2025年流体力学实验深度解析探索思考题全解指南

试验二不可压缩流体恒定流能量方程(伯诺利方程)试验成果分析及讨论1.测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不一样?为何?测压管水头线(P-P)沿程可升可降，线坡J可正可负。而总水头线(E-E)沿程只降不升，线坡J恒为正，即J>0。这是由于水在流动过程中，根据一定边界条件，动能和势能可互相转换。测点5至测点7,管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线减少，Jp>0。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，Jp<0。而据能量方程E₁=E₂+hw₁-2,hw₁-2为损失能量，是不可逆的，即恒有hw₁-2>0,故E₂恒不不小于E₁,(E-E)线不也许回升。(E-E)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.流量增长，测压管水头线有何变化?为何?(1)流量增长，测压管水头线(P-P)总降落趋势更明显。这是由于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。并且随流量的增长阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头E对应减小，的减小愈加明显。(2)测压管水头线(P-P)的起落变化更为明显。由于对于两个不一样直径的对应过水断面有线的起落变化就更为明显。3.测点2、3和测点10、11的测压管读数分别阐明了什么问题?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.试问防止喉管(测点7)处形成真空有哪几种技术措施?分析变化作用水头(如抬高或减少水箱的水位)对喉管压强的影响状况。下述几点措施有助于防止喉管(测点7)处真空的形成：(1)减小流量，(2)增大喉管管径，(3)减少对应管线的安装高程，(4)变化水箱中的液位高度。显然(1)、(2)、(3)均有助于制止喉管真空的出现，尤其(3)更具有工程实用意义。由于若管系落差不变，单单减少管线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弯管，后接水平段，将喉管的高程降至基准高程0—0,比位能降至零，比压能p/y得以增大(Z),从而也许防止点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：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(如下水柱单位均为cm)。于是由断面1、2的能量方程(取因hw₁-2可表到达此处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。又由持续性方程有故式(1)可变为式中可由断面1、3能量方程求得，即由此得v3/2g=(Z₁-Z₃+△h)/(1代入式(2)有(Z₂+P₂/Y)随h递增还是递减，可由(Z₂+P₂/Y)加以鉴别。因若1-[(d3/d2)4+c1.2](1+c1.3)>0,则断面2上的(Z+p/Y)随h同步递增。反之，则递减。文丘里试验为递减状况，可供空化管设计参照。将各值代入式(2)、(3),可得该管道阻力系数分别为c1.2=1.5,c1.3=5.37。再将其代入式(5)得表明本试验管道喉管的测压管水头随水箱水位同步升高。但因(Z₂+P₂/Y)靠近于零，故水箱水位的升高对提高喉管的压强(减小负压)效果不明显。变水头试验可证明该结论对的。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均有差异，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。总压管液面的持续即为毕托管测量显示的总水头线，其中包括点流速水头。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。由于本试验毕托管的探头一般布设在管轴附近，其点流速水头不小于断面平均流速水头，因此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，本试验由1、6、8、12、14、16和18管所显示的总水头线一般仅供定性分析与讨论，只有按试验原理与措施测绘总水头线才更精确。试验四毕托管测速试验试验分析与讨论1.运用测压管测量点压强时，为何要排气?怎样检查排净与否?毕托管、测压管及其连通管只有充斥被测液体，即满足持续条件，才有也许测得真值，否则假如其中夹有气柱，就会使测压失真，从而导致误差。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，但若不排除，试验过程中很也许变成堵塞性气柱而影响量测精度。检查的措施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与否齐平。假如气体已排净，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?为何?由于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%。3.所测的流速系数阐明了什么?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：S为流管在某一流段上的损失系数；中为点流速系数。本试验在管嘴沉没出流的轴心处测得=0.995,表明管嘴轴心处的水流由势能转换为动能的过程中有能量损失，但甚微。4.据激光测速仪检测，距孔口2-3cm轴心处，其点流速系数为0.996,试问本试验的毕托管精度怎样?怎样率定毕托管的修正系数c?若以激光测速仪测得的流速为真值u,则有而毕托管测得的该点流速为203.46cm/s,则e=0.2‰欲率定毕托管的修正系数，则可令c=φ√AH/△h5.普朗特毕托管的测速范围为0.2-2m/s,轴向安装偏差规定不应不小于10度，试阐明原因。