第一篇：海南大學(xué)工程流體力學(xué)觀摩實(shí)驗(yàn)報(bào)告(FLUENT軟件)（模版）

學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：11機(jī)電1班

姓名：XXX學(xué)號(hào)：2011050131XXXX

實(shí)驗(yàn)工程流體力學(xué)觀摩(FLUENT軟件)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解流體重要的物理性質(zhì)及體現(xiàn)形式；

2、更深入的了解流體靜力學(xué)基本原理、測(cè)壓原理及浮力定律等靜力學(xué)基本知識(shí)；

3、掌握流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基本原理，從實(shí)踐上理解伯努利方程及其應(yīng)用，了解粘性流體流態(tài)的判別方法。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、觀摩“流體基本物理性質(zhì)”錄像：粘性、壓縮性、膨脹性及表面張力。

2、觀摩“流體靜力學(xué)原理”錄像：測(cè)壓原理、壓力傳遞原理和浮力定律、相對(duì)靜止流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

3、觀摩“流體靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)”錄像：流線與跡線、伯努利方程、雷諾實(shí)驗(yàn)、流體流態(tài)實(shí)驗(yàn)、泄流、流譜顯示、射流反推力。

4、通過老師講解，了解計(jì)算流體流體力學(xué)的發(fā)展歷史，了解FLUENT和GAMBIT軟件的基本操作，并自行上機(jī)練習(xí)。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

1、流體表面張力是指使流體表面張緊的力。兩個(gè)圓形鐵環(huán)中間各連著一根線，表面涂上肥皂泡，用玻璃棒捅破一半肥皂泡，細(xì)線向另一側(cè)彎曲;毛細(xì)管插入杯中的紅色液體中時(shí)，管內(nèi)液面明顯上升；毛細(xì)管插入水銀液體中時(shí)，管內(nèi)液面會(huì)呈下降狀態(tài)。這些現(xiàn)象都是表面張力的做用的結(jié)果。

2、流體膨脹性是指在壓力不變的條件下，流體溫度升高而體積增大的性質(zhì)。右手握住溫度計(jì)的液泡，溫度計(jì)的液柱就會(huì)上升；燒瓶口用一插有細(xì)管的活塞堵住，細(xì)管內(nèi)有有色液體，用手握住燒瓶底加熱，管內(nèi)有色液體會(huì)向右移動(dòng)。這些實(shí)驗(yàn)說明液體和流體具有膨脹性。

3、流體壓縮性是指在溫度不變的條件下，流體在壓力作用下體積縮小的性質(zhì)。出口端封死的注射器，用手壓活塞，注射器管內(nèi)的空氣體積縮??；在注射器內(nèi)充滿紅色的水，用力推活塞，即使用力很大也很難壓縮；這說明氣體容易被壓縮，液體不容易被壓縮。二者的 壓縮性不同是由于分子結(jié)構(gòu)的顯著差異造成的。

4、用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)液體粘度。測(cè)量低粘度的液體的讀數(shù)為30Pa·s，測(cè)量較高粘度的液體的讀數(shù)為60Pa·s.5、兩臺(tái)相同的裝置中裝有20和40攝氏度的相同體積的液體，同時(shí)打開活塞后，溫度較高的液體先流完；這說明溫度越高的液體越易流動(dòng)，即液體的粘度隨溫度的升高而下降。對(duì)于氣體粘度隨溫度升高而升高，這主要是氣體和液體的分子結(jié)構(gòu)顯著差異造成的。

第二篇：海南大學(xué)plc實(shí)驗(yàn)報(bào)告

電氣控制及可編程序控制器技術(shù)

實(shí)驗(yàn)一

電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1． 學(xué)習(xí)和掌握PLC的實(shí)際操作和使用方法 ；

2． 學(xué)習(xí)和掌握PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的硬件電路設(shè)計(jì)方法；

3． 學(xué)習(xí)和掌握PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的程序設(shè)計(jì)方法；

4． 學(xué)習(xí)和掌握PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)接線與軟硬件調(diào)試方法。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

主機(jī)模塊，電源模板，電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制實(shí)驗(yàn)板，開關(guān)、按鈕板，連接導(dǎo)線一套。

三、實(shí)驗(yàn)原理

三相異步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組接入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流和電磁力，在感應(yīng)電流和電磁力的共同作用下，轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是通過改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向來實(shí)現(xiàn)的，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向只需改變?nèi)喽ㄗ永@組任意兩相的電源相序就可實(shí)現(xiàn)。

四、控制要求

1、初始狀態(tài)

接觸器KM1、KM2都處于斷開狀態(tài)，電機(jī)M1處于停止?fàn)顟B(tài)。

2、啟動(dòng)操作(1)正轉(zhuǎn)控制

按下電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕SB2,KM1閉合，電機(jī)M1正轉(zhuǎn)；按下按鈕SB1,電機(jī)停止運(yùn)行。(2)反轉(zhuǎn)控制

按下電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕SB4,KM2閉合，電機(jī)M1反轉(zhuǎn)；按下按鈕SB1,電機(jī)停止運(yùn)行。(3)正反轉(zhuǎn)切換控制

當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，按下按鈕SB4,KM1斷電，KM2閉合,電機(jī)M1反轉(zhuǎn)。

當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，按下按鈕SB2,KM2斷電，KM1閉合,電機(jī)M1正轉(zhuǎn)。

3、停止操作

按下停止按鈕SB1，電機(jī)M1無論在何種狀態(tài)電機(jī)都將停止運(yùn)行。

4、過載保護(hù) 當(dāng)電機(jī)過載時(shí)（按下按鈕FR1），電機(jī)停止運(yùn)行。

五、輸入輸出分配

1、輸入

SB1——X001（停止按鈕）SB2——X002（電機(jī)M1正轉(zhuǎn)按鈕）SB4——X004（電機(jī)M1反轉(zhuǎn)按鈕）FR1——X005（熱繼電器保護(hù)）

2、輸出

KM1——Y001（電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器）KM2——Y002（電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器）

X001Y001KM1 SB1X002Y002KM2 SB2SB3X004 X005 FRCOMCOM AC

六、實(shí)驗(yàn)程序 1.梯形圖程序

2.指令表程序

實(shí)驗(yàn)二

電機(jī)星形起動(dòng)三角運(yùn)行

（TVT90HC-1）

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．學(xué)習(xí)和掌握PLC的實(shí)際操作和使用方法 ；

2.學(xué)習(xí)和掌握PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)星形起動(dòng)三角運(yùn)行的硬件電路設(shè)計(jì)方法；

3．學(xué)習(xí)和掌握PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)星形起動(dòng)三角運(yùn)行的程序設(shè)計(jì)方法；

4．學(xué)習(xí)和掌握PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)接線與軟硬件調(diào)試方法。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

主機(jī)模塊，電源模板，電機(jī)星形起動(dòng)三角運(yùn)行實(shí)驗(yàn)板，開關(guān)、按鈕板，連接導(dǎo)線一套。

三、實(shí)驗(yàn)原理

對(duì)于正常運(yùn)行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)來說，如果在啟動(dòng)時(shí)將定子繞組接成星形，待起動(dòng)完畢后再接成三角形，就可以降低啟動(dòng)電流，減輕它對(duì)電網(wǎng)的沖擊，這樣的起動(dòng)方式稱為星三角減壓啟動(dòng)，或簡稱為星三角啟動(dòng)（Y-Δ啟動(dòng)）。星三角起動(dòng)法適用于正常運(yùn)行時(shí)繞組為三角形聯(lián)接的的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的三相繞組的六個(gè)出線端都要引出，并接到轉(zhuǎn)換開關(guān)上。起動(dòng)時(shí)，將正常運(yùn)行時(shí)三角形接法的定子繞組改接為星形聯(lián)接，起動(dòng)結(jié)束后再換為三角形連接。

