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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202 3 / 6/8重庆交通大学水力学实验报告实验分析与讨论.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？（Z+马测压管水头指 y ,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。实验直接观测可知，同一静止液面的测压管水头线是一根 水平线。1 ,当Pb0时，试根据记录数据，拟定水箱内的真空区域。包0r :,相应容器的真空区域涉及以下三部分：（1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知,相对测压管2及水箱内的水体而言，该水 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
2、于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若不排除,实验过程中很也许变成堵塞性气柱而影响 量测精度。检查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。假如气体已排净,不管如何抖动塑料连通管，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之间的大关系如何？为什么?由于*u = c J2gA一般毕托管校正系数c二1 1%。（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8 = 0. 9 9 61%oo所以hAH。本实验 Ah=2 1. 1 cm, H = 21. 3 cm, c=l. 000o.所测的流速系数说明了什么？若管嘴出流
3、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v =卬 J2 gA 引 A尹称作管嘴流速系数。若相对点流速而言，由管嘴出流的某流线的能量方程，可得3=晓+% 2g= J2 g= J2 g1+71式中：7为流管在某一流段上的损失系数；炉为点流速系数。本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得U=0. 995,表白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。2 .据激光测速仪检测，距孔口 2-3cm轴心处,其点流速系数为0.9 9 6,试问本实验的毕托管精度如何?如何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,则有葭=.J2gA - = 0,99672
4、 x980x21.3 = 203.5 lew / s而毕托管测得的该点流速为203. 46cm/s,则=0.2%。欲率定毕托管的修正系数,则可令u = cj2 g力=42ghhc = 座 4本例：c = 0.996V213/211 = 1.0007 1.03 .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大于10度,试说明因素。（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小于0. 2m/s时,毕托管测22从 =0.204朋22从 10,则2l-cosl0JQ0156为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的流体测速仪器
5、？毕托管测速原理是能量守恒定律，容易理解。而毕托管经长期应用，不断改善，已十分 完善。具有结构简朴，使用方便，测量精度高，稳定性好等优点。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、电的测速技术及其相关仪器，虽具有瞬 时性,灵敏、精度高以及自动化记录等诸多优点，有些优点毕托管是无法达成的。但往往因 其机构复杂，使用约束条件多及价格昂贵等因素，从而在应用上受到限制。特别是传感器与 电器在信号接受与放大解决过程中，有否失真，或者随使用时间的长短，环境温度的改变 是否飘移等，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，涉及激光 测速仪都不得不用专门装
