1、重庆交通大学实验一 流体静力学实验水力学实验重庆交通大学2013/6/8重庆交通大学水力学实验报告实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指 ，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。2.当 PB0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。测点 5 至测点 7，管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，Jp0。测点 7 至测点 9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高，J P0，故 E2恒小于E1， （E-E）线不可能回升。(E-E
2、) 线下降的坡度越大，即 J 越大，表明单位流程上的水头损失越大，如图 2.3 的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。2.流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？有 如 下 二 个 变 化 ：（1）流量增加，测压管水头线（P-P）总降落趋势更显著。这是因为测压管水头，任一断面起始时的总水头 E 及管道过流断面面积 A 为定值时，Q 增大， 就增大，则 必减小。而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头 E 相应减小，故 的减小更加显著。（2）测压管水头线（P-P）的起落变化更为显著。因为对于两个不同直径的相应过水断面有重庆交通大学河海学院5式中为两个断面之间的损失系
3、数。管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故 Q 增大，H 亦增大， （P-P）线的起落变化就更为显著。3.测点 2、3 和测点 10、11 的测压管读数分别说明了什么问题？测点 2、3 位于均匀流断面（图 2.2） ，测点高差 0.7cm，H P= 均为 37.1cm（偶有毛细影响相差 0.1mm） ，表明均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11 在弯管的急变流断面上，测压管水头差为 7.3cm，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力” ，而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面
4、不能选作能量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点 10、11 应舍弃。4.试问避免喉管（测点 7）处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬高或降低水箱的水位）对喉管压强的影响情况。下述几点措施有利于避免喉管（测点 7）处真空的形成：（1）减小流量， （2）增大喉管管径， （3）降低相应管线的安装高程， （4）改变水箱中的液位高度。显然（1） 、 （2） 、 （3）都有利于阻止喉管真空的出现，尤其（3）更具有工程实用意义。因为若管系落差不变，单单降低管线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 弯管，后接水平段，将喉管的高程降至基准高程 00，比位能降至零，比压能p/
5、 得以增大（Z） ，从而可能避免点 7 处的真空。至于措施（4）其增压效果是有条件的，现分析如下：重庆交通大学河海学院6当作用水头增大 h 时，测点 7 断面上 值可用能量方程求得。取基准面及计算断面 1、2、3，计算点选在管轴线上（以下水柱单位均为 cm） 。于是由断面 1、2 的能量方程（取 a2=a3=1）有(1)因 hw1-2可表示成此处 c1.2 是管段 1-2 总水头损失系数，式中 e、s 分别为进口和渐缩局部损失系数。又由连续性方程有故式（1）可变为(2)式中 可由断面 1、3 能量方程求得，即(3)由此得(4)代入式( 2)有(Z 2+P2/)随 h 递增还是递减，可由(Z 2
6、+P2/)加以判别。因(5)若 1-(d3/d2)4+c1.2/(1+c1.3)0，则断面 2 上的(Z+p/) 随 h 同步递增。反之，则递减。文丘里实验为递减情况，可供空化管设计参考。在实验报告解答中，d 3/d2=1.37/1，Z 1=50，Z 3=-10，而当 h=0 时，实验的(Z 2+P2/)=6，将各值代入式(2)、(3)，可得该管道阻力系数分别为重庆交通大学河海学院7c1.2=1.5，c1.3=5.37。再将其代入式(5)得表明本实验管道喉管的测压管水头随水箱水位同步升高。但因(Z 2+P2/)接近于零，故水箱水位的升高对提高喉管的压强（减小负压）效果不显著。变水头实验可证明该
7、结论正确。5.由毕托管测量显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都有差异，试分析其原因。与毕托管相连通的测压管有 1、6、8、12、14、16 和 18 管，称总压管。总压管液面的连续即为毕托管测量显示的总水头线，其中包含点流速水头。而实际测绘的总水头是以实测的 值加断面平均流速水头 v2/2g 绘制的。据经验资料，对于园管紊流，只有在离管壁约 0.12d 的位置，其点流速方能代表该断面的平均流速。由于本实验毕托管的探头通常布设在管轴附近，其点流速水头大于断面平均流速水头，所以由毕托管测量显示的总水头线，一般比实际测绘的总水线偏高。因此，本实验由 1、6、8、12、14、16 和 18 管所显
8、示的总水头线一般仅供定性分析与讨论，只有按实验原理与方法测绘总水头线才更准确。实验分析与讨论1、实测 与公认值(=1.021.05)符合与否？如不符合，试分析原因。实测 =1.035 与公认值符合良好。(如不符合，其最大可能原因之一是翼轮不转所致。为排除此故障，可用 4B 铅笔芯涂抹活塞及活塞套表面。)2、带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿 x 方向的动量力有无影响？为什么？无影响。因带翼片的平板垂直于 x 轴，作用在轴心上的力矩 T，是由射流冲击平板是，沿 yz重庆交通大学河海学院8平面通过翼片造成动量矩的差所致。即式中 Q射流的流量；Vyz1入流速度在 yz
9、平面上的分速；Vyz2出流速度在 yz 平面上的分速； 1入流速度与圆周切线方向的夹角，接近 90； 2出流速度与圆周切线方向的夹角；r1,2分别为内、外圆半径。该式表明力矩 T 恒与 x 方向垂直，动量矩仅与 yz 平面上的流速分量有关。也就是说平板上附加翼片后，尽管在射流作用下可获得力矩，但并不会产生 x 方向的附加力，也不会影响 x 方向的流速分量。所以 x 方向的动量方程与平板上设不设翼片无关。3、通过细导水管的分流，其出流角度与 V2相同，试问对以上受力分析有无影响？无影响。当计及该分流影响时，动量方程为即 该式表明只要出流角度与 V1垂直，则 x 方向的动量方程与设置导水管与否无关
10、。4、滑动摩擦力 为什么可以忽略不记？试用实验来分析验证 的大小，记录观察结果。(提示：平衡时，向测压管内加入或取出 1mm 左右深的水，观察活塞及液位的变化)因滑动摩擦力 hc。实际上，h c随 V2及 的变化又受总能头的约束，这是因为由能量方程得(2)而 所以 从式(2)知，能量转换的损失 较小时，H管嘴的作用水头。1.利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？毕托管、测压管及其连通管只有充满被测液体，即满足连续条件，才有可能测得真值，重庆交通大学河海学院10否则如果其中夹有气柱，就会使测压失真，从而造成误差。误差值与气柱高度和其位置有关。对于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若
11、不排除，实验过程中很可能变成堵塞性气柱而影响量测精度。检验的方法是毕托管置于静水中，检查分别与毕托管全压孔及静压孔相连通的两根测压管液面是否齐平。如果气体已排净，不管怎样抖动塑料连通管，两测管液面恒齐平。2.毕托管的动压头 h 和管嘴上、下游水位差 H 之间的大关系怎样？为什么？由于 且 即 一般毕托管校正系数 c=11（与仪器制作精度有关） 。喇叭型进口的管嘴出流，其中心点的点流速系数 =0.9961。所以 hH。本实验 h=21.1cm，H=21.3cm，c=1.000。3.所测的流速系数说明了什么？若管嘴出流的作用水头为 H，流量为 Q，管嘴的过水断面积为 A，相对管嘴平均流速 v，则有称作管嘴流速系数。若相对点流速而言，由管嘴出流的某流线的能量方程，可得式中： 为流管在某一流段上的损失系数； 为点流速系数。
