流體力學實驗思考題解答

1、流體力學實驗思考題解答流體力學實驗思考題解答（一）流體靜力學實驗（一）流體靜力學實驗1、同一靜止液體內(nèi)的測壓管水頭線是根什么線？同一靜止液體內(nèi)的測壓管水頭線是根什么線？答：測壓管水頭指答：測壓管水頭指，即靜水力學實驗儀顯示的測壓管液面至基準面的垂直高度。測，即靜水力學實驗儀顯示的測壓管液面至基準面的垂直高度。測?pZ?壓管水頭線指測壓管液面的連線。從表壓管水頭線指測壓管液面的連線。從表1.1的實測數(shù)據(jù)或?qū)嶒炛苯佑^察可知，同一靜止液的實測

2、數(shù)據(jù)或?qū)嶒炛苯佑^察可知，同一靜止液面的測壓管水頭線是一根水平線。面的測壓管水頭線是一根水平線。2、當時，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)確定水箱的真空區(qū)域。時，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)確定水箱的真空區(qū)域。0?Bp答：以當答：以當時，第時，第2次B點量測數(shù)據(jù)（表點量測數(shù)據(jù)（表1.1）為例，此時）為例，此時，相應，相應00?p06.0???cmpB?容器的真空區(qū)域包括以下容器的真空區(qū)域包括以下3三部分：（三部分：（1）過測壓管）過測壓管2液面作一水平面，由等壓面原理知

3、，液面作一水平面，由等壓面原理知，相對測壓管相對測壓管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，故該平面以上由及水箱內(nèi)的水體而言，該水平面為等壓面，均為大氣壓強，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。密封的水、氣所占的空間區(qū)域，均為真空區(qū)域。（2）同理，過箱頂小杯的液面作一水平）同理，過箱頂小杯的液面作一水平面，測壓管面，測壓管4中該平面以上的水體亦為真空區(qū)域。中該平面以上的水體亦為真空區(qū)域。（3）在測壓管

4、）在測壓管5中，自水面向下深度為中，自水面向下深度為的一段水注亦為真空區(qū)。這段高度與測壓管的一段水注亦為真空區(qū)。這段高度與測壓管2液面低于水箱液面的高度相液面低于水箱液面的高度相0????HAP?等，亦與測壓管等，亦與測壓管4液面高于小水杯液面高度相等，均為液面高于小水杯液面高度相等，均為。0????HAP?3、若再備一根直尺，試采用另外最簡便的方法測定若再備一根直尺，試采用另外最簡便的方法測定。0?答：最簡單的方法，是用直尺分別測量水

5、箱內(nèi)通大氣情況下，管答：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油水界面至水面和油水油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度界面至油面的垂直高度和，由式，由式，從而求得，從而求得。whohoowwhh???o?4、如測壓管太細，對測壓管液面的讀數(shù)將有何影響？如測壓管太細，對測壓管液面的讀數(shù)將有何影響？答：設(shè)被測液體為水，測壓管太細，測壓管液面因毛細現(xiàn)象而升高，造成測量誤差，毛細答：設(shè)被測液體為水，測壓管太細，測壓管液面因毛

6、細現(xiàn)象而升高，造成測量誤差，毛細高度由下式計算高度由下式計算???dhcos4?式中，式中，為表面張力系數(shù)；為表面張力系數(shù)；為液體的容重；為液體的容重；為測壓管的內(nèi)徑；為測壓管的內(nèi)徑；為毛細升高。常溫為毛細升高。常溫??dh（）的水，）的水，或，。水與。水與Ct??20mmdyn28.7??mN073.0??398.0mmdyn??玻璃的浸潤角玻璃的浸潤角很小，可認為很小，可認為。于是有。于是有?0.1cos??dh7.29???mmd

7、h單位均為、一般說來，當玻璃測壓管的內(nèi)徑大于一般說來，當玻璃測壓管的內(nèi)徑大于10mm時，毛細影響可略而不計。另外，當水質(zhì)時，毛細影響可略而不計。另外，當水質(zhì)不潔時，不潔時，減小，毛細高度亦較凈水?。划敳捎糜袡C玻璃作測壓管時，浸潤角減小，毛細高度亦較凈水??；當采用有機玻璃作測壓管時，浸潤角較大，其較大，其??較普通玻璃管小。較普通玻璃管小。h可相互轉(zhuǎn)換。如圖所示，測點可相互轉(zhuǎn)換。如圖所示，測點5至測點至測點7，管漸縮，部分勢能轉(zhuǎn)換成動能，

