2025年流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)解析與完整答案指南

試驗(yàn)一流體靜力學(xué)試驗(yàn)水力學(xué)試驗(yàn)重慶交通大學(xué)水力學(xué)試驗(yàn)匯報(bào)試驗(yàn)分析與討論1.同一靜止液體內(nèi)的測(cè)管水頭線是根什么線?測(cè)壓管水頭指,即靜水力學(xué)試驗(yàn)儀顯示的測(cè)管液面至基準(zhǔn)面的垂直高度。測(cè)壓管水頭線指測(cè)壓管液面的連線。試驗(yàn)直接觀測(cè)可知，同一靜止液面的測(cè)壓管水頭線是一根水平線。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。,對(duì)應(yīng)容器的真空區(qū)域包括如下三部分：(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。(2)同理，過(guò)箱頂小水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。(3)在測(cè)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(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。3.若再備一根直尺，試采用此外最簡(jiǎn)便的措施測(cè)定Y。。最簡(jiǎn)樸的措施，是用直尺分別測(cè)量水箱內(nèi)通大氣狀況下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和ho,由式Y(jié)h。=Yoh,從而求得Yo。4.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?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，導(dǎo)致測(cè)量誤差，毛細(xì)高度由下式計(jì)算式中，為表面張力系數(shù)；為液體的容量；d為測(cè)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(rùn)角很小，可認(rèn)為cosθ=1.0。于是一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)玻璃測(cè)壓管的內(nèi)徑不小于10mm時(shí)，毛細(xì)影響可略而不計(jì)。此外，當(dāng)水質(zhì)不潔時(shí)，減小，毛細(xì)高度亦較凈水小；當(dāng)采用有機(jī)玻璃作測(cè)壓管時(shí)，浸潤(rùn)角較大，其h較一般玻璃管小。假如用同一根測(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。由于測(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)，互相抵消了。5.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。由于只有所有具有下列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裝置能演示變液位下的恒定流試驗(yàn)嗎?關(guān)閉各通氣閥門(mén)，啟動(dòng)底閥，放水半晌，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。由于由觀測(cè)可知，測(cè)壓管1的液面一直與c點(diǎn)同高，表明作用于底閥上的總水頭不變，故為恒定流動(dòng)。這是由于液位的減少與空氣補(bǔ)充使箱體表面真空度的減小處在平衡狀態(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。7.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,試驗(yàn)時(shí)，若以P?=0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)(H+δ)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。加壓后，水箱液面比基準(zhǔn)面下降了，而同步測(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試驗(yàn)儀故于是相對(duì)誤差有因而可略去不計(jì)。其實(shí)，對(duì)單根測(cè)壓管的容器若有D/d?或?qū)筛鶞y(cè)壓管的容器D/d?時(shí)，便可使0.01。1.測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有何不一樣?為何?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)沿程只降不升，線坡J恒為正，即J>0。這是由于水在流動(dòng)過(guò)程中，根據(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>0。