四、控制要求

1、初始狀態(tài)

接觸器KM3、KMY、KMΔ都處于斷電狀態(tài)，電機(jī)M2處于停止?fàn)顟B(tài)。

2、啟動(dòng)操作

按下啟動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM3、KMY閉合,電機(jī)M2接成星型連接，實(shí)現(xiàn)降壓啟動(dòng)，3秒鐘后KMY斷開、KMΔ閉合，電機(jī)接成三角型連接，投入正常運(yùn)行。

3、運(yùn)行過程中發(fā)生過載（按下按鈕FR2）或按下停止按鈕SB1時(shí)，無論電機(jī)處于何種狀態(tài)都將停止運(yùn)行，其它設(shè)備恢復(fù)初始狀態(tài)。

五、輸入輸出分配

1、輸入 SB1——X001（停止按鈕）SB2——X002（啟動(dòng)按鈕）FR2——X003（熱繼電器保護(hù)）

2、輸出

KM3——Y001（電機(jī)星型連接接觸器）KMY——Y002（電機(jī)角型連接接觸器）KMΔ——Y003

SB1X001Y001KM3 SB2X002Y002KMY X003Y003KMFR COMCOM

AC

六、實(shí)驗(yàn)程序 1.梯形圖程序

2.指令表程序

實(shí)驗(yàn)三

天塔之光（發(fā)射型閃爍）

（TVT90HC-2）

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.用PLC構(gòu)成燈光閃爍控制系統(tǒng)；

2.熟悉掌握日本三菱公司PLC的硬、軟件功能和性能后，練習(xí)PLC的實(shí)用接線； 3．學(xué)習(xí)和掌握三菱PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)接線與軟硬件調(diào)試方法。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

主機(jī)模塊，電源模板，天塔之光實(shí)驗(yàn)板，開關(guān)、按鈕板，連接導(dǎo)線一套。

三、實(shí)驗(yàn)原理

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是應(yīng)用三菱PLC天塔之光設(shè)計(jì)的硬件電路，并利用梯形圖控制程序設(shè)計(jì)。通過控制定時(shí)繼電器的功能來實(shí)現(xiàn)各彩燈按一定的規(guī)律點(diǎn)亮和熄滅。接通延遲定時(shí)器SD的特點(diǎn)（如果RLO有正跳沿，則接通延遲定時(shí)器啟動(dòng)指令，以設(shè)定的時(shí)間值啟動(dòng)指令的定時(shí)器）。這種控制電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，應(yīng)用性強(qiáng)；軟件程序適應(yīng)范圍廣，對(duì)各彩燈按一定的規(guī)律點(diǎn)亮和熄滅的控制，只需要改變相應(yīng)的定時(shí)器的時(shí)間接通即可。

四、控制要求

1、初始狀態(tài)

燈塔上的各個(gè)燈均為熄滅狀態(tài)。

2、啟動(dòng)操作

按下啟動(dòng)按鈕SB1，L1亮，1s后滅；接著L2，L3，L4，L5亮，1s后滅；隨之L6，L7，L8，L9亮，1s后滅；如此循環(huán)。

3、停止操作

按下停止按鈕SB2，燈塔上的各個(gè)燈全部熄滅。

五、輸入輸出分配

1、輸入

啟動(dòng)按鈕--X000 停止按鈕--X001

2、輸出 L1--Y001 L2--Y002 L3--Y003 L4--Y004 L5--Y005 L6--Y006 L7--Y007 L8--Y010 L9--Y011

3、燈的布局

單個(gè)小綠燈為L1；黃燈從左至右為L2、L3、L4、L5；紅燈從左至右為L6、L7、L8、L9。

六、實(shí)驗(yàn)程序 1.梯形圖程序

COMSB1SB2FRX001X002X003Y001Y002Y003Y004Y005Y006Y007Y010Y011COM L1L2L3L4L5L6L7L8L9 2.指令表程序

實(shí)驗(yàn)四

交通燈自控與手控

（TVT90HC-3）

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.用PLC構(gòu)成交通燈自控與手控控制系統(tǒng)；

2.熟悉掌握日本三菱公司PLC的硬、軟件功能和性能后，練習(xí)PLC的實(shí)用接線； 3．學(xué)習(xí)和掌握三菱PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)接線與軟硬件調(diào)試方法。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

主機(jī)模塊，電源模板，交通燈自控與手控實(shí)驗(yàn)板，開關(guān)、按鈕板，連接導(dǎo)線一套。

三、控制要求

1、初始狀態(tài)

東西、南北兩路交通燈及人行道交通燈都處于關(guān)閉狀態(tài),路面交通燈數(shù)碼顯示區(qū)顯示00。

2、操作順序

當(dāng)按下“開始”按鈕，交通燈開始工作。首先東西向綠燈亮4秒后閃2秒，然后東西向黃燈亮3秒，接著東西向紅燈亮9秒，同時(shí)在數(shù)碼顯示區(qū)用倒計(jì)時(shí)方式顯示東西向指示燈的剩余時(shí)間。與東西向交通燈對(duì)應(yīng)的是南北向紅燈亮9秒后，然后南北向綠燈亮4秒閃2秒，接著南北向黃燈亮3秒，在此過程中南北路交通燈無對(duì)應(yīng)的數(shù)碼顯示。在此運(yùn)行過程中人行道指示燈L1紅燈亮表示禁止行人通過。

當(dāng)按下人行道通行按鈕“S1”，此時(shí)東西向、南北向交通燈均顯示出紅燈亮，表示十字路口的車輛都禁止通過。與此同時(shí)人行道紅燈L1滅，綠燈L2亮表示行人可以通過此路口，時(shí)間為10秒鐘，同時(shí)數(shù)碼顯示當(dāng)前人行道的剩余時(shí)間，當(dāng)時(shí)間為零后立即返回到原來的路口狀況，交通燈接著正常運(yùn)行。

3、停止操作

當(dāng)按下“停止”按鈕交通燈都停止運(yùn)行。數(shù)碼顯示牌顯示00。

四、輸入輸出分配

1、輸入

啟動(dòng)——X000； 停止——X001； S1——X002（人行道通行鈕）

2、輸出

東西綠——Y010； 東西黃——Y011； 東西紅——Y012； 南北綠——Y013； 南北黃——Y014； 南北紅——Y015 L1——Y016（人行道紅燈）； L2——Y017（人行道綠燈）SEG接法

A0——Y000； B0——Y001； C0——Y002； D0——Y003； A1——Y004； B1——Y005； C1——Y006； D1——Y007 啟動(dòng)SB1SB2停止S1人行通道X000X001X002Y000Y001Y002Y003Y004Y005Y006Y007Y010Y011Y012Y013Y014Y015Y016Y017COMCOM A0B0C0D0A1B1C1D1東西綠東西黃東西紅南北綠南北黃南北紅紅燈綠燈