8、測壓管水頭線，管漸縮，部分勢能轉(zhuǎn)換成動能，測壓管水頭線降低，降低，JP0。，測點，測點7至測點至測點9，管漸擴，部分動能又轉(zhuǎn)換成勢能，測壓管水頭線升高，，管漸擴，部分動能又轉(zhuǎn)換成勢能，測壓管水頭線升高，JP0，故，故E2恒小于恒小于E1，（EE）線不可能回升。）線不可能回升。（EE）線下降的坡度越大，即）線下降的坡度越大，即J越大，表明單位流程越大，表明單位流程上的水頭損失越大，如圖上的漸擴段和閥門等處，表明有較大的局部水頭損失存在。上

9、的水頭損失越大，如圖上的漸擴段和閥門等處，表明有較大的局部水頭損失存在。2、流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？1）流量增加，測壓管水頭線（）流量增加，測壓管水頭線（PP）總降落趨勢更顯著。這是因為測壓管水頭）總降落趨勢更顯著。這是因為測壓管水頭，任一斷面起始的總水頭，任一斷面起始的總水頭E及管道過流斷面面積及管道過流斷面面積A為定值時，為定值時，222gAQEpZHp?????Q增大，增大，

10、就增大，則就增大，則必減小。而且隨流量的增加，阻力損失亦增大，管道任一必減小。而且隨流量的增加，阻力損失亦增大，管道任一gv22?pZ?過水斷面上的總水頭過水斷面上的總水頭E相應減小，故相應減小，故的減小更加顯著。的減小更加顯著。?pZ?2）測壓管水頭線（）測壓管水頭線（PP）的起落變化更為顯著。因為對于兩個不同直徑的相應過水斷）的起落變化更為顯著。因為對于兩個不同直徑的相應過水斷面有面有g(shù)AQgAQAQgvgvvpZHP2222222

11、212222222122?????????????????????gAQAA212222122????????????式中式中為兩個斷面之間的損失系數(shù)。管中水流為紊流時，為兩個斷面之間的損失系數(shù)。管中水流為紊流時，接近于常數(shù)，又管道斷面為定接近于常數(shù)，又管道斷面為定??值，故值，故Q增大，增大，亦增大，亦增大，線的起落變化更為顯著。線的起落變化更為顯著。H???PP?3、測點測點2、3和測點和測點10、11的測壓管讀數(shù)分別說明了什么問題

12、？的測壓管讀數(shù)分別說明了什么問題？測點測點2、3位于均勻流斷面，測點高差位于均勻流斷面，測點高差0.7cm，均為均為37.1cm（偶有毛細（偶有毛細?pZHP??影響相差影響相差0.1mm），表明均勻流各斷面上，其動水壓強按靜水壓強規(guī)律分布。測點，表明均勻流各斷面上，其動水壓強按靜水壓強規(guī)律分布。測點10、11在彎管的急變流斷面上，測壓管水頭差為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，表明急變

13、流斷面上離心慣性力對測壓管水頭影響很大。由于能量方程推導時的限制條件之一是“質(zhì)量力只有重力”水頭影響很大。由于能量方程推導時的限制條件之一是“質(zhì)量力只有重力”，而在急變流斷，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算斷面上其質(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算斷面。在繪制總水頭線時，測點面。在繪制總水頭線時，測點10、11應舍棄。應舍棄?！?、試問避免喉管（測點

14、、試問避免喉管（測點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）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）對喉管壓強的影響情況?；蚪档退涞乃唬砉軌簭姷挠绊懬闆r。下述幾點措施有利于避免喉管（測點下述幾點措施有利于避免喉管（測點7）處真空的形成：（）處真空的形成：（1）減小流量，）減小流量，（2）增大喉）增大喉管管徑，管管徑，（3）降低相關(guān)管線的安裝高程，）降低相關(guān)管線的安裝高程，（4）改變

15、水箱中的液位高度。）改變水箱中的液位高度。顯然（顯然（1）（2）（3）都有利于阻止喉管真空的出現(xiàn)，尤其（）都有利于阻止喉管真空的出現(xiàn)，尤其（3）更具有工程實際意義。）更具有工程實際意義。因為若管系落差不變，單單降低管線位置往往就可以避免真空。例如可在水箱出口接一下因為若管系落差不變，單單降低管線位置往往就可以避免真空。例如可在水箱出口接一下垂90度的彎管，后接水平段，將喉管高程將至基準高程度的彎管，后接水平段，將喉管高程將至基準高程00