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，Jp<0。而據(jù)能量方程E?=E?+h?-2,ha?-2為損失能量，是不可逆的，即恒有ha?-2>0,故E?恒不不小于E?,(E-E)線不也許回升。(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(mén)等處，表明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?為何?任一斷面起始時(shí)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。并且隨流量的增長(zhǎng)阻力損失亦增大，管道任一過(guò)水?dāng)嗝嫔系目?2)測(cè)壓管水頭線(P-P)的起落變化更為明顯。由于對(duì)于兩個(gè)不一樣直徑的對(duì)應(yīng)過(guò)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)，靠近于常數(shù)，又管道斷面為定值，故Q增3.測(cè)點(diǎn)2、3和測(cè)點(diǎn)10、11的測(cè)壓管讀數(shù)分別闡明了什么問(wèn)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,H=z+步均為37.1cm(偶有毛細(xì)影響相差0.1mm),表明均勻流同斷面上，其動(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,表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。在繪制總水頭線時(shí)，測(cè)點(diǎn)10、114.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?分析變化作用水頭(如抬高或減少水箱的水位)對(duì)喉管壓強(qiáng)的影響狀況。下述幾點(diǎn)措施有助于防止喉管(測(cè)點(diǎn)7)處真空的形成：(1)減小流量，(2)增大喉管管徑，(3)減少對(duì)應(yīng)管線的安裝高程，(4)變化水箱中的液位高度。顯然(1)、(2)、(3)均有助于制止喉管真空的出現(xiàn)，尤其(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防止真空。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/γ得以增大(Z),從而也許防止點(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(如下水柱單位均為cm)。于是由斷面1、2的能量方程(取a?=a?=1)有因hu-2可表到達(dá)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又由持續(xù)性方程有故式(1)可變?yōu)槭街锌捎蓴嗝?、3能量方程求得，即代入式(2)有(Z?+P?/γ)隨h遞增還是遞減，可由(Z?+P?/γ)加以鑒別。因若1-[(d3/d2)4+c1.2]/(1+c1.3)>0,則斷面2上的(Z+p/γ)隨h同步遞增。反之，則遞減。文在試驗(yàn)匯報(bào)解答中，d?/d?=1.37/1,Z?=50,Z?=-10,而當(dāng)h=0時(shí)，試驗(yàn)的(Z?+P?/γ)=6,v2/2g=3319,v2/2g=942,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,升高對(duì)提高喉管的壓強(qiáng)(減小負(fù)壓)效果不明顯。變水頭試驗(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均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?？倝汗芤好娴某掷m(xù)即為畢托管測(cè)量顯示的總水頭線，其中包括點(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。由于本試驗(yàn)畢托管的探頭一般布設(shè)在管軸附近，其點(diǎn)流速水頭不小于斷面平均流速水頭，因此由畢托管測(cè)量顯示的總水頭線，一般比實(shí)際測(cè)繪的總水線偏因此，本試驗(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，只有按試驗(yàn)原理與措施測(cè)繪總水頭線才更精確。試驗(yàn)分析與討論1、實(shí)測(cè)β與公認(rèn)值(β=1.02～1.05)符合與否?如不符合，試分析原因。實(shí)測(cè)β=1.035與公認(rèn)值符合良好。(如不符合，其最大也許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(duì)分析射流沖擊無(wú)翼片的平板沿x方向的動(dòng)量力有無(wú)影響?為何?