五、實(shí)驗(yàn)程序 1.部分梯形圖程序

第三篇：哈爾濱工程大學(xué)流體力學(xué)水力學(xué)報(bào)告及答案

哈爾濱工程大學(xué)

工程流體力學(xué)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)一 流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理

在重力作用下不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程

或

(1.1)

式中： z被測(cè)點(diǎn)在基準(zhǔn)面的相對(duì)位置高度；

p被測(cè)點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)，用相對(duì)壓強(qiáng)表示，以下同；

p0水箱中液面的表面壓強(qiáng)；

γ液體容重；

h被測(cè)點(diǎn)的液體深度。

另對(duì)裝有水油（圖1.2及圖1.3）U型測(cè)管，應(yīng)用等壓面可得油的比重S0有下列關(guān)系：

(1.2)據(jù)此可用儀器（不用另外尺）直接測(cè)得S0。實(shí)驗(yàn)分析與討論

1.同一靜止液體內(nèi)的測(cè)管水頭線是根什么線？

測(cè)壓管水頭指，即靜水力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀顯示的測(cè)管液面至基準(zhǔn)面的垂直高度。測(cè)壓管水頭線指測(cè)壓管液面的連線。實(shí)驗(yàn)直接觀察可知，同一靜止液面的測(cè)壓管水頭線是一根水平線。2.當(dāng)PB<0時(shí)，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，確定水箱內(nèi)的真空區(qū)域。，相應(yīng)容器的真空區(qū)域包括以下三部分：

(1)過測(cè)壓管2液面作一水平面，由等壓面原理知，相對(duì)測(cè)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、氣所占的空間區(qū)域，均為真空區(qū)域。

(2)同理，過箱頂小水杯的液面作一水平面，測(cè)壓管4中，該平面以上的水體亦為真空區(qū)域。(3)在測(cè)壓管5中，自水面向下深度某一段水柱亦為真空區(qū)。這段高度與測(cè)壓管2液面低于水箱液面的高度相等，亦與測(cè)壓管4液面高于小水杯液面高度相等。3.若再備一根直尺，試采用另外最簡便的方法測(cè)定γ0。

最簡單的方法，是用直尺分別測(cè)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，從而求得γ0。

4.如測(cè)壓管太細(xì)，對(duì)測(cè)壓管液面的讀數(shù)將有何影響？

設(shè)被測(cè)液體為水，測(cè)壓管太細(xì)，測(cè)壓管液面因毛細(xì)現(xiàn)象而升高，造成測(cè)量誤差，毛細(xì)高度由下式計(jì)算

式中，為表面張力系數(shù)；為液體的容量；d為測(cè)壓管的內(nèi)徑；h為毛細(xì)升高。常溫(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水與玻璃的浸潤角很小，可認(rèn)為cosθ=1.0。于是有

(h、d單 位 為mm)

哈爾濱工程大學(xué)

一般來說，當(dāng)玻璃測(cè)壓管的內(nèi)徑大于10mm時(shí)，毛細(xì)影響可略而不計(jì)。另外，當(dāng)水質(zhì)不潔時(shí)，減小，毛細(xì)高度亦較凈水??；當(dāng)采用有機(jī)玻璃作測(cè)壓管時(shí)，浸潤角較大，其h較普通玻璃管小。

如果用同一根測(cè)壓管測(cè)量液體相對(duì)壓差值，則毛細(xì)現(xiàn)象無任何影響。因?yàn)闇y(cè)量高、低壓強(qiáng)時(shí)均有毛細(xì)現(xiàn)象，但在計(jì)算壓差時(shí)，互相抵消了。

5.過C點(diǎn)作一水平面，相對(duì)管1、2、5及水箱中液體而言，這個(gè)水平面是不是等壓面？哪一部分液體是同一等壓面？

不全是等壓面，它僅相對(duì)管1、2及水箱中的液體而言，這個(gè)水平面才是等壓面。因?yàn)橹挥腥烤邆湎铝?個(gè)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），因此，相對(duì)管5和水箱中的液體而言，該水平面不是等壓面。

6.用圖1.1裝置能演示變液位下的恒定流實(shí)驗(yàn)嗎？

關(guān)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(shí)閥門的出流就是變液位下的恒定流。因?yàn)橛捎^察可知，測(cè)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(dòng)。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)上稱之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(cè)壓管液面將升高H，實(shí)驗(yàn)時(shí)，若以P0=0時(shí)的水箱液面作為測(cè)量基準(zhǔn)，試分析加氣增壓后，實(shí)際壓強(qiáng)（H+δ）與視在壓強(qiáng)H的相對(duì)誤差值。本儀器測(cè)壓管內(nèi)徑為0.8cm，箱體內(nèi)徑為20cm。

加壓后，水箱液面比基準(zhǔn)面下降了，而同時(shí)測(cè)壓管1、2的液面各比基準(zhǔn)面升高了H，由水量平衡原理有

則

本實(shí)驗(yàn)儀

d=0.8cm, D=20cm, 故

H=0.0032 于是相對(duì)誤差有

因而可略去不計(jì)。

其實(shí)，對(duì)單根測(cè)壓管的容器若有D/d10或?qū)筛鶞y(cè)壓管的容器D/d7時(shí)，便可使0.01。

實(shí)驗(yàn)二 不可壓縮流體恒定流能量方程（伯諾利方程）實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理

在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n個(gè)過斷面。可以列出進(jìn)口斷面(1)至另一斷面(i)的能量方程式(i=2,3,??,n)

取a1=a2=?an=1，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測(cè)壓管中讀出值，測(cè)出通過管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速v及，從而即可得到各斷面測(cè)管水頭和總水頭。

哈爾濱工程大學(xué)

成果分析及討論

1.測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有何不同？為什么？

測(cè)壓管水頭線（P-P）沿程可升可降，線坡JP可正可負(fù)。而總水頭線（E-E）沿程只降不升，線坡J恒為正，即J>0。這是因?yàn)樗诹鲃?dòng)過程中，依據(jù)一定邊界條件，動(dòng)能和勢(shì)能可相互轉(zhuǎn)換。測(cè)點(diǎn)5至測(cè)點(diǎn)7，管收縮，部分勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，測(cè)壓管水頭線降低，Jp>0。測(cè)點(diǎn)7至測(cè)點(diǎn)9，管漸擴(kuò)，部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成勢(shì)能，測(cè)壓管水頭線升高，JP<0。而據(jù)能量方程E1=E2+hw1-2, hw1-2為損失能量，是不可逆的，即恒有hw1-2>0，故E2恒小于E1，（E-E）線不可能回升。(E-E)線下降的坡度越大，即J越大，表明單位流程上的水頭損失越大，如圖2.3的漸擴(kuò)段和閥門等處，表明有較大的局部水頭損失存在。2.流量增加，測(cè)壓管水頭線有何變化？為什么？ 有 如 下 二 個(gè) 變 化 ：

（1）流量增加，測(cè)壓管水頭線（P-P）總降落趨勢(shì)更顯著。這是因?yàn)闇y(cè)壓管水頭，任一斷面起始時(shí)的總水頭E及管道過流斷面面積A為定值時(shí)，Q增大，就增大，則必減小。而且隨流量的增加阻力損失亦增大，管道任一過水?dāng)嗝嫔系目偹^E相應(yīng)減小，故的減小更加顯著。