6、置定期率定(有时是运用毕托管作率定)o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方法。实验五雷诺实验1.流态判据为什么采用无量纲参数,而不采用临界流速？雷诺在1883年以前的实验中，发现园管流动存在两种流态一一层流和紊流,并且存在 着层流转化为紊流的临界流速V与流体的粘性v及园管的直径d有关，即v= f(v,d)(1)因此从广义上看， 不能作为流态转变的判据。为了判别流态，雷诺对不同管径、不同粘性液体作了大量的实验，得出了用无量纲参数 (vd/v)作为管流流态的判据。他不仅深刻揭示了流态转变的规律，并且还为后人用无量纲 化的方法进行实验研究树立了典范。用无量纲分析的雷列法可得
7、出与雷诺数结果相同的无 量纲数。可以认为式(1)的函数关系能用指数的乘积来表达。即(2)其中K为某一无量纲系数。式(2)的量纲关系为Z 7 -1 = L2T -1 aiL2(3)从量纲和谐原理，得L:2 a +。2=1T：-a i=-l联立求解得Q i=l, a 2=-1将上述结果，代入式(2),得Vr = K-K= d或 v*雷诺实验完毕了 K值的测定，以及是否为常数的验证。结果得到K=2 3 20o于是，无 量纲数vd/v便成了适应于任何管径，任何牛顿流体的流态转变的判据。由于雷诺的奉 献,vd/ v定命为雷诺数。随着量纲分析理论的完善,运用量纲分析得出无量纲参数，研究多个物理量间的关系,
8、 成了现今实验研究的重要手段之一。2为什么认为上临界雷诺数无实际意义,而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据？实 测下临界雷诺数为多少？根据实验测定，上临界雷诺数实测值在300 0 50 0 0范围内，与操作快慢,水箱的紊动 度，外界干扰等密切相关。有关学者做了大量实验，有的得12 0 2 3,有的得2 0 2 30, 有的甚至得4000 0。实际水流中，干扰总是存在的，故上临界雷诺数为不定值，无实际意 义。只有下临界雷诺数才可以作为判别流态的标准。凡水流的雷诺数小于下临界雷诺数者必为层流。一般实测下临界雷诺数为2100左右。3 .雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数2 320,而目前一般教科书
9、中介绍采用的下临界雷 诺数是2 0 2 3,因素何在？下临界雷诺数也并非与干扰绝对无关。雷诺实验是在环境的干扰极小，实验前水箱中 的水体经长时间的稳定情况下，经反复多次细心量测才得出的。而后人的大量实验很难反 复得出雷诺实验的准确数值，通常在20 2 3230 0之间。因此，从工程实用出发，教科书中 介绍的园管下临界雷诺数一般是2023o.试结合紊动机理实验的观测，分析由层流过渡到紊流的机理何在？从紊动机理实验的观测可知，异重流（分层流）在剪切流动情况下，分界面由于扰动引 发细微波动，并随剪切流速的增大，分界面上的波动增大，波峰变尖，以至于间断面破裂而 形成一个个小旋涡。使流体质点产生横向紊动
10、。正如在大风时，海面上波浪滔天，水气混掺 的情况同样，这是高速的空气和静止的海水这两种流体的界面上，因剪切流动而引起的界面 失稳的波动现象。由于园管层流的流速按抛物线分布，过流断面上的流速梯度较大，并且因 壁面上的流速恒为零。相同管径下，假如平均流速越大则梯度越大，即层间的剪切流速越 大,于是就容易产生紊动。紊动机理实验所见的波动一破裂一旋涡一质点紊动等一系列现象, 便是流态从层流转变为紊流的过程显示。4 .分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面的差异如下表：运动学特性：动力学特性：层流：1.质点有律地作分层流动1.流层间无质量传输2 .流
11、层间无动量互换3 .单位质量的能量损失与流速的一次4 .流层间无动量互换5 .单位质量的能量损失与流速的一次2 .断面流速按抛物线分布.运动要素无脉动现象方成正比1 .流层间有质量传输2.流层间存在动量互换1 .流层间有质量传输2.流层间存在动量互换紊流：1.质点互相混掺作无规则运动.断面流速按指数规律分布2 .运动要素发生不规则的脉动现象3.单位质量的能量损失与流速的（1. 752）次方成正比实验六文丘里流量计实验实验分析与讨论L本实验中，影响文丘里管流量系数大小的因素有哪些？哪个因素最敏感?对d2= 0.7 cm 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
