1、實(shí)驗(yàn)一 管路沿程阻力系數(shù)測定實(shí)驗(yàn) 1 為什么壓差計(jì)的水柱差就是沿程水頭損失？如實(shí)驗(yàn)管道安裝成傾斜，是否影 響實(shí)驗(yàn)成果？ 現(xiàn)以傾斜等徑管道上裝設(shè)的水銀多管壓差計(jì)為例說明（圖中A A 為水平線）： 如圖示 OO為基準(zhǔn)面，以11和22為計(jì)算斷面，計(jì)算點(diǎn)在軸心處， 設(shè)v1 v2， hj 0 ，由能量方程可得 hf1 2 Z1 p1 1 Z2 p2 p1 p2 H2 13.6 h2 h2 H 13.6 h1 h1 HH p2 H2 12.6 h2 12.6 h1 H 1 h f1 2Z1 H1 Z2 H2 12.6 h2 12.6 h1 12.6( h1 h2) 這表明水銀壓差計(jì)的壓差值即為沿程水頭損失

2、，且和傾角無關(guān)。 2據(jù)實(shí)測 m 值判別本實(shí)驗(yàn)的流動型態(tài)和流區(qū)。 lghf lg v曲線的斜率 m=1.0 1.8，即 hf 與v1.0 1.8成正比，表明流動為層流 m=1.0 ）、紊流光滑區(qū)和紊流過渡區(qū)（未達(dá)阻力平方區(qū)）。 3本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與莫迪圖吻合與否？試分析其原因。 通常試驗(yàn)點(diǎn)所繪得的 曲線處于光滑管區(qū)， 本報(bào)告所列的試驗(yàn)值， 也是如此。 但是，有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 相應(yīng)點(diǎn)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 d和Q的影響最大， Q有2%誤差時， 就有 4%的誤差，而 d有2%誤差時，可產(chǎn) 生 10%的誤差。 Q的誤差可經(jīng)多次測量消除，而 d值

3、是以實(shí)驗(yàn)常數(shù)提供的，由儀器制作 時測量給定，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。還可以從減阻劑對水流減 阻作用上作探討，因?yàn)樽詣铀霉┧畷r，會滲入少量油脂類高分子物質(zhì)。總之，這是 尚待進(jìn)一步探討的問題。 實(shí)驗(yàn)二 管路局部阻力系數(shù)測定實(shí)驗(yàn) 三、實(shí)驗(yàn)分析與討論 1結(jié)合實(shí)驗(yàn)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）不同 Re的突擴(kuò) e 是否相同？ 2）在管徑比變化相同的條件下，其突擴(kuò)e 是否一定大于突縮 s？ 由式 及 表明影響局部阻力損失的因素是 突擴(kuò)： hj 2 v 2g f d1 d 2 v和d

4、1 d2 。由于有 突縮： s 0.5 1 A2 則有 s 0.5 1 A1 A2 K2 0.5 e 1 A1 A2 2 1 A1 A2 e A1 A2 當(dāng)A1 A2 0.5 或 Q 下，突然擴(kuò) 因而阻力損 d1 d 2 0.707 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(shí)驗(yàn)最大流量 大損失較突然縮小損失約大一倍，即 hje hjs 6.54/3.60 1.817 。 d1 d2 接近于 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， 失顯著減小。 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失？ 流動

5、演示儀 1-7 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(diǎn)的無規(guī)則運(yùn)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(diǎn)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)生突擴(kuò)局部阻力損

6、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)。可見產(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(jì)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(shí)驗(yàn)管道使用年份長以后，實(shí)測阻力系數(shù)減小，主要原因也在這里。 實(shí)驗(yàn)三 流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn) 三、實(shí)驗(yàn)分析與討論 1同

7、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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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當(dāng) p B0 時，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)確定水箱內(nèi)的真空區(qū)域。 pB 0 ，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 液面作一水平面，由等壓面原理知，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(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 中，該平面以上的水體亦 為真空區(qū)域。 （3）在測壓

8、管 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 液面低于水箱液面的高度相等，亦與測壓管 4 液面高于小水杯液面高度相等。 3若再箅一根直尺，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 油水界面至水面和 油水界面至油面的垂直高度 h和 h0，由式 whw0h0 ，從而求得 0 。 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(jì)算 4 cos h d 式中， 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，0

9、. 073 N m ，0.0098 N m3 。水與玻璃的浸潤角很小，可以認(rèn)為 cos 1.0。于是有 h 29.7 d（ h 、 d 均以 mm 計(jì)） 一般來說，當(dāng)玻璃測壓管的內(nèi)徑大于10 mm時，毛細(xì)影響可略而不計(jì)。另外，當(dāng) 水質(zhì)不潔時， 減小，毛細(xì)高度亦較凈水小；當(dāng)采用有機(jī)下班玻璃作測壓管時，浸潤 角 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?yàn)闇y量高、 低壓強(qiáng)時均有毛細(xì)現(xiàn)象，但在計(jì)算壓差時，互相抵消了。 5過 C點(diǎn)作一水平面，相對管 1、2、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

10、僅相對管 1、2 及水箱中的液體而言，這個水平面才是等壓面。 因?yàn)橹挥腥烤哂邢铝?5 個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），相對管 5和水箱中的液體而言，該水平面不是水平面。 6用圖 1.1 裝置能演示變液位下的恒定流實(shí)驗(yàn)嗎？ 觀閉各通氣閥門，開啟底閥，放水片刻，可看到有空氣由 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?yàn)橛捎^察可知， 測壓管 1 的液面始終與 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。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(diǎn)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該儀器在加氣增壓后，水箱液面將下降而測壓管液面半升高H,實(shí)驗(yàn)時 , 若以 p0=0 時的水箱液面作為測量基準(zhǔn) , 試分析加氣增壓后 ,