（2）測(cè)壓管水頭線（P-P）的起落變化更為顯著。因?yàn)閷?duì)于兩個(gè)不同直徑的相應(yīng)過水?dāng)嗝嬗?/p>

式中為兩個(gè)斷面之間的損失系數(shù)。管中水流為紊流時(shí)，接近于常數(shù)，又管道斷面為定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）線的起落變化就更為顯著。

3.測(cè)點(diǎn)2、3和測(cè)點(diǎn)10、11的測(cè)壓管讀數(shù)分別說明了什么問題？

測(cè)點(diǎn)2、3位于均勻流斷面（圖2.2），測(cè)點(diǎn)高差0.7cm，HP=

均為37.1cm（偶有毛細(xì)影響相差0.1mm），表明均勻流同斷面上，其動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。測(cè)點(diǎn)10、11在彎管的急變流斷面上，測(cè)壓管水頭差為7.3cm，表明急變流斷面上離心慣性力對(duì)測(cè)壓管水頭影響很大。由于能量方程推導(dǎo)時(shí)的限制條件之一是“質(zhì)量力只有重力”，而在急變流斷面上其質(zhì)量力，除重力外，尚有離心慣性力，故急變流斷面不能選作能量方程的計(jì)算斷面。在繪制總水頭線時(shí)，測(cè)點(diǎn)10、11應(yīng)舍棄。4.試問避免喉管（測(cè)點(diǎn)7）處形成真空有哪幾種技術(shù)措施？分析改變作用水頭（如抬高或降低水箱的水位）對(duì)喉管壓強(qiáng)的影響情況。

下述幾點(diǎn)措施有利于避免喉管（測(cè)點(diǎn)7）處真空的形成：（1）減小流量，（2）增大喉管管徑，（3）降低相應(yīng)管線的安裝高程，（4）改變水箱中的液位高度。

顯然（1）、（2）、（3）都有利于阻止喉管真空的出現(xiàn)，尤其（3）更具有工程實(shí)用意義。因?yàn)槿艄芟德洳畈蛔?，單單降低管線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彎管，后接水平段，將喉管的高程降至基準(zhǔn)高程0—0，比位能降至零，比壓能p/γ得以增大（Z），從而可能避免點(diǎn)7處的真

哈爾濱工程大學(xué)

空。至于措施（4）其增壓效果是有條件的，現(xiàn)分析如下： 當(dāng)作用水頭增大h時(shí)，測(cè)點(diǎn)7斷面上

值可用能量方程求得。

取基準(zhǔn)面及計(jì)算斷面1、2、3，計(jì)算點(diǎn)選在管軸線上（以下水柱單位均為cm）。于是由斷面1、2的能量方程（取a2=a3=1）有

(1)因hw1-2可表示成此處c1.2是管段1-2總水頭損失系數(shù)，式中e、s分別為進(jìn)口和漸縮局部損失系數(shù)。又由連續(xù)性方程有

故式（1）可變?yōu)?/p>

(2)式中可由斷面1、3能量方程求得，即

(3)由此得

(4)代入式(2)有(Z2+P2/γ)隨h遞增還是遞減，可由(Z2+P2/γ)加以判別。因

(5)若1-[(d3/d2)4+c1.2]/(1+c1.3)>0，則斷面2上的(Z+p/γ)隨h同步遞增。反之，則遞減。文丘里實(shí)驗(yàn)為遞減情況，可供空化管設(shè)計(jì)參考。

在實(shí)驗(yàn)報(bào)告解答中，d3/d2=1.37/1，Z1=50，Z3=-10，而當(dāng)h=0時(shí)，實(shí)驗(yàn)的(Z2+P2/γ)=6，將各值代入式(2)、(3)，可得該管道阻力系數(shù)分別為c1.2=1.5，c1.3=5.37。再將其代入式(5)得

表明本實(shí)驗(yàn)管道喉管的測(cè)壓管水頭隨水箱水位同步升高。但因(Z2+P2/γ)接近于零，故水箱水位的升高對(duì)提高喉管的壓強(qiáng)（減小負(fù)壓）效果不顯著。變水頭實(shí)驗(yàn)可證明該結(jié)論正確。

5.由畢托管測(cè)量顯示的總水頭線與實(shí)測(cè)繪制的總水頭線一般都有差異，試分析其原因。

與畢托管相連通的測(cè)壓管有1、6、8、12、14、16和18管，稱總壓管?？倝汗芤好娴倪B續(xù)即為畢托

哈爾濱工程大學(xué)

管測(cè)量顯示的總水頭線，其中包含點(diǎn)流速水頭。而實(shí)際測(cè)繪的總水頭是以實(shí)測(cè)的值加斷面平均流速水頭v2/2g繪制的。據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料，對(duì)于園管紊流，只有在離管壁約0.12d的位置，其點(diǎn)流速方能代表該斷面的平均流速。由于本實(shí)驗(yàn)畢托管的探頭通常布設(shè)在管軸附近，其點(diǎn)流速水頭大于斷面平均流速水頭，所以由畢托管測(cè)量顯示的總水頭線，一般比實(shí)際測(cè)繪的總水線偏高。

因此，本實(shí)驗(yàn)由1、6、8、12、14、16和18管所顯示的總水頭線一般僅供定性分析與討論，只有按實(shí)驗(yàn)原理與方法測(cè)繪總水頭線才更準(zhǔn)確。

實(shí)驗(yàn)三 不可壓縮流體恒定流動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理

恒定總流動(dòng)量方程為

取脫離體，因滑動(dòng)摩擦阻力水平分離

即

式中：

hc——作用在活塞形心處的水深；

D——活塞的直徑；

Q——射流流量；

V1x——射流的速度；

β1——?jiǎng)恿啃拚禂?shù)。

實(shí)驗(yàn)中，在平衡狀態(tài)下，只要測(cè)得Q流量和活塞形心水深hc，由給定的管嘴直徑d和活塞直徑D，代入上式，便可驗(yàn)證動(dòng)量方程，并率定射流的動(dòng)量修正系數(shù)β1值。其中，測(cè)壓管的標(biāo)尺零點(diǎn)已固定在活塞的園心處，因此液面標(biāo)尺讀數(shù)，即為作用在活塞園心處的水深。實(shí)驗(yàn)分析與討論

1、實(shí)測(cè)β與公認(rèn)值(β=1.02～1.05)符合與否？如不符合，試分析原因。

實(shí)測(cè)β=1.035與公認(rèn)值符合良好。(如不符合，其最大可能原因之一是翼輪不轉(zhuǎn)所致。為排除此故障，可用4B鉛筆芯涂抹活塞及活塞套表面。)

2、帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對(duì)分析射流沖擊無翼片的平板沿x方向的動(dòng)量力有無影響？為什么？

無影響。

因帶翼片的平板垂直于x軸，作用在軸心上的力矩T，是由射流沖擊平板是，沿yz平面通過翼片造成動(dòng)量矩的差所致。即

式中

Q——射流的流量；

Vyz1——入流速度在yz平面上的分速；

Vyz2——出流速度在yz平面上的分速；

α1——入流速度與圓周切線方向的夾角，接近90°；

α2——出流速度與圓周切線方向的夾角；

r1,2——分別為內(nèi)、外圓半徑。，可忽略不計(jì)，故x方向的動(dòng)量方程化為

哈爾濱工程大學(xué)

該式表明力矩T恒與x方向垂直，動(dòng)量矩僅與yz平面上的流速分量有關(guān)。也就是說平板上附加翼片后，盡管在射流作用下可獲得力矩，但并不會(huì)產(chǎn)生x方向的附加力，也不會(huì)影響x方向的流速分量。所以x方向的動(dòng)量方程與平板上設(shè)不設(shè)翼片無關(guān)。