12、时,本实验在最大 流量下的U值将变为多少？ 由式Q =吟选战丽/，（%），T得可见本实验（水为流体）的U值大小与Q、&、d2s A h有关。其中d I、力影响最敏感。本 实验中若文氏管d = 1 . 4cm, d2= 0 . 7 1cm,通常在切削加工中一比d2测量方便,容易掌 握好精度，cL不易测量准确,从而不可避免的要引起实验误差。例如当最大流量时u值为0 . 9 7 6,若d2的误差为-0.0 1cm,那么口值将变为1. 006,显然不合理。2为什么计算流量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情况下，即按抱负液体推导的，而实际流体存在 粘性必引起阻力损失，从而减小过流能
13、力,QVQ,即u V 1.0 o3.试证气一水多管压差计（图6. 4 ）有下列关系：伉+-饱 +饱-4如图6. 4所述，她=饱-%,:生二包一名+囱一女3+1+%+%Y Y+ & + & t H y.(Z + 尸/ y) 一 (z + ,2 / /) = Z + ,2 / y - + 力2 + 卜41+/1 - z2 一,2 / y二 4-%)- + 品)+%+%=& 一% +用一/44.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表达式，然后结合实验成果,便可进一步搞清 流量计的量测特性。对于平置文丘里管，影响L的因素有：文氏管进口直径d”喉径d2、流体
14、的密度P、动力粘滞系数U及两个断面间的压强差AP。根据兀定理有从中选取三个基本量,分别为：心=楫70的卜平Km。网平3/刈共有6个物理量，有3个基本物理量,可得3个无量纲n数,分别为：穴N=bpld弋决潸，根据量纲和谐原理，入的量纲式为勾平分别有 L: 1 =ai+b-3cT: 0 =- b iM： 0二 Ci联解得：a1=l, bi= 0 , Ci = 0,则穴_小 巧一不同理将各冗值代入式得无量纲方程为=0或写成环。_ ”2 p (心4匕勿Vj = pf2 3,&1 = J2gAp/ 以3 与Ri a1/ax /进而可得流量表达式为Q= ?d；J2gM 其作，凡 1 4I% /（2） 式与
15、不计损失时理论推导得到的（3） 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&计算，变为 =既/7”区/心）4-1(4) 比较（2）、（4）两式可知，流量系数k与Re 一定有关，又由于式（4）中d 2/九的函数关系 并不一定代表了式（2 ）中函数人所应有的关系，故应通过实验搞清的与R。、也/%的相关性。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，只要搞清它与R。及d2 /九的关系就行了。由实验所得在紊流过渡区的关系曲线（d2/d1为常数），可知&随Re的增大而增大, 因恒有u2X 10;使为值接近于常数0.98 o流量系数灯的上述关系，也正反映了文丘里流量计的水力
16、特性。5.文氏管喉颈处容易产生真空，允许最大真空度为67mH2。工程中应用文氏管时，应检 查其最大真空度是否在允许范围内。据你的实验成果，分析本实验流量计喉颈最大真空值 为多少？本实验若d尸1. 4 cm, 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,立能量方程得儿二号+入y 2g左二/一篝_%-2 = 70-则y2g2gl= 31.5- 3.5 - 80.22 - - = -52.22 -儿匕；幻1-2 0. 1/ 52的为0,而由本实验实测为6 0.5cmH2Oo进一步分析可知，若水箱水位高于管轴线4m左右时，实验中文丘里喉颈处的真空度
17、可 达7mH2。（参考能量方程实验解答六一4）。七沿程水头损失实验一：为什么压差计的水柱差就是沿程水头损 失？实验管道安装成向下倾斜，是否影响实验 成果？现以倾斜等径管道上装设的水银多管压差计为例（图7. 3）说明（图中A A为水平线）：* 如图示0 0为基准面，以1 1和2 2为 计算断面，计算点在轴心处，设定为12 =M+国-仿+4匕=匕2% 二 ,由能量方程可得 丫） 丫）：”=红一 % + 13.6A% -+ 房 + 13.6岫- AH + H】Y Y= -H2 + 12.6A/22+12.6M1+H1 Y=（Z +HJ -（Z? + H?） + 12.6A& + 12.6A%=12.