(低流速可用倾斜压差计)。(1)施测流速过大过小都会引起较大的实测误差，当流速u不不小于0.2m/s时，毕托管测得的压差△h亦有若用30倾斜压差计测量此压差值，因倾斜压差计的读数值差△h为那么当有0.5mm的判读误差时，流速的相对误差可达6%。而当流速不小于2m/s时，由于水流流经毕托管头部时会出现局部分离现象，从而使静压孔测得的压强偏低而导致误差。(2)同样，若毕托管安装偏差角(a)过大，亦会引起较大的误差。因毕托管测得的流速u是实际流速u在其轴向的分速ucosa,则对应所测流速误差为6.为何在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一老式的流体测速仪器?毕托管测速原理是能量守恒定律，轻易理解。而毕托管经长期应用，不停改善，已十分完善。具有构造简朴，使用以便，测量精度高，稳定性好等长处。因而被广泛应用于液、气流的测量(其测量气体的流速可达60m/s)。光、声、电的测速技术及其有关仪器，虽具有瞬时性，敏捷、精度高以及自动化记录等诸多长处，有些长处毕托管是无法到达的。但往往因其机构复杂，使用约束条件多及价格昂贵等原因，从而在应用上受到限制。尤其是传感器与电器在信号接受与放大处理过程中，有否失真，或者随使用时间的长短，环境温度的变化与否飘移等，难以直观判断。致使可靠度难以把握，因而所有光、声、电测速仪器，包括激光测速仪都不得不用专门装置定期率定(有时是运用毕托管作率定)。可以认为至今毕托管测速仍然是最可信，最经济可靠而简便的测速措施。试验六文丘里流量计试验1.本试验中，影响文丘里管流量系数大小的原因有哪些?哪个原因最敏感?对d₂=0.7cm的管道而言，若因加工精度影响，误将(d₂-0.01)cm值取代上述d₂值时，本试验在最大流量下的μ值将变为多少?由式可见本试验(水为流体)的u值大小与Q、di、d₂、△h有关。其中di、d₂影响最敏感。本试验中若文氏管d₁=1.4cm,d₂=0.71cm,一般在切削加工中d₁比d₂测量以便，轻易掌握好精度，d₂不易测量精确，从而不可防止的要引起试验误差。例如当最大流量时μ值为0.976,若d₂的误差为-0.01cm,那么μ值将变为1.006,显然不合理。2.为何计算流量Q'与实际流量Q不相等?由于计算流量Q’是在不考虑水头损失状况下，即按理想液体推导的，而实际流体存在粘性必引起阻力损失，从而减小过流能力，Q<Q’,即μ<1.0。3.试证气—水多管压差计(图6.4)有下列关系：如图6.4所述，△h₁=h-h₂,Ah=h-h4,4.试应用量纲分析法，阐明文丘里流量计的水力特性。运用量纲分析法得到文丘里流量计的流量体现式，然后结合试验成果，便可深入弄清流量计的量测特性。对于平置文丘里管，影响v₁的原因有：文氏管进口直径d₁,喉径d₂、流体的密度p、动力粘滞系数μ及两个断面间的压强差△P。根据π定理有f(v²,d,d₂,p,A,Ap)=0从中选用三个基本量，分别为：共有6个物理量，有3个基本物理量，可得3个无量纲π数，分别为：根据量纲友好原理，π1的量纲式为分别有L:1=a₁+b₁-3c₁联解得：a₁=1,b₁=0,ci=0,同理将各π值代入式(1)得无量纲方程为或写成进而可得流量体现式为式(2)与不计损失时理论推导得到的相似。为计及损失对过流量的影响，实际流量在式(3)中引入流量系数μQ计算，变为比较(2)、(4)两式可知，流量系数μQ与Re一定有关，又由于式(4)中d2/d₁的函数关系并不一定代表了式(2)中函数3所应有的关系，故应通过试验弄清μQ与Re、d₂/d,的有关性。通过以上分析，明确了对文丘里流量计流量系数的研究途径，只要弄清它与Re及d₂/d₁的关系就行了。由试验所得在紊流过渡区的μQ~Re关系曲线(d₂/d₁为常数),可知μQ随Re的增大而增大，因恒有μ<1,故若使试验的Re增大，μQ将渐趋向于某一不不小于1的常数。此外，根据已经有的诸多试验资料分析，μQ与d₁/d₂也有关，不一样的d₁/d₂值，可以得到不一样的μQ~Re关系曲线，文丘里管一般使d₁/d₂=2。因此实用上，对特定的文丘里管均需试验率定μe~Re的关系，或者查用相似管径比时的经验曲线。尚有实用上较合适于被测管道中的雷诺数Re>2×10⁵,使μQ值靠近于常数0.98。流量系数μQ的上述关系，也正反应了文丘里流量计的水力特性。5.文氏管喉颈处轻易产生真空，容许最大真空度为6~7mH₂O。工程中应用文氏管时，应检查其最大真空度与否在容许范围内。据你的试验成果，分析本试验流量计喉颈最大真空值为多少?本试验若d₁=1.4cm,d₂=0.71cm,以管轴线高程为基准面，以水箱液面和喉道断面分别为1-1和2—2计算断面，立能量方程得则=315-35-80.22-h₁-2=-52.2即试验中最大流量时，文丘里管喉颈处真空度久>52cmH₂O,而由本试验实测为60.5cmH₂O。深入分析可知，若水箱水位高于管轴线4m左右时，试验中文丘里喉颈处的真空度可达7mH₂O(参照能量方程试验解答六—4)。及5=f(d₁/d₂)流动演示仪I-VII型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十余种从以上分析知。为了减小局部阻力损失，在设计变断面管道几何边界形状时应流线型化或尽量3.现备有一段长度及联接方式与调整阀(图5.1)相似，内径与试验管道相似的直管段，怎样用两点法测量阀门的局部阻力系数?两点法是测量局部阻力系数的简便有效措施。它只需在被测流段(如阀门)前后的直管段长度不小于(20~40)d的断面处，各布置一种测压点便可。先测出整个被测流段上的总水头损失hw-2,有hm-2=h,₁+h;2+…+hm+…+h,;式中：h,—分别为两测点间互不干扰的各个局部阻力段的阻力损失；hf1-2—两测点间的沿程水头损失。然后，把被测段(如阀门)换上一段长度及联接措施与被测段相似，内径与管道相似的直管段，因此h;m=h-2-hw-2※4、试验测得突缩管在不一样管径比时的局部阻力系数R>10°如下：0试用最小二乘法建立局部阻力系数的经验公式(1)确定经验公式类型由试验数据求得等差△x(令x=d₂/d₁)对应的差分△y(令y=5),其一、二级差分如下表i12345二级差分△²y为常数，故此经验公式类型为(