3、通過細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與V2相同，試問對(duì)以上受力分析有無影響？ 無影響。

當(dāng)計(jì)及該分流影響時(shí)，動(dòng)量方程為

即

該式表明只要出流角度與V1垂直，則x方向的動(dòng)量方程與設(shè)置導(dǎo)水管與否無關(guān)。

4、滑動(dòng)摩擦力為什么可以忽略不記？試用實(shí)驗(yàn)來分析驗(yàn)證的大小，記錄觀察結(jié)果。(提示：平衡時(shí)，向測(cè)壓管內(nèi)加入或取出1mm左右深的水，觀察活塞及液位的變化)

因滑動(dòng)摩擦力<5墸，故可忽略而不計(jì)。

如第三次實(shí)驗(yàn)，此時(shí)hc=19.6cm，當(dāng)向測(cè)壓管內(nèi)注入1mm左右深的水時(shí)，活塞所受的靜壓力增大，約為射流沖擊力的5。假如活動(dòng)摩擦力大于此值，則活塞不會(huì)作軸向移動(dòng)，亦即hc變?yōu)?.7cm左右，并保持不變，然而實(shí)際上，此時(shí)活塞很敏感地作左右移動(dòng)，自動(dòng)調(diào)整測(cè)壓管水位直至hc仍恢復(fù)到19.6cm為止。這表明活塞和活塞套之間的軸向動(dòng)摩擦力幾乎為零，故可不予考慮。

5、V2x若不為零，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來什么影響？試結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟7的結(jié)果予以說明。

按實(shí)驗(yàn)步驟7取下帶翼輪的活塞，使射流直接沖擊到活塞套內(nèi)，便可呈現(xiàn)出回流與x方向的夾角α大于90°(其V2x不為零)的水力現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)測(cè)得135°，作用于活塞套圓心處的水深hc’=29.2cm，管嘴作用水頭H0=29.45cm。而相應(yīng)水流條件下，在取下帶翼輪的活塞前，V2x=0，hc=19.6cm。表明V2x若不為零，對(duì)動(dòng)量立影響甚大。因?yàn)閂2x不為零，則動(dòng)量方程變?yōu)?/p>

(1)就是說hc’隨V2及α遞增。故實(shí)驗(yàn)中hc’> hc。

實(shí)際上，hc’隨V2及α的變化又受總能頭的約束，這是因?yàn)橛赡芰糠匠痰?/p>

(2)而

所以

哈爾濱工程大學(xué)

從式(2)知，能量轉(zhuǎn)換的損失實(shí)驗(yàn)原理 較小時(shí)，實(shí)驗(yàn)四 畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)

（4.1）

式中：u－畢托管測(cè)點(diǎn)處的點(diǎn)流速；

c－畢托管的校正系數(shù)；

－畢托管全壓水頭與靜水壓頭差。

(4.2)

(4.3)

聯(lián)解上兩式可得

式中：u －測(cè)點(diǎn)處流速，由畢托管測(cè)定；

－ 測(cè)點(diǎn)流速系數(shù)；

ΔH－管嘴的作用水頭。

實(shí)驗(yàn)分析與討論

1.利用測(cè)壓管測(cè)量點(diǎn)壓強(qiáng)時(shí)，為什么要排氣？怎樣檢驗(yàn)排凈與否？

畢托管、測(cè)壓管及其連通管只有充滿被測(cè)液體，即滿足連續(xù)條件，才有可能測(cè)得真值，否則如果其中夾有氣柱，就會(huì)使測(cè)壓失真，從而造成誤差。誤差值與氣柱高度和其位置有關(guān)。對(duì)于非堵塞性氣泡，雖不產(chǎn)生誤差，但若不排除，實(shí)驗(yàn)過程中很可能變成堵塞性氣柱而影響量測(cè)精度。檢驗(yàn)的方法是畢托管置于靜水中，檢查分別與畢托管全壓孔及靜壓孔相連通的兩根測(cè)壓管液面是否齊平。如果氣體已排凈，不管怎樣抖動(dòng)塑料連通管，兩測(cè)管液面恒齊平。

2.畢托管的動(dòng)壓頭h和管嘴上、下游水位差H之間的大關(guān)系怎樣？為什么？ 由于

且

即

一般畢托管校正系數(shù)c=11?（與儀器制作精度有關(guān)）。喇叭型進(jìn)口的管嘴出流，其中心點(diǎn)的點(diǎn)流速系數(shù)=0.9961?。所以Δh<ΔH。

本實(shí)驗(yàn)Δh=21.1cm，ΔH=21.3cm，c=1.000。3.所測(cè)的流速系數(shù)說明了什么？

若管嘴出流的作用水頭為H，流量為Q，管嘴的過水?dāng)嗝娣e為A，相對(duì)管嘴平均流速v，則有

稱作管嘴流速系數(shù)。

若相對(duì)點(diǎn)流速而言，由管嘴出流的某流線的能量方程，可得

哈爾濱工程大學(xué)

式中：為流管在某一流段上的損失系數(shù)；為點(diǎn)流速系數(shù)。

本實(shí)驗(yàn)在管嘴淹沒出流的軸心處測(cè)得=0.995，表明管嘴軸心處的水流由勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的過程中有能量損失，但甚微。

4.據(jù)激光測(cè)速儀檢測(cè)，距孔口2－3cm軸心處，其點(diǎn)流速系數(shù)為0.996，試問本實(shí)驗(yàn)的畢托管精度如何？如何率定畢托管的修正系數(shù)c？

若以激光測(cè)速儀測(cè)得的流速為真值u，則有

而畢托管測(cè)得的該點(diǎn)流速為203.46cm/s，則ε=0.2‰ 欲率定畢托管的修正系數(shù)，則可令

本例：

5.普朗特畢托管的測(cè)速范圍為0.2－2m/s，軸向安裝偏差要求不應(yīng)大于10度，試說明原因。（低流速可用傾斜壓差計(jì)）。

（1）施測(cè)流速過大過小都會(huì)引起較大的實(shí)測(cè)誤差，當(dāng)流速u小于0.2m/s時(shí)，畢托管測(cè)得的壓差Δh亦有

若用30傾斜壓差計(jì)測(cè)量此壓差值，因傾斜壓差計(jì)的讀數(shù)值差Δh為，那么當(dāng)有0.5mm的判讀誤差時(shí)，流速的相對(duì)誤差可達(dá)6%。而當(dāng)流速大于2m/s時(shí)，由于水流流經(jīng)畢托管頭部時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部分離現(xiàn)象，從而使靜壓孔測(cè)得的壓強(qiáng)偏低而造成誤差。

（2）同樣，若畢托管安裝偏差角（α）過大，亦會(huì)引起較大的誤差。因畢托管測(cè)得的流速u是實(shí)際流速u在其軸向的分速ucosα，則相應(yīng)所測(cè)流速誤差為