18、+ 卷）表明水银压差计的压差值即为沿程水头损失， 平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区 域。同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低 于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。3 .若再备一根直尺,试采用此外最简便的方法测定Y oo最简朴的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，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,由式九牝二九为，从而求得丫.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？设被测
19、液体为水,测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，导致测量误差，毛细高 度由下式计算4bcos6h =分式中，为表面张力系数；为液体的容量;d为测压管的内径；h为毛细升高。常温（t=2 0） 的水，=7. 28dyn/mm, =0. 98d y n/mmo水与玻璃的浸润角很小，可认为cos 8 = 1.0。于是有 d （h、d单位为mm）一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。此外，当水质不 洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普通 玻璃管小。假如用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。由于测量高、低 压强时均有毛
20、细现象，但在计算压差时,互相抵消了。4 .过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面?哪部分液体是同一等压面?且和倾角无关。a二：据实测m值判别本实验 的流区。（1g/）曲线的斜率m=l.O1. 8,即为与尸心 成正比，表明流动为层流m=1. 0、紊流光滑区和 紊流过渡区（未达阻力平方区）。三：实际工程中钢管中 紊流或紊流过渡区，而 大多为紊流阻力平方钢管的当量粗糙度一般 下，经济流速3 0 0cm/s,若cm,其 & = 6x10$ 3x106,相工 由莫迪图知，流动均处的流动，大多为光滑 水电站泄洪洞的流动， 区，其原因何在？为 0 . 2mm，常温（20）
21、实用管径D二（20 - 1 0 0 ）Ai 的Z = 0. 0 0 02 0. 001,E过渡区。若需达到阻力平方区，那么相应的& I。，9x106, 流速应达到（59）m/s。这样高速的有压管流在 实际工程中非常少见。而泄洪洞的当量粗糙度可达（l9）mm,洞径一般 为（23） m,过流速往往在（5 10）m/s以上， 其兄大于10、故一般均处于阻力平方区。四： 管道的当量粗糙度如何测得？当量粗糙度的测量可 用实验的同样方法测定丸及段的值，然后用下式求解：M (1)考尔布鲁克才一2电2.51(1)迪图即是本式的图解。(2) SJ公式2 =1325ln(A/37d+5.74/&09)(3) B
22、a rr 公式( , 5.1286、正电(而+铲J(3)AA(3)式精度最高。在反求不时，(2)式开方应取 负号。也可直接由兄鸟关系在莫迪图上查得 “，进而得出当量粗糙度值五：本次实验 结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。通常试验点所绘得的元曲线处于光滑管 区，本报告所列的试验值，也是如此。但是，有 的实验结果 &T相应点落到了莫迪图中光滑管区的右下方。对此必须认真分析。A如果 由于误差所致，那么据下式分析2=/ gd$ % / 8/g2d和Q的影响最大，Q有2%误差时，兄就有 4%的误差，而d有2%误差时，可产生10%的误 差。Q的误差可经多次测量消除，而d值是以 实验常数提供的，由仪器制作
23、时测量给定， 一般依1%。如果排除这两方面的误差，实验结 果仍出现异常，那么只能从细管的水力特性 及其光洁度等方面作深入的分析研究。还可 以从减阻剂对水流减阻作用上作探讨，由于自动 水泵供水时，会渗入少量油脂类高分子物 质。总之，这是尚待进一步探讨的问题o(A)局部阻力实验1、结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大 小关系。由式 为“二2g及：=/(4/出)表白影响局部阻力损失的因素是-和4/4，由于有突扩:=(1 - 4/4)2突缩：=0.5(1-A/4)则有k= - A/&)=。.5Ce (1-A1/A2)2 AJA2当AJA2 0.5或djd2 0.707时，忽然扩大的
24、水头损失比相应忽然收缩的要大。在本实验最大流量 Q下，突扩损失较突缩损失约大一倍，即e/勺=6.54/3.60 = 1.817。djd2 接近于1时，突扩的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，因而阻力损 失显著减小。2 .结合流动演示仪的水力现象,分析局部阻力损失机理何在?产生突 扩与突缩局部阻力损失的重要部位在哪里？如何减小局部阻力损 失？流动演示仪I-VH型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合 流、阀道、绕流等三十余种内、外流的流动图谱。据此对局部阻力损 失的机理分析如下：从显示的图谱可见，凡流道边界突变处,形成大小不一的旋涡区。 旋涡是产生损失的重要根源。由于水质点的无规则运动和剧烈的紊动
