土木工程流體力學(xué)實驗報告答案

1、1現(xiàn)以傾斜等徑管道上裝設(shè)的水銀多管壓差計為例說明（圖中A AA A 為水平線）：O O O O 為基準(zhǔn)面，以 1 1 1 1 和 2 2 2 2 為計算斷面，計算點在軸心處，設(shè)v1v2，如圖示二hj= 0，由能量方程可得Pi-H213.6巾2- 巾2：H136：hi -hi -：HHi2-H212.6 h212.6 h1H1hf1q二Zj比 一Z2H212.6=h212.6 h1= 12.6（ *：h2）這表明水銀壓差計的壓差值即為沿程水頭損失，且和傾角無關(guān)。2 2 .據(jù)實測 m m 值判別本實驗的流動型態(tài)和流區(qū)。lghfIgv曲線的斜率 m=1.0m=1.01.81.8，即hf與v1048成

2、正比，表明流動為層流 （m=1.0m=1.0 ）、紊流光滑區(qū)和紊流過渡區(qū)（未達(dá)阻力平方區(qū)）。實驗一管路沿程阻力系數(shù)測定實驗1 1.為什么壓差計的水柱差就是沿程水頭損失？如實驗管道安裝成傾斜，是否影響實驗成果?水f Z C A23 3 本次實驗結(jié)果與莫迪圖吻合與否？試分析其原因。通常試驗點所繪得的上曲線處于光滑管區(qū)，本報告所列的試驗值，也是如此。但是，有的實驗結(jié)果上相應(yīng)點落到了莫迪圖中光滑管區(qū)的右下方。 對此必須認(rèn)真分析。如果由于誤差所致，那么據(jù)下式分析X =i8/3d d 和 Q Q 的影響最大，Q Q 有 2%2%誤差時，二就有 4%4%的誤差，而 d d 有 2%2%誤差時，二 可產(chǎn) 生

3、10%10%的誤差。Q Q 的誤差可經(jīng)多次測量消除，而 d d 值是以實驗常數(shù)提供的，由儀器制作 時測量給定，一般 1%1%。如果排除這兩方面的誤差，實驗結(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。還可以從減阻劑對水流減 阻作用上作探討，因為自動水泵供水時，會滲入少量油脂類高分子物質(zhì)?？傊@是 尚待進(jìn)一步探討的問題。3實驗二管路局部阻力系數(shù)測定實驗三、實驗分析與討論1 1 結(jié)合實驗成果，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：1 1）不同 R R 的突擴(kuò)Ee是否相同？2 2） 在管徑比變化相同的條件下，其突擴(kuò)Ee是否一定大于突縮Es?A突縮：=0.5

4、 1dA2丿則有 _ J 0.5（1 A/A ）_0.5（1A/A2）1A乓當(dāng)A . A20.5或d仁d20.707時，突然擴(kuò)大的水頭損失比相應(yīng)的突然收縮的要大。在本實驗最大流量大損失較突然縮小損失約大一倍，即hjehjs=6.54/3.60 = 1.817。d仁d2接近于 1 1 時，突然擴(kuò)大的水流形態(tài)接近于逐漸擴(kuò)大管的流動, 失顯著減由式及表明影響局部阻力損失的因素是突擴(kuò):hj2g-f drd2v和di.；d2。由于有Q Q 下，突然擴(kuò)因而阻力損2A2 ./4小。52.2.結(jié)合流動儀演示的水力現(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

5、失？流動演示儀 1-71-7 型可顯示突擴(kuò)、突縮、漸擴(kuò)、漸縮、分流、合流、閥道、繞流等 三十多種內(nèi)、外流的流動圖譜。據(jù)此對于局部阻力損失的機(jī)理分析如下： 從顯示的圖譜可見，凡流道邊界突變處，形成大小不一的漩渦區(qū)。漩渦是產(chǎn)生損失的 主要根源。由于水質(zhì)點的無規(guī)則運動和激烈的紊動，相互磨擦，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，還須克服剪切流的速 度梯度，經(jīng)質(zhì)點間的動能交換，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)段的漩渦主要發(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，漩渦區(qū)也越大，損失也越大，所以產(chǎn)生突

6、擴(kuò)局部阻力損失的主要部位 在突擴(kuò)斷面的后部。而突縮段的漩渦在收縮斷面均有。突縮前僅在死角區(qū)有小漩渦， 且強(qiáng)度較小，而突縮的后部產(chǎn)生了紊動度較大的漩渦環(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。從以上分析可知，為了減小局部阻力損失，在設(shè)計變斷面管道幾何邊界形狀時應(yīng) 流線型化或晝接近流線形，以避免漩渦的形成，或使漩渦區(qū)盡可能小。如欲減小管道 的局部阻力，就應(yīng)減小管徑比以降低突擴(kuò)段的漩渦區(qū)域；或把突縮進(jìn)口的直角改為圓 角，以消除突縮斷面后的漩渦環(huán)帶，可使突縮局部阻力系數(shù)減小到原來的 突然收縮實驗管道使用年份長以后，實測阻力系數(shù)減小，主要原因也在這里。6實驗三流體靜力學(xué)實驗三、實驗分析與討論