α若>10，則

6.為什么在光、聲、電技術(shù)高度發(fā)展的今天，仍然常用畢托管這一傳統(tǒng)的流體測(cè)速儀器？

畢托管測(cè)速原理是能量守恒定律，容易理解。而畢托管經(jīng)長期應(yīng)用，不斷改進(jìn)，已十分完善。具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(yīng)用于液、氣流的測(cè)量（其測(cè)量氣體的流速可達(dá)60m/s）。光、聲、電的測(cè)速技術(shù)及其相關(guān)儀器，雖具有瞬時(shí)性，靈敏、精度高以及自動(dòng)化記錄等諸多優(yōu)點(diǎn)，有些優(yōu)點(diǎn)畢托管是無法達(dá)到的。但往往因其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，使用約束條件多及價(jià)格昂貴等因素，從

哈爾濱工程大學(xué)

而在應(yīng)用上受到限制。尤其是傳感器與電器在信號(hào)接收與放大處理過程中，有否失真，或者隨使用時(shí)間的長短，環(huán)境溫度的改變是否飄移等，難以直觀判斷。致使可靠度難以把握，因而所有光、聲、電測(cè)速儀器，包括激光測(cè)速儀都不得不用專門裝置定期率定（有時(shí)是利用畢托管作率定）。可以認(rèn)為至今畢托管測(cè)速仍然是最可信，最經(jīng)濟(jì)可靠而簡便的測(cè)速方法。

實(shí)驗(yàn)五 雷諾實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)分析與討論

⒈流態(tài)判據(jù)為何采用無量綱參數(shù)，而不采用臨界流速？

雷諾在1883年以前的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)園管流動(dòng)存在兩種流態(tài)——層流和紊流，并且存在著層流轉(zhuǎn)化為紊流的臨界流速V’，V’與流體的粘性ν及園管的直徑d有關(guān)，即

（1）

因此從廣義上看，V’不能作為流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。

為了判別流態(tài)，雷諾對(duì)不同管徑、不同粘性液體作了大量的實(shí)驗(yàn)，得出了用無量綱參數(shù)（vd/ν）作為管流流態(tài)的判據(jù)。他不但深刻揭示了流態(tài)轉(zhuǎn)變的規(guī)律，而且還為后人用無量綱化的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究樹立了典范。用無量綱分析的雷列法可得出與雷諾數(shù)結(jié)果相同的無量綱數(shù)?？梢哉J(rèn)為式（1）的函數(shù)關(guān)系能用指數(shù)的乘積來表示。即

（2）

其中K為某一無量綱系數(shù)。式（2）的量綱關(guān)系為

（3）

從量綱和諧原理，得

L：2α1+α2=1 T：-α1=-1

聯(lián)立求解得α1=1，α2=-1 將上述結(jié)果，代入式（2），得

或

雷諾實(shí)驗(yàn)完成了K值的測(cè)定，以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證。結(jié)果得到K=2320。于是，無量綱數(shù)vd/ν便成了適應(yīng)于任何管徑，任何牛頓流體的流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。由于雷諾的奉獻(xiàn)，vd/ν定命為雷諾數(shù)。

隨著量綱分析理論的完善，利用量綱分析得出無量綱參數(shù)，研究多個(gè)物理量間的關(guān)系，成了現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)研究的重要手段之一。

⒉為何認(rèn)為上臨界雷諾數(shù)無實(shí)際意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與紊流的判據(jù)？實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)為多少？

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，上臨界雷諾數(shù)實(shí)測(cè)值在3000～5000范圍內(nèi)，與操作快慢，水箱的紊動(dòng)度，外界干擾等密切相關(guān)。有關(guān)學(xué)者做了大量實(shí)驗(yàn)，有的得12000，有的得20000，有的甚至得40000。實(shí)際水流中，干擾總是存在的，故上臨界雷諾數(shù)為不定值，無實(shí)際意義。只有下臨界雷諾數(shù)才可以作為判別流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。

哈爾濱工程大學(xué)

凡水流的雷諾數(shù)小于下臨界雷諾數(shù)者必為層流。一般實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)為2100左右。

⒊雷諾實(shí)驗(yàn)得出的圓管流動(dòng)下臨界雷諾數(shù)2320，而目前一般教科書中介紹采用的下臨界雷諾數(shù)是2000，原因何在？

下臨界雷諾數(shù)也并非與干擾絕對(duì)無關(guān)。雷諾實(shí)驗(yàn)是在環(huán)境的干擾極小，實(shí)驗(yàn)前水箱中的水體經(jīng)長時(shí)間的穩(wěn)定情況下，經(jīng)反復(fù)多次細(xì)心量測(cè)才得出的。而后人的大量實(shí)驗(yàn)很難重復(fù)得出雷諾實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確數(shù)值，通常在2000～2300之間。因此，從工程實(shí)用出發(fā)，教科書中介紹的園管下臨界雷諾數(shù)一般是2000。⒋試結(jié)合紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察，分析由層流過渡到紊流的機(jī)理何在？

從紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察可知，異重流（分層流）在剪切流動(dòng)情況下，分界面由于擾動(dòng)引發(fā)細(xì)微波動(dòng)，并隨剪切流速的增大，分界面上的波動(dòng)增大，波峰變尖，以至于間斷面破裂而形成一個(gè)個(gè)小旋渦。使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橫向紊動(dòng)。正如在大風(fēng)時(shí)，海面上波浪滔天，水氣混摻的情況一樣，這是高速的空氣和靜止的海水這兩種流體的界面上，因剪切流動(dòng)而引起的界面失穩(wěn)的波動(dòng)現(xiàn)象。由于園管層流的流速按拋物線分布，過流斷面上的流速梯度較大，而且因壁面上的流速恒為零。相同管徑下，如果平均流速越大則梯度越大，即層間的剪切流速越大，于是就容易產(chǎn)生紊動(dòng)。紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)所見的波動(dòng)→破裂→旋渦→質(zhì)點(diǎn)紊動(dòng)等一系列現(xiàn)象，便是流態(tài)從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^程顯示。

⒌分析層流和紊流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性方面各有何差異？ 層流和紊流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性方面的差異如下表：

運(yùn)動(dòng)學(xué)特性:

動(dòng)力學(xué)特性:

層流: 1.質(zhì)點(diǎn)有律地作分層流動(dòng)

1.流層間無質(zhì)量傳輸

2.斷面流速按拋物線分布

2.流層間無動(dòng)量交換

3.運(yùn)動(dòng)要素?zé)o脈動(dòng)現(xiàn)象

3.單位質(zhì)量的能量損失與流速的一次方成正比

紊流: 1.質(zhì)點(diǎn)互相混摻作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)

1.流層間有質(zhì)量傳輸

2.斷面流速按指數(shù)規(guī)律分布

2.流層間存在動(dòng)量交換

3.運(yùn)動(dòng)要素發(fā)生不規(guī)則的脈動(dòng)現(xiàn)象

3.單位質(zhì)量的能量損失與流速的（1.75～2）次方成正比

實(shí)驗(yàn)六 文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)能量方程式和連續(xù)性方程式，可得不計(jì)阻力作用時(shí)的文氏管過水能力關(guān)系式

式中：Δh為兩斷面測(cè)壓管水頭差。

由于阻力的存在，實(shí)際通過的流量Q恒小于Q’。今引入一無量綱系數(shù)μ=Q/Q’（μ稱為流量系數(shù)），對(duì)計(jì)算所得的流量值進(jìn)行修正。即

另，由水靜力學(xué)基本方程可得氣—水多管壓差計(jì)的Δh為 實(shí)驗(yàn)分析與討論

哈爾濱工程大學(xué)