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(guò)翼片導(dǎo)致動(dòng)量矩的差所致。即T=PQvm?cosC?r2-P2vm?cosα?式中Q——射流的流量；Vy??——入流速度在yz平面上的分速；α?——入流速度與圓周切線方向的夾角，靠近90°;α?——出流速度與圓周切線方向的夾角；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)。也就是說(shuō)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。因此x方向的動(dòng)量方程與平板上設(shè)不設(shè)翼片無(wú)關(guān)。3、通過(guò)細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與V?相似，試問(wèn)對(duì)以上受力分析有無(wú)影響?當(dāng)計(jì)及該分流影響時(shí)，動(dòng)量方程為即該式表明只要出流角度與V?垂直，則x方向的動(dòng)量方程與設(shè)置導(dǎo)水管與否無(wú)關(guān)。4、滑動(dòng)摩擦力*為何可以忽視不記?試用試驗(yàn)來(lái)分析驗(yàn)證x的大小，記錄觀測(cè)成果。(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fx<5堵，故可忽視而不計(jì)。如第三次試驗(yàn)，此時(shí)h=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)摩擦力不小于此值，則活塞不會(huì)作軸向移動(dòng)，亦即h。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)，自動(dòng)調(diào)整測(cè)壓管水位直至h。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)摩擦力幾乎為零，故可不予考慮。5、V?若不為零，會(huì)對(duì)試驗(yàn)成果帶來(lái)什么影響?試結(jié)合試驗(yàn)環(huán)節(jié)7的成果予以闡明。按試驗(yàn)環(huán)節(jié)7取下帶翼輪的活塞，使射流直接沖擊到活塞套內(nèi)，便可展現(xiàn)出回流與x方向的夾角α不小于90°(其V2不為零)的水力現(xiàn)象。本試驗(yàn)測(cè)得α≈135°,作用于活塞套圓心處的水深he'=29.2cm,管嘴作用水頭H?=29.45cm。而對(duì)應(yīng)水流條件下，在取下帶翼輪的活塞前，V2=0,he=19.6cm。表明V?x若不為零，對(duì)動(dòng)量立影響甚大。由于V2x不為零，則動(dòng)量方程變?yōu)?-PQ[B?vix+β?v?cos(180-α)]就是說(shuō)he'隨V?及α遞增。故試驗(yàn)中h。'>h。實(shí)際上，he'隨V?及α的變化又受總能頭的約束，這是由于由能量方程得而因此h<H?從式(2)知，能量轉(zhuǎn)換的損失較小時(shí)，△H一管嘴的作用水頭。1.運(yùn)用測(cè)壓管測(cè)量點(diǎn)壓強(qiáng)時(shí)，為何要排氣?怎樣檢查排凈與否?畢托管、測(cè)壓管及其連通管只有充斥被測(cè)液體，即滿足持續(xù)條件，才有也許測(cè)得真值，否則假如其中夾有氣柱，就會(huì)使測(cè)壓失真，從而導(dǎo)致誤差。誤差值與氣柱高度和其位置有關(guān)。對(duì)于非堵塞性氣泡，雖不產(chǎn)生誤差，但若不排除，試驗(yàn)過(guò)程中很也許變成堵塞性氣柱而影響量測(cè)精度。檢查的措施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(cè)壓管液面與否齊平。假如氣體已排凈，不管怎樣抖動(dòng)塑料連通管，兩測(cè)管液面恒齊平。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?為何?由于u=c√2g△h即△h=(φl(shuí)c)2△H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(jìn)口的管嘴出流，其中心點(diǎn)的點(diǎn)流速系數(shù)φ=0.9961‰。因此△h<△H。3.所測(cè)的流速系數(shù)闡明了什么?若管嘴出流的作用水頭為H,流量為Q,管嘴的過(guò)水?dāng)嗝娣e為A,相對(duì)管嘴平均流速v,則有稱(chēng)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，可得本試驗(yàn)在管嘴沉沒(méi)出流的軸心處測(cè)得?=0.995,表明管嘴軸心處的水流由勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的過(guò)程中有能量損失，但甚微。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(wèn)本試驗(yàn)的畢托管精度怎樣?