7、1 1 同一靜止液體內(nèi)的測壓管水頭線是根什么線?測壓管水頭指z - p，即靜水力學(xué)實驗儀顯示的測壓管液面至基準(zhǔn)面的垂直高 度。測壓管水頭線指測壓管液面的連線。實驗直接觀察可知，同一靜止液面內(nèi)的測壓 管水頭線是一根水平線。2 2.當(dāng) p pB00 時，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)確定水箱內(nèi)的真空區(qū)域。PB0,相應(yīng)容器的真空區(qū)域包括以下三個部分：(1)過測壓管2 2 液面作一水平面，由等壓面原理知，相對測壓管2 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、氣所占區(qū)域，均為真空區(qū)域。(2)同理，過箱頂小不杯的液面作一水平面，測壓管4 4 中，該平面以上的水體亦 為真空區(qū)域。(

8、3)在測壓管 5 5 中， 自水面向下深度某一段水柱亦為真空區(qū)域。這段高度與測壓 管 2 2 液面低于水箱液面的高度相等，亦與測壓管4 4 液面高于小水杯液面高度相等。3 3 若再算一根直尺，試采用另外最簡便的方法測定。最簡單的方法，是用直尺分別測量水箱內(nèi)通大氣情況下，管5 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whwoho，從而求得0。4 4 如測壓管太細(xì)，對測壓管液面的讀數(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)高度由下式計算7式中，二為表面張力系數(shù)；為液體容量；d為測壓管的內(nèi)徑；h為毛細(xì)升高。常溫的水，廠-0.073N.

9、 m，咐=0.0098Nm3。水與玻璃的浸潤角二很小，可以認(rèn)為COST-1.0。于是有h=29.7/d（h、d均以mm計）一般來說，當(dāng)玻璃測壓管的內(nèi)徑大于1010mm時，毛細(xì)影響可略而不計。另外，當(dāng)水質(zhì)不潔時，二減小，毛細(xì)高度亦較凈水?。划?dāng)采用有機(jī)下班玻璃作測壓管時，浸潤 角二較大，其h較普通玻璃管小。如果用同一根測壓管測量液體相對壓差值，則毛細(xì)現(xiàn)象無任何影響。因為測量高、低壓強(qiáng)時均有毛細(xì)現(xiàn)象，但在計算壓差時，互相抵消了。5 5過 C C 點作一水平面，相對管 1 1、2 2、5 5 及水箱中液體而言，這個水平面是不是等 壓面？哪一部液體是同一等壓面?不全是等壓面，它僅相對管1 1、2 2 及

10、水箱中的液體而言，這個水平面才是等壓面。因為只有全部具有下列 5 5 個條件的平面才是等壓面：（1 1）重力液體；（2 2）靜止；（3 3） 連通；（4 4）連通介質(zhì)為同一均質(zhì)液體；（5 5）同一水平面。而管 5 5 與水箱之間不符合條件（4 4）,相對管 5 5 和水箱中的液體而言，該水平面不是水平面。6 6 用圖 1.11.1 裝置能演示變液位下的恒定流實驗嗎？觀閉各通氣閥門，開啟底閥，放水片刻，可看到有空氣由C C 進(jìn)入水箱。這時閥門的出流就是變液位下的恒定水流。因為由觀察可知，測壓管 1 1 的液面始終與 C C 點同高，表明作用于底閥上的總水頭不變，故為恒定流動。這是由于液位的降低與空氣補(bǔ)充使 箱體表面真空度的減小處于平衡狀態(tài)。醫(yī)學(xué)上的點滴注射就是此原理應(yīng)用的一例，醫(yī) 學(xué)上稱這為馬利奧特容器的變液位下恒定流。7 7 該儀器在加氣增壓后，水箱液面將下降S而測壓管液面半升高 H,H,實驗時，若以 p p0=0=0 時的水箱液面作為測量基準(zhǔn) ，試分析加氣增壓后，實際壓強(qiáng)（H+H+S）與視壓強(qiáng) H H 的相 對誤差值. .本儀器測壓管內(nèi)徑為 0.8cm,0.8cm,箱體內(nèi)徑為 20cm.20cm.8答：加壓后，水箱液面比基準(zhǔn)面下降了S，而同時測壓管 1 1、