⒈本實(shí)驗(yàn)中，影響文丘里管流量系數(shù)大小的因素有哪些？哪個(gè)因素最敏感？對(duì)d2=0.7cm的管道而言，若因加工精度影響，誤將（d2－0.01）cm值取代上述d2值時(shí)，本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的μ值將變?yōu)槎嗌伲?由式

可見本實(shí)驗(yàn)（水為流體）的μ值大小與Q、d1、d2、Δh有關(guān)。其中d1、d2影響最敏感。本實(shí)驗(yàn)中若文氏管d1 =1.4cm，d2=0.71cm，通常在切削加工中d1比d2測(cè)量方便，容易掌握好精度，d2不易測(cè)量準(zhǔn)確，從而不可避免的要引起實(shí)驗(yàn)誤差。例如當(dāng)最大流量時(shí)μ值為0.976，若d2的誤差為－0.01cm，那么μ值將變?yōu)?.006，顯然不合理。

⒉為什么計(jì)算流量Q’與實(shí)際流量Q不相等？

因?yàn)橛?jì)算流量Q’是在不考慮水頭損失情況下，即按理想液體推導(dǎo)的，而實(shí)際流體存在粘性必引起阻力損失，從而減小過流能力，Q

如圖6.4所述，⒋試應(yīng)用量綱分析法，闡明文丘里流量計(jì)的水力特性。

運(yùn)用量綱分析法得到文丘里流量計(jì)的流量表達(dá)式，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果，便可進(jìn)一步搞清流量計(jì)的量測(cè)特性。

對(duì)于平置文丘里管，影響ν1的因素有：文氏管進(jìn)口直徑d1，喉徑d2、流體的密度ρ、動(dòng)力粘滯系數(shù)μ及兩個(gè)斷面間的壓強(qiáng)差ΔP。根據(jù)π定理有

從中選取三個(gè)基本量，分別為：

共有6個(gè)物理量，有3個(gè)基本物理量，可得3個(gè)無量綱π數(shù)，分別為：

哈爾濱工程大學(xué)

根據(jù)量綱和諧原理，π1的量綱式為

分別有

L：1=a1+b1-3c1

T：0=-b1 M：0= c1 聯(lián)解得：a1=1，b1=0，c1=0，則

同理

將各π值代入式（1）得無量綱方程為

或?qū)懗?/p>

進(jìn)而可得流量表達(dá)式為

（2）

式（2）與不計(jì)損失時(shí)理論推導(dǎo)得到的

（3）

相似。為計(jì)及損失對(duì)過流量的影響，實(shí)際流量在式（3）中引入流量系數(shù)μQ計(jì)算，變?yōu)?/p>

（4）

比較（2）、（4）兩式可知，流量系數(shù)μQ與Re一定有關(guān)，又因?yàn)槭剑?）中d2/d1的函數(shù)關(guān)系并不一定代表了式（2）中函數(shù)所應(yīng)有的關(guān)系，故應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)搞清μQ與Re、d2/d1的相關(guān)性。

哈爾濱工程大學(xué)

通過以上分析，明確了對(duì)文丘里流量計(jì)流量系數(shù)的研究途徑，只要搞清它與Re及d2/d1的關(guān)系就行了。由實(shí)驗(yàn)所得在紊流過渡區(qū)的μQ～Re關(guān)系曲線（d2/d1為常數(shù)），可知μ因恒有μQ隨Re 的增大而增大，<1，故若使實(shí)驗(yàn)的Re增大，μQ將漸趨向于某一小于1 的常數(shù)。

另外，根據(jù)已有的很多實(shí)驗(yàn)資料分析，μQ與d1/d2也有關(guān)，不同的d1/d2值，可以得到不同的μQ～Re關(guān)系曲線，文丘里管通常使d1/d2=2。所以實(shí)用上，對(duì)特定的文丘里管均需實(shí)驗(yàn)率定μQ～Re的關(guān)系，或者查用相同管徑比時(shí)的經(jīng)驗(yàn)曲線。還有實(shí)用上較適宜于被測(cè)管道中的雷諾數(shù)Re>2×105，使μQ值接近于常數(shù)0.98。

流量系數(shù)μQ的上述關(guān)系，也正反映了文丘里流量計(jì)的水力特性。

⒌文氏管喉頸處容易產(chǎn)生真空，允許最大真空度為6～7mH2O。工程中應(yīng)用文氏管時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)其最大真空度是否在允許范圍內(nèi)。據(jù)你的實(shí)驗(yàn)成果，分析本實(shí)驗(yàn)流量計(jì)喉頸最大真空值為多少？

本實(shí)驗(yàn)若d1= 1.4cm，d2= 0.71cm，以管軸線高程為基準(zhǔn)面，以水箱液面和喉道斷面分別為1—1和2—2計(jì)算斷面，立能量方程得

則

> 0

<－52.22cmH2O，而由本實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)為60.5cmH2O。即實(shí)驗(yàn)中最大流量時(shí)，文丘里管喉頸處真空度進(jìn)一步分析可知，若水箱水位高于管軸線4m左右時(shí)，實(shí)驗(yàn)中文丘里喉頸處的真空度可達(dá)7mH2O（參考能量方程實(shí)驗(yàn)解答六—4）。

第四篇：工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告之實(shí)驗(yàn)分析與討論（小編推薦）

工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告之分析與討論

實(shí)驗(yàn)一 流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)分析與討論

1.同一靜止液體內(nèi)的測(cè)管水頭線是根什么線？

測(cè)壓管水頭指，即靜水力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀顯示的測(cè)管液面至基準(zhǔn)面的垂直高度。測(cè)壓管水頭線指測(cè)壓管液面的連線。實(shí)驗(yàn)直接觀察可知，同一靜止液面的測(cè)壓管水頭線是一根水平線。2.當(dāng)PB<0時(shí)，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，確定水箱內(nèi)的真空區(qū)域。，相應(yīng)容器的真空區(qū)域包括以下三部分：

(1)過測(cè)壓管2液面作一水平面，由等壓面原理知，相對(duì)測(cè)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、氣所占的空間區(qū)域，均為真空區(qū)域。

(2)同理，過箱頂小水杯的液面作一水平面，測(cè)壓管4中，該平面以上的水體亦為真空區(qū)域。

(3)在測(cè)壓管5中，自水面向下深度某一段水柱亦為真空區(qū)。這段高度與測(cè)壓管2液面低于水箱液面的高度相等，亦與測(cè)壓管4液面高于小水杯液面高度相等。3.若再備一根直尺，試采用另外最簡便的方法測(cè)定γ0。

最簡單的方法，是用直尺分別測(cè)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，從而求得γ0。

4.如測(cè)壓管太細(xì)，對(duì)測(cè)壓管液面的讀數(shù)將有何影響？

設(shè)被測(cè)液體為水，測(cè)壓管太細(xì)，測(cè)壓管液面因毛細(xì)現(xiàn)象而升高，造成測(cè)量誤差，毛細(xì)高度由下式計(jì)算

式中，為表面張力系數(shù)；為液體的容量；d為測(cè)壓管的內(nèi)徑；h為毛細(xì)升高。常溫(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水與玻璃的浸潤角很小，可認(rèn)為cosθ=1.0。于是有

(h、d單 位 為mm)一般來說，當(dāng)玻璃測(cè)壓管的內(nèi)徑大于10mm時(shí)，毛細(xì)影響可略而不計(jì)。另外，當(dāng)水質(zhì)不潔時(shí)，減小，毛細(xì)高度亦較凈水??；當(dāng)采用有機(jī)玻璃作測(cè)壓管時(shí)，浸潤角較大，其h較普通玻璃管小。