25、, 互相摩擦,便消耗了部分水体的自储能量。此外，当这部分低能流体被 主流的高能流体带走时，还须克服剪切流的速度梯度,经质点间的动 能互换,达成流速的重新组合,这也损耗了部分能量。这样就导致了局 部阻力损失。从流动仪可见,突扩段的旋涡重要发生在突扩断面以后，并且与扩 大系数有关，扩大系数越大，旋涡区也越大，损失也越大，所以产生 突扩局部阻力损失的重要部位在突扩断面的后部。而突缩段的旋涡在 收缩断面前后均有。突缩前仅在死角区有小旋涡，且强度较小，而突 缩的后部产生了紊动度较大的旋涡环区。可见产生突缩水头损失的重 要部位是在突缩断面后。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
26、状时应流线型化或尽量接近流线型，以避免旋涡的形成,或使旋 涡区尽也许小。如欲减小本实验管道的局部阻力，就应减小管径比以 减少突扩段的旋涡区域；或把突缩进口的直角改为园角，以消除突缩 断面后的旋涡环带，可使突缩局部阻力系数减小到本来的1 / 21 / 10。忽然收缩实验管道，使用年份长后，实测阻力系数减小，重要因 素也在这里。3 .现备有一段长度及联接方式与调节阀（图5. 1）相同，内径与实验 管道相同的直管段，如何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办法。它只需在被测流段 （如阀门）前后的直管段长度大于（2040） d的断面处，各布置一 个测压点便可。先测出整个被
27、测流段上的总水头损失&-2,有= h + 力7 + + 人加 + . . . + / + hfx_2式中：的一分别为两测点间互不干扰的各个局部阻力段的阻力损 失；hjn-被测段的局部阻力损失；hn_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方法与被测段相同，内径与管道相同的直管段，再测出相同流量下的总水头损失四2,同样有h mi-2 = hji + hj2 h卜 hji_i + 止2所以hin =%一2-儿1.2去实验测得突缩管在不同管径比时的局部阻力系数R。如下:序号12345d2 /d10. 20.40. 60.81.0尸0.480.420.320. 180试用
28、最小二乘法建立局部阻力系数的经验公式（1）拟定经验公式类型现用差分判别法拟定。由实验数据求得等差（令工=4/4）相应的差分（令），= G，其一、二级差分如下表二级差分为常数,故此经验公式类型为i12345Ar0.20.20. 20. 2），-0.06-0. 1-0 . 04-0.18A (2)用最小二乘法拟定系数令b = 乂 一 % + b/i + b2xf y-0. 04-0.0 4-0. 04y = % + bix + b2x23是实验值与经验公式计算值的偏差。如用e表达偏差的平方和，即 =力;=2M -(% + 巧 + 优x；)2 ;=|1=1(2 )c丝地曲-助胡丽 /、 Ic丝地曲-
29、助胡丽 /、 I为使为最小值,则必须满足=0=0=0于是式(2)分别对、“、/求偏导可得E 凹 - 5% -b2xf = 0r=lr=lr=l5555 X 一%Z% 一4；一 =0f=lr=li=lj=1Z)X -b0x； 一Sx； -Yxi =0 .r=li=li=li=l(3)列表计算如下:iXj = d2/ 4必=72 X；10. 20.4 80. 040. 0 0820 . 40.420. 160. 06430.60. 320. 360.21640.80. 180. 640. 51 251.001. 001.00总和ZX =3 1=1=1.4/=1氏=2.2 r=ltx；=L8 1=1
30、i*10 . 0 0160. 0960. 019 220. 0 2 560. 1 680. 067230. 1300 . 1920. 1 1540.4100.1440. 11 551.0000总和5WX =1.5671=15=06/=l5Z谪=0 31641=1将上表中最后一行数据代入方程组(3),得到1.4-5%-34-2.2a =0 0.6 34 -2.2 -1.8d=00.3164 - 22bo - 1.8仇一 1.567优=0(4)解得=0.5, b =0, b2 = -0.5 ,代入式(1)有)，=0.5(1-昌于是得到忽然收缩局部阻力系数的经验公式为 = 0.5l-(J2/)2或
31、0. 1时，孔口出流的侧收缩率较 d园，提高U的效果就十分显著。孔口及直角管嘴 的 流量系数的实验值 有时 比经验值偏大，其 主 要原因亦与制 作 工艺 上或 使用上不小心 将孔口、管嘴的进口棱角，磨损了有关二 观察d/H 0. 1时，孔口出流的侧收缩率较 d/H 0. 1时，观测知收缩断面直径增大, 并接进于孔径d,这叫作不完全收缩，实验测 知，u增大，可达0. 7左右。三.试分析完善收缩的锐缘薄壁孔口出 流的流量系数均有下列关系：UQ - L凡解)A其中唯为韦伯数。根据这一关系，并结合其他 因素分析本实验的流量系数偏离理论值(叱=0.6 11)的原因。薄壁孔口在完善 收缩 条件1 面距离L