怎樣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,則有而畢托管測(cè)得的該點(diǎn)流速為203.46cm/s,則ε=0.2‰欲率定畢托管的修正系數(shù)，則可令c=φ√AH/△h5.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)不小于10度，試闡明原因。(低流速可用傾斜壓差計(jì))。(1)施測(cè)流速過(guò)大過(guò)小都會(huì)引起較大的實(shí)測(cè)誤差，當(dāng)流速u(mài)不不小于0.2m/s時(shí)，畢托管測(cè)得的若用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)流速不小于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(guò)大，亦會(huì)引起較大的誤差。因畢托管測(cè)得的流速u(mài)是實(shí)際流速u(mài)在其軸向的分速u(mài)cosα,則對(duì)應(yīng)所測(cè)流速誤差為α若>10,則E>1-cos10°=00156.為何在光、聲、電技術(shù)高度發(fā)展的今天，仍然常用畢托管這一老式的流體測(cè)速儀器?畢托管測(cè)速原理是能量守恒定律，輕易理解。而畢托管經(jīng)長(zhǎng)期應(yīng)用，不停改善，已十分完善。具有構(gòu)造簡(jiǎn)樸，使用以便，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好等長(zhǎng)處。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)及其有關(guān)儀器，雖具有瞬時(shí)性，敏捷、精度高以及自動(dòng)化記錄等諸多長(zhǎng)處，有些長(zhǎng)處畢托管是無(wú)法到達(dá)的。但往往因其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，使用約束條件多及價(jià)格昂貴等原因，從而在應(yīng)用上受到限制。尤其是傳感器與電器在信號(hào)接受與放大處理過(guò)程中，有否失真，或者隨使用時(shí)間的長(zhǎng)短，環(huán)境溫度的變化與否飄移等，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，包括激光測(cè)速儀都不得不用專(zhuān)門(mén)裝置定期率定(有時(shí)是運(yùn)用畢托管作率定)?？梢哉J(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)速措施。試驗(yàn)五雷諾試驗(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年此前的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)園管流動(dòng)存在兩種流態(tài)——層流和紊流，并且存在著層流轉(zhuǎn)化為紊流的臨界流速V',V'與流體的粘性v及園管的直徑d有關(guān)，即因此從廣義上看，V’不能作為流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。為了鑒別流態(tài)，雷諾對(duì)不一樣管徑、不一樣粘性液體作了大量的試驗(yàn)，得出了用無(wú)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(wú)量綱化的措施進(jìn)行試驗(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)成果相似的無(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)表達(dá)。即其中K為某一無(wú)量綱系數(shù)。式(2)的量綱關(guān)系為從量綱友好原理，得聯(lián)立求解得α?=1,α?=-1將上述成果，代入式(2),得或雷諾試驗(yàn)完畢了K值的測(cè)定，以及與否為常數(shù)的驗(yàn)證。成果得到K=2320。于是，無(wú)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)，伴隨量綱分析理論的完善，運(yùn)用量綱分析得出無(wú)量綱參數(shù)，研究多種物理量間的關(guān)系，成了根據(jù)試驗(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，外界干擾等親密有關(guān)。有關(guān)學(xué)者做了大量試驗(yàn)，有的得1,有的得0,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)才可以作為鑒左右。3.雷諾試驗(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(shū)中簡(jiǎn)介采用的下臨界雷諾數(shù)下臨界雷諾數(shù)也并非與干擾絕對(duì)無(wú)關(guān)。