸趨向于某一小于1的常數(shù)。另外，根據(jù)已有的很多實(shí)驗(yàn)資料分析，此與di/d2也有關(guān)，不同的di/d2值，可以得到不同的此?Re關(guān)系曲線，文丘里管通常使di/d2=2o所以實(shí)用上，對特定的文丘里管均需實(shí)驗(yàn)率定此?Re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)用上較適宜于被測管道中的雷諾數(shù)Re>2X105，使此值接近于常數(shù)0.98。流量系數(shù)pQ的上述關(guān)系，也正反映了文丘里流量計(jì)的水力特性。文氏管喉頸處容易產(chǎn)生真空，允許最大真空度為6?7頑0工程中應(yīng)用文氏管時(shí)，應(yīng)檢2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？

本實(shí)驗(yàn)若d1=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%二號+苜+：一%二號+苜+：一=31.5-3.5-80.22-Vs=-52.22-^誨叫1-9>0?￡1X<-52.22cmH2O即實(shí)驗(yàn)中最大流量時(shí)進(jìn)一步分析可知文丘里管喉頸處真空度九>52羽珞。，而由本實(shí)驗(yàn)實(shí)測為60.5cmH2O。即實(shí)驗(yàn)中最大流量時(shí)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)7mH2O(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h=〔蘭j2g及匚=f(djd2)表明影響局部阻力損失的因素是v和djd2，由于有突擴(kuò)：匚=(1-AA)2TOC\o"1-5"\h\ze 12突縮：匚=0.5(1-AA)s 1 2則有 K*=0.5(1-A1A2)= 0.5匚(1-AA)2 1-AAe 1 2 1 2當(dāng) AJA2<0.5或 氣；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h」奴=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，因而阻力損失顯著減小。結(jié)合流動演示儀的水力現(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)、外流的流動圖譜。據(jù)此對局部阻力損失的機(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)的無規(guī)則運(yùn)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(shí)，還須克服剪切流的速度梯度，經(jīng)質(zhì)點(diǎn)間的動能交換，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)口的百角改為園角，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1/2?1/10。突然收縮實(shí)驗(yàn)管道，使用年份長后，實(shí)測阻力系數(shù)減小，主要原因也在這里?，F(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(shí)驗(yàn)管道相同的直管段，如何用兩點(diǎn)法測量閥門的局部阻力系數(shù)？兩點(diǎn)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（20~40）d的斷面處，各布置一個(gè)測壓點(diǎn)便可。先測出整個(gè)被測流段上的總水頭損失^，有w1-2h=h+hH hhH ^h+h式中：h?—分別為兩測點(diǎn)間互不干擾的各個(gè)局部阻力段的阻力損失；h一被測段的局部阻力損失；hf12一兩測點(diǎn)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h'12，同樣有h'=h+h++h+hw1-2j1j2 ji-1f1-2所以 h=h—h'淤4、實(shí)驗(yàn)測得突縮管在不同管徑比時(shí)的局部阻力系數(shù)&>105如下:ed2/d1123450.20.40.60.81.00.480.420.320.180序號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A(yù)x（令x=d2/d）相應(yīng)的差分心（令^X），其一、二級差分如下表i1 2 3 4 5Ax0.20.20.20.2Ay-0.06-0.1-0.04-0.18Ay -0.04 -0.04 -0.04二級差分A2y為常數(shù)，故此經(jīng)驗(yàn)公式類型為y=b+bx+bx2（1）（2）用最小二乘法確定系數(shù)令5=y-[b+bx+bx2]i0 11 2