土木工程流体力学实验报告答案[教材]

土木工程流体力学实验报告答案[教材] 实验一管路沿程阻力系数测定实验

1( 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失,如实验管道安装成倾斜，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说明(图中A—A为水平线): 如图示O—O为基准面，以1—1和2—2为计算断面，计算点在轴心处，设，v,v12h,0，由能量方程可得 ,j

,,,,pp12,,,, ,，,，hZZf,1212,,,,,,,,,,

pp12 ,,H，13.6,h,,h，,H，13.6,h,,h,,H，H？222111,,

p2 ,,H，12.6,h，12.6,h，H2211,

，，，，h,Z，H,Z，H，12.6,h，12.6,h ？f1,2112221

,12.6(,h，,h) 12

这表明水银压差计的压差值即为沿程水头损失，且和倾角无关。

2(据实测m值判别本实验的流动型态和流区。

1.0,1.8vlghhlgv,曲线的斜率m=1.0,1.8，即与成正比，表明流动为层流ff

(m=1.0)、紊流光滑区和紊流过渡区(未达阻力平方区)。

3(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。

如果由于误差所致，那么据下式分析

d和Q的影响最大，Q有2%误差时，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，由仪器制作时测量给定，一般< 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，因为自动水泵供水时，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。

实验二管路局部阻力系数测定实验

三、实验分析与讨论

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:

1)不同R的突扩ξ是否相同, ee

2)在管径比变化相同的条件下，其突扩ξ是否一定大于突缩ξ,es

由式

2v h,,j2g及

，，,,fdd12表明影响局部阻力损失的因素是和。由于有 vdd122,,A1,,,,1, 突扩:e,,A,,2

,,A1,,,0.51突缩:,, s,,A2,,则有

,0.51,AA0.5，，s12K,,, 2,1,AA，，1,AAe1212当 AA，0.512

或

dd，0.70712

时，突然扩大的水头损失比相应的突然收缩的要大。在本实验最大流量Q下，突然扩

hh,6.54/3.60,1.817大损失较突然缩小损失约大一倍，即。jejs

dd接近于1时，突然扩大的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，因而阻力损12

失显著减小。

2(结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在,产生突扩与突缩局

部阻力损失的主要部位在哪里,怎样减小局部阻力损失,

流动演示仪1-7型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十多种内、外流的流动图谱。据此对于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，形成大小不一的漩涡区。漩涡是产生损失的主要根源。由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互磨擦，便消耗了部分水体的自储能量。另外，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，经质点间的动能交换，达到流速的重新组合，这也损耗了部分能量。这样就造成了局部阻力损失。

从流动仪可见，突扩段的漩涡主要发生在突扩断面以后，而且与扩大系数有关，扩大系数越大，漩涡区也越大，损失也越大，所以产生突扩局部阻力损失的主要部位在突扩断面的后部。而突缩段的漩涡在收缩断面均有。突缩前仅在死角区有小漩涡，且强度较小，而突缩的后部产生了紊动度较大的漩涡环区。可见产生突缩水头损失的主要部位是在突缩断面后。

从以上分析可知，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昼接近流线形，以避免漩涡的形成，或使漩涡区尽可能小。如欲减小管道的局部阻力，就应减小管径比以降低突扩段的漩涡区域;或把突缩进口的直角改为圆

11角，以消除突缩断面后的漩涡环带，可使突缩局部阻力系数减小到原来的,。210突然收缩实验管道使用年份长以后，实测阻力系数减小，主要原因也在这里。

实验三流体静力学实验

三、实验分析与讨论

1(同一静止液体内的测压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压管液面至基准面的垂直高z，p, 度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。

2(当p<0时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。 B

，相应容器的真空区域包括以下三个部分: p，0B

(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、气所占区域，均为真空区域。

(2)同理，过箱顶小不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域。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(若再箅一根直尺，试采用另外最简便的方法测定。 ,0

最简单的方法，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

hh,h,,h油水界面至油面的垂直高度和，由式，从而求得,。0ww000

4(如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响,

设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算

,,4cosh, d,

dh,,式中，为表面张力系数;为液体容量;为测压管的内径;为毛细升高。常温3,的水，，。水与玻璃的浸润角很小，可以认为,,0.073Nm,,0.0098Nm

cos,,1.0。于是有

hd (、均以计)h,29.7dmm

一般来说，当玻璃测压管的内径大于10时，毛细影响可略而不计。另外，当mm

水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小;当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润,

,h较大，其较普通玻璃管小。角

如果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。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。

5(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,哪一部液体是同一等压面,

不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面:(1)重力液体;(2)静止;(3)