雷諾試驗(yàn)是在環(huán)境的干擾極小，試驗(yàn)前水箱中的水體經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定狀況下，經(jīng)反復(fù)多次細(xì)心量測(cè)才得出的。而后人的大量試驗(yàn)很難反復(fù)得出雷諾試驗(yàn)的精確數(shù)值，一般在～2300之間。因此，從工程實(shí)用出發(fā)，教科書(shū)中簡(jiǎn)介的園管下臨界雷諾數(shù)一般是。從紊動(dòng)機(jī)理試驗(yàn)的觀測(cè)可知，異重流(分層流)在剪切流動(dòng)狀況下，分界面由于擾動(dòng)引起細(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，以至于間斷面破裂而形成一種個(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)而引由于園管層流的流速按拋物線分布，過(guò)流斷面上的流速梯度較大，并且因壁面上的流速恒為零。相似管徑下，假如平均流速越大則梯度越大，即層間的剪切流速越大，于是就輕易產(chǎn)生紊動(dòng)。紊動(dòng)機(jī)理試驗(yàn)所見(jiàn)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?yōu)槲闪鞯倪^(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：層流：1.質(zhì)點(diǎn)有律地作分層流動(dòng)2.斷面流速按拋物線分布3.運(yùn)動(dòng)要素?zé)o脈動(dòng)現(xiàn)象紊流：1.質(zhì)點(diǎn)互相混摻作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)2.斷面流速按指數(shù)規(guī)律分布3.運(yùn)動(dòng)要素發(fā)生不規(guī)則的脈動(dòng)現(xiàn)象方成正比1.流層間無(wú)質(zhì)量傳播2.流層間無(wú)動(dòng)量互換3.單位質(zhì)量的能量損失與流速的一次方成正比1.流層間有質(zhì)量傳播2.流層間存在動(dòng)量互換3.單位質(zhì)量的能量損失與流速的(1.75～2)次試驗(yàn)六文丘里流量計(jì)試驗(yàn)試驗(yàn)分析與討論1.本試驗(yàn)中，影響文丘里管流量系數(shù)大小的原因有哪些?哪個(gè)原因最敏感?對(duì)d?=0.7cm的管道而言，若因加工精度影響，誤將(d?-0.01)cm值取代上述d?值時(shí)，本試驗(yàn)在最大流量下的μ值將變?yōu)槎嗌?可見(jiàn)本試驗(yàn)(水為流體)的μ值大小與Q、d?、d?、△h有關(guān)。其中di、d2影響最敏感。本試驗(yàn)中若文氏管d?=1.4cm,d=0.71cm,一般在切削加工中d1比d?測(cè)量以便，輕易掌握好精度，d?不易測(cè)量精確，從而不可防止的要引起試驗(yàn)誤差。例如當(dāng)最大流量時(shí)μ值為0.976,若d?的誤差為一0.01cm,那么μ值將變?yōu)?.006,顯然不合理。2.為何計(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狀況下，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，Q<Q',即μ<1.0。3.試證氣—水多管壓差計(jì)(圖6.4)有下列關(guān)系：如圖6.4所述，△h?=h?-h?,△A=h-h,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計(jì)的流量體現(xiàn)式，然后結(jié)合試驗(yàn)成果，便可深入弄清流量計(jì)的量測(cè)特性。對(duì)于平置文丘里管，影響v?的原因有：文氏管進(jìn)口直徑d?,喉徑d?、流體的密度p、動(dòng)力粘滯系數(shù)μ及兩個(gè)斷面間的壓強(qiáng)差△P。根據(jù)π定理有f(v2,dj,d?,p,A,4p)=0從中選用三個(gè)基本量，分別為：共有6個(gè)物理量，有3個(gè)基本物理量，可得3個(gè)無(wú)量綱π數(shù)，分別為：根據(jù)量綱友好原理，π1的量綱式為分別有L:1=a?+b?-3c?聯(lián)解得：a?=1,b?=0,ci=0,將各π值代入式(1)得無(wú)量綱方程為或?qū)懗蛇M(jìn)而可得流量體現(xiàn)式為式(2)與不計(jì)損失時(shí)理論推導(dǎo)得到的相似。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)H計(jì)算，變?yōu)楸容^(2)、(4)兩式可知，流量系數(shù)H與R。一定有關(guān)，又由于式(4)中d?/d?的函數(shù)關(guān)系并不一定代表了式(2)中函數(shù)3所應(yīng)有的關(guān)系，故應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)弄清H與Re、d?