32、 3d）,影响孔口 H 有：作用水头H,孔径 d ,流 速度g,粘滞系数u及表面张）FZ&H,p,g,内 6 = 0 （i）a 现利 量Q与各物理量间的相互关 流量系数相关的水力要素。 因v、H、o是三7/ = Z1ZM,v = zbr-10,日=口。叫个量纲独立（孔口距相邻壁流流速v的因素:的密度。，重力加系数%即用於定律分析流 系，然后推求与j物理量，只有：根据忆定理得Ad(3)a(2)又一.(4)根据量纲和谐原理，（2）式的量纲应为因而可略去不计。其实，对单根测压管的容器若有D/九或对两根测压管的容器D/&时，便可使0.01。L测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？测压管水头
33、线（P-P）沿程可升可降，线坡Jp可正可负。而总水头线（E-E）沿程只 降不升,线坡J恒为正，即J0o这是由于水在流动过程中，依据一定边界条件,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 0o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,Jp0,故E2恒小于氏（E-E）线 不也许回升。（E-E）线下降的坡度越大,即J越大，表白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，表白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?为什么？有如下二个变化： （1）流量增长，测压管水头线（P P）总降落趋势更显著
34、。这是由于测压管水头Hp=Z+- = E- - =7 2g 2gA f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,Z +2Q增大，2g就增大，则 了必减小。并且随流量的增长阻力损失亦增大，管道任一过水断面Z +巴上的总水头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。由于对于两个不同直径的相应过水断面有心g马=3+理=-+辿 Y 2g 2g2g2g式中为两个断面之间的损失系数。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，（PP）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？Z +2测
35、点2、3位于均匀流断面（图2. 2 ）,测点高差0. 7cm,小二7均为37. 1cm（偶有毛细 影响相差0. 1mm）,表白均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、1 1在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7 . 3cm,表白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（如抬高或减 少水箱的水位）对喉管压强的影响情况。下
36、述几点措施有助于避免喉管（测点7）处真空的形成：（1 ）减小流量，（2 ）增大喉管管径，（3）减少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）都有助于阻止喉管真空的出现，特别（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避免真空。例如可在水箱出口接一下 垂9 0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/丫 得以增大（Z）,从而也许避免点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：Z +2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
37、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=l）有4 +比小食+祗+儿一因A-可表达成此处cl. 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。又由连续性方程有吆=（）4邑2g & 2g故式（1 ）可变为式中2g可由断面1、3能量方程求得，即Zi + M = Z3 +y- + Ci3 Y 2g 2g由此得f2g=（ZZ3 + M）/（l + 13）代入式（2）有（Z2+P2/ Y）随h递增还是递减，可由（Z2+P2/Y）加以判别。因出22 +-2 / y） _ 1 _ 03 /d2）4 + 14一再一=一一若 l-（d 3 / d2） 4+c
38、l. 2/（l+cL3）0,则断面 2 上的（Z+p/ 丫）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/d 2=1. 37/1, Z尸50, Z3= 1 0,而当h = 0时，实验的（Z2+P2/ Y）=6,宕/2g=3319, 2g = 9.42,将各值代入式（2）、（3）,可得该管道阻力系数分别为 cl.2=1.5, c 1. 3=5. 3 7o 再将其代入式（5）得空皿3二1 一身上生0 况的）1 + 5.37表白本实验管道喉管的测压管水头随水箱水位同步升高。但因（Z2+P2/丫）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都有差异，试分析其因素。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