水力学实-验预习复习资料1

'-_伯努利方程实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式(i=2,3,……,n)取a1=a2=…an=1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v及，从而即可得到各断面测管水头和总水头。思考题1流量增大，测压管水头线有何变化？为什么？有如下二个变化：（1）流量增加，测压管水头线（P-P）总降落趋势更显著。这是因为测压管水头，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。而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头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。因为对于两个不同直径的相应过水断面有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，（P-P）线的起落变化就更为显著。2毕托管所测试的总水头线与实测（体积法测流）的总水头线，一般略有差异，试分析其原因。 -_与毕托管相连通的测压管有1、6、8、12、14、16，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，其中包含点流速水头。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绘制的。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。由于本实验毕托管的探头通常布设在管轴附近，其点流速水头大于断面平均流速水头，所以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，本实验由1、6、8、12、14、16管所显示的总水头线一般仅供定性分析与讨论，只有按实验原理与方法测绘总水头线才更准确。3测压管水头线和总水头线的沿程变化有何不同？为什么？测压管水头线（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J>0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。测点5至测点7，管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，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恒小于E1，（E-E）线不可能回升。(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。4在有些情况下，喉管处可能会形成真空，为避免这种情况，可采取哪些技术？对实际供水工程设计有什么启示？下述几点措施有利于避免喉管（测点7）处真空的形成：（1）减小流量，（2）增大喉管管径，（3）降低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）都有利于阻止喉管真空的出现，尤其（3）更具有工程实用意义。因为若管系落差不变，单单降低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/γ得以增大（Z），从而可能避免点7处的真空。动量方程实验实验原理恒定总流动量方程为取脱离体，因滑动摩擦阻力水平分离，可忽略不计，故x方向的动量方程化为即式中：hc——作用在活塞形心处的水深；D——活塞的直径；Q——射流流量；V1x——射流的速度； -_β1——动量修正系数。实验中，在平衡状态下，只要测得Q流量和活塞形心水深hc，由给定的管嘴直径d和活塞直径D，代入上式，便可验证动量方程，并率定射流的动量修正系数β1值。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的园心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞园心处的水深。分析理论计算RX与测定R‘X产生偏差的原因。理论计算值没有水力损失，是以理想液体为标准。而测定值由于水力损失的存在，速度以及流量发生了变化而出现误差，使理论值与测量值发生偏差。雷诺数⒈态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？实验所测得的临界雷诺数适应于任何管径，不同粘性，不同牛顿液体的流态。而临界流速与管径，液体的粘性有关而不被采用。2.分析实测实验装置的临界雷诺数与公认值（2320）产生偏离的原因。雷诺实验并非与干扰绝对无关，实验前水箱中的水体经长时间的稳定情况下，反复测量才得出，但实验时由于操作的快慢，水箱产生紊动，外界的干扰而出现误差使实验很难得出准确数值而出现偏差。文丘里实验实验原理根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用时的文氏管过水能力关系式式中：Δh为两断面测压管水头差。由于阻力的存在，实际通过的流量Q恒小于Q’。今引入一无量纲系数µ=Q/Q’（μ称为流量系数），对计算所得的流量值进行修正。即另，由水静力学基本方程可得气—水多管压差计的Δh为1文丘里流量计有何安装要求和适用条件？ -_流量计要与管道同心垫片要与管道同心，不能凸出于管道中两根导压管的最高端的高度要一致要有取压的根部阀（截止阀）防冻气体的导压管应向上引出，液体的应向下引出。2为什么计算流量与实际流量不相等？因为计算流量Q’是在不考虑水头损失情况下，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，Q0<－52.22cmH2O即实验中最大流量时，文丘里管喉颈处真空度，而由本实验实测为60.5cmH2O。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可达7mH2O沿程水头损失1为什么本实验中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，是否影响实验结果？ -_在管道中的，水头损失直接反应于水头压力。测力水头两端压差就等于水头损失。如果管道倾斜安装，不影响实验结果。但压差计应垂直，如果在特殊情况下无法垂直，可乘以倾斜角度转化值。2.如何从曲线得到的值，判定流区（m=1,m=2,1.752）？～）曲线的斜率m=1.0～1.8，即与成正比，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）。3实际工程中钢管中的流动大多为光滑管流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动大多为紊流阻力平方区，其原因何在？钢管的当量粗糙度一般为0.2mm，常温（）下，经济流速300cm/s，若实用管径D=（20～100）cm，其，相应的=0.0002～0.001，由莫迪图知，流动均处在过渡区。若需达到阻力平方区，那么相应的，流速应达到（5～9）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（1～9）mm，洞径一般为（2～3）m，过流速往往在（５～１０）m/s以上，其大于，故一般均处于阻力平方区。4本次实验结果是否与莫迪图吻合？如果不吻合，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。局部水头损失1.分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系；由式及表明影响局部阻力损失的因素是和，由于有突扩：突缩： -_则有当或时，突然扩大的水头损失比相应突然收缩的要大。在本实验最大流量Q下，突扩损失较突缩损失约大一倍，即。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结合流动演示的水力现象，分析局部阻力损失机理和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。旋涡是产生损失的主要根源。由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互摩擦，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，突扩段的旋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，旋涡区也越大，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主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，或使旋涡区尽可能小。如欲减小本实验管道的局部阻力，就应减小管径比以降低突扩段的旋涡区域；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原来的1/2~1/10。突然收缩实验管道，使用年份长后，实测阻力系数减小，主要原因也在这里。2如果水头加大或者流速变小，欲求结果有变化吗？局部阻力损失与速度与管径有关，当水头加大时，结果不会变化，而流速变小时，结果页相应减小。离心泵特性曲线1为什么流量越大入口真空表读数越大？出口压力越大？离心泵功率一定，入口和进口的压差一定，所以入口处真空表读数越大,而出口处压力表读数越小2离心泵的操作，为什么要先（1）先充液（2）封闭启动（3）选在高效区操作？先充液，再封闭启动，是为了排除泵腔及其吸入管路的空气，当泵启动时，水被抽走，这时形成真空，大气压力将水不断压入泵内，达到抽水的目的。选在高效区运行，是为了使泵效率高，节省电能，同时不会产生汽蚀等其他问题！3如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因？ -_泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏，即使电机的三相电接反了，泵也会启动的4为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有何优缺点？是否还有其他方法调节流量？用出口阀门调解流量而不用泵前阀门调解流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置5泵启动后出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？不会，因为当泵完好时，真空表和压力表读数会恒定不变，水泵不排水空转不受外网特性曲线影响。6正常工作的离心泵，在气进口管路上安装阀门是否合理？为什么？不合理，安装阀门会增大摩擦阻力，影响流量的准确性'