/d1的有關(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，只要弄清它與R。及d?/d?的關(guān)系由試驗(yàn)所得在紊流過(guò)渡區(qū)的H?~R。關(guān)系曲線(d?/d?為常數(shù)),可知H隨R。的增大而增大，因恒有μ<1,故若使試驗(yàn)的R.增大，μ將漸趨向于某一不不小于1的常數(shù)。此外，根據(jù)已經(jīng)有的諸多試驗(yàn)資料分析，H與d?/d?也有關(guān)，不一樣的d?/d2值，可以得到不一樣的H~R.關(guān)系曲線，文丘里管一般使d?/d?=2。因此實(shí)用上，對(duì)特定的文丘里管均需試驗(yàn)率定H?~R。的關(guān)系，或者查用相似管徑比時(shí)的經(jīng)驗(yàn)曲線。尚有實(shí)用上較合適于被測(cè)管道中的雷諾數(shù)R>2×10?,使H?值靠近于常數(shù)0.98。流量系數(shù)H的上述關(guān)系，也正反應(yīng)了文丘里流量計(jì)的水力特性。5.文氏管喉頸處輕易產(chǎn)生真空，容許最大真空度為6～7mH?O。工程中應(yīng)用文氏管時(shí)，應(yīng)檢查其最大真空度與否在容許范圍內(nèi)。據(jù)你的試驗(yàn)成果，分析本試驗(yàn)流量計(jì)喉頸最大真空值為多少?本試驗(yàn)若d?=1.4cm,d?=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，立能量方程得則即試驗(yàn)中最大流量時(shí)，文丘里管喉頸處真空度久>52cmH?O,而由本試驗(yàn)實(shí)測(cè)為60.5cmH?0。若需達(dá)到阻力平方區(qū)，那么相應(yīng)的R=10?~9×10?,流速 R(3)式精度最高。在反求時(shí)，(2)式開(kāi)方應(yīng)取負(fù)號(hào)。告所列的試驗(yàn)值，也是如此。但是，有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如果由于誤差所致，那么據(jù)下式分析z=π2gd?h,/8lQ2多次測(cè)量消除，而d值是以實(shí)驗(yàn)常數(shù)提供的，由儀器制作時(shí)測(cè)量給定，一般<1%。如果排除這兩方面的誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍出現(xiàn)異常，那么只能從細(xì)管的水力特性及其光潔度等方面作深入的分析研究。還可以從減阻劑對(duì)水流減阻作用上作探討，由于自動(dòng)水泵(八)局部阻力試驗(yàn)1、結(jié)合試驗(yàn)成果，分析比較突擴(kuò)與突縮在對(duì)應(yīng)條件下的局部損失大小關(guān)表明影響局部阻力損失的原因是v和d?/d?,由于有突擴(kuò)：5e=(1-A?/A?)2突縮：5=0.5(1-A?/A?)則有時(shí)，忽然擴(kuò)大的水頭損失比對(duì)應(yīng)忽然收縮的要大。在本試驗(yàn)最大流量Q下，突擴(kuò)損失較突縮損失約大一倍，即h;/h,=6.54/3.60=1.817。d?/d?靠近于1時(shí)，突擴(kuò)的水流形態(tài)靠近于逐漸擴(kuò)大管的流動(dòng)，因而阻力損失明顯減小。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?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)。旋從流動(dòng)儀可見(jiàn)，突擴(kuò)段的旋渦重要發(fā)生在突擴(kuò)斷面后來(lái)，并且與擴(kuò)大從以上分析知。為了減小局部阻力損失，在設(shè)計(jì)變斷面管道幾何邊界3.現(xiàn)備有一段長(zhǎng)度及聯(lián)接方式與調(diào)整閥(圖5.1)相似，內(nèi)徑與試驗(yàn)管道兩點(diǎn)法是測(cè)量局部阻力系數(shù)的簡(jiǎn)便有效措施。它只需在被測(cè)流段(如閥門(mén))前后的直管段長(zhǎng)度不小于(20~40)d的斷面處，各布置一種測(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h-2,有hm-2=h,+h;2+…+hm+…+h,;式中：h,,一分別為兩測(cè)點(diǎn)間互不干擾的各個(gè)局部阻力段的阻力損失；h;—被測(cè)段的局部阻力損失；然后，把被測(cè)段(如閥門(mén))換上一段長(zhǎng)度及聯(lián)接措施與被測(cè)段相似，內(nèi)徑與管道相似的直管段，再測(cè)出相似流量下的總水頭損失h-2,同樣有hw-2=h,;?+h;?+…+※4、試驗(yàn)測(cè)得突縮管在不一樣管徑比時(shí)的局部阻力系數(shù)R>10如下：0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(lèi)型現(xiàn)用差分鑒別法確定。二級(jí)差分如下表i12345二級(jí)差