如果用同一根測(cè)壓管測(cè)量液體相對(duì)壓差值，則毛細(xì)現(xiàn)象無任何影響。因?yàn)闇y(cè)量高、低壓強(qiáng)時(shí)均有毛細(xì)現(xiàn)象，但在計(jì)算壓差時(shí)，互相抵消了。

5.過C點(diǎn)作一水平面，相對(duì)管1、2、5及水箱中液體而言，這個(gè)水平面是不是等壓面？哪一部分液體是同一等壓面？

不全是等壓面，它僅相對(duì)管1、2及水箱中的液體而言，這個(gè)水平面才是等壓面。因?yàn)橹挥腥烤邆湎铝?個(gè)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），因此，相對(duì)管5和水箱中的液體而言，該水平面不是等壓面。

6.用圖1.1裝置能演示變液位下的恒定流實(shí)驗(yàn)嗎？

關(guān)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(shí)閥門的出流就是變液位下的恒定流。因?yàn)橛捎^察可知，測(cè)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(dòng)。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)上稱之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(cè)壓管液面將升高H，實(shí)驗(yàn)時(shí)，若以P0=0時(shí)的水箱液面作為測(cè)量基準(zhǔn)，試分析加氣增壓后，實(shí)際壓強(qiáng)（H+δ）與視在壓強(qiáng)H的相對(duì)誤差值。本儀器測(cè)壓管內(nèi)徑為0.8cm，箱體內(nèi)徑為20cm。

加壓后，水箱液面比基準(zhǔn)面下降了，而同時(shí)測(cè)壓管1、2的液面各比基準(zhǔn)面升高了H，由水量平衡原理有

則

本實(shí)驗(yàn)儀

d=0.8cm, D=20cm, 故

H=0.0032 于是相對(duì)誤差有

因而可略去不計(jì)。

其實(shí)，對(duì)單根測(cè)壓管的容器若有D/d10或?qū)筛鶞y(cè)壓管的容器D/d7時(shí)，便可使0.01。

實(shí)驗(yàn)二 不可壓縮流體恒定流能量方程（伯諾利方程）實(shí)驗(yàn)

成果分析及討論

1.測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有何不同？為什么？

測(cè)壓管水頭線（P-P）沿程可升可降，線坡JP可正可負(fù)。而總水頭線（E-E）沿程只降不升，線坡J恒為正，即J>0。這是因?yàn)樗诹鲃?dòng)過程中，依據(jù)一定邊界條件，動(dòng)能和勢(shì)能可相互轉(zhuǎn)換。測(cè)點(diǎn)5至測(cè)點(diǎn)7，管收縮，部分勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，測(cè)壓管水頭線降低，Jp>0。測(cè)點(diǎn)7至測(cè)點(diǎn)9，管漸擴(kuò)，部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成勢(shì)能，測(cè)壓管水頭線升高，JP<0。而據(jù)能量方程E1=E2+hw1-2, hw1-2為損失能量，是不可逆的，即恒有hw1-2>0，故E2恒小于E1，（E-E）線不可能回升。(E-E)線下降的坡度越大，即J越大，表明單位流程上的水頭損失越大，如圖2.3的漸擴(kuò)段和閥門等處，表明有較大的局部水頭損失存在。2.流量增加，測(cè)壓管水頭線有何變化？為什么？ 有 如 下 二 個(gè) 變 化 ：

（1）流量增加，測(cè)壓管水頭線（P-P）總降落趨勢(shì)更顯著。這是因?yàn)闇y(cè)壓管水頭，任一斷面起始時(shí)的總水頭E及管道過流斷面面積A為定值時(shí)，Q增大，就增大，則必減小。而且隨流量的增加阻力損失亦增大，管道任一過水?dāng)嗝嫔系目偹^E相應(yīng)減小，故的減小更加顯著。

（2）測(cè)壓管水頭線（P-P）的起落變化更為顯著。因?yàn)閷?duì)于兩個(gè)不同直徑的相應(yīng)過水?dāng)嗝嬗?/p>

式中為兩個(gè)斷面之間的損失系數(shù)。管中水流為紊流時(shí)，接近于常數(shù)，又管道斷面為定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）線的起落變化就更為顯著。

3.測(cè)點(diǎn)2、3和測(cè)點(diǎn)10、11的測(cè)壓管讀數(shù)分別說明了什么問題？

測(cè)點(diǎn)2、3位于均勻流斷面（圖2.2），測(cè)點(diǎn)高差0.7cm，HP=

均為37.1cm（偶有毛細(xì)影響相差0.1mm），表明均勻流同斷面上，其動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。測(cè)點(diǎn)10、11在彎管的急變流斷面上，測(cè)壓管水頭差為7.3cm，表明急變流斷面上離心慣性力對(duì)測(cè)壓管水頭影響很大。由于能量方程推導(dǎo)時(shí)的限制條件之一是“質(zhì)量力只有重力”，而在急變流斷面上其質(zhì)量力，除重力外，尚有離心慣性力，故急變流斷面不能選作能量方程的計(jì)算斷面。在繪制總水頭線時(shí)，測(cè)點(diǎn)10、11應(yīng)舍棄。4.試問避免喉管（測(cè)點(diǎn)7）處形成真空有哪幾種技術(shù)措施？分析改變作用水頭（如抬高或降低水箱的水位）對(duì)喉管壓強(qiáng)的影響情況。

下述幾點(diǎn)措施有利于避免喉管（測(cè)點(diǎn)7）處真空的形成：（1）減小流量，（2）增大喉管管徑，（3）降低相應(yīng)管線的安裝高程，（4）改變水箱中的液位高度。

顯然（1）、（2）、（3）都有利于阻止喉管真空的出現(xiàn)，尤其（3）更具有工程實(shí)用意義。因?yàn)槿艄芟德洳畈蛔?，單單降低管線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彎管，后接水平段，將喉管的高程降至基準(zhǔn)高程0—0，比位能降至零，比壓能p/γ得以增大（Z），從而可能避免點(diǎn)7處的真空。至于措施（4）其增壓效果是有條件的，現(xiàn)分析如下： 當(dāng)作用水頭增大h時(shí)，測(cè)點(diǎn)7斷面上

值可用能量方程求得。

取基準(zhǔn)面及計(jì)算斷面1、2、3，計(jì)算點(diǎn)選在管軸線上（以下水柱單位均為cm）。于是由斷面1、2的能量方程（取a2=a3=1）有

(1)因hw1-2可表示成此處c1.2是管段1-2總水頭損失系數(shù)，式中e、s分別為進(jìn)口和漸縮局部損失系數(shù)。又由連續(xù)性方程有

故式（1）可變?yōu)?/p>

(2)式中可由斷面1、3能量方程求得，即

(3)

由此得

(4)代入式(2)有(Z2+P2/γ)隨h遞增還是遞減，可由(Z2+P2/γ)加以判別。因

(5)若1-[(d3/d2)4+c1.2]/(1+c1.3)>0，則斷面2上的(Z+p/γ)隨h同步遞增。反之，則遞減。文丘里實(shí)驗(yàn)為遞減情況，可供空化管設(shè)計(jì)參考。

在實(shí)驗(yàn)報(bào)告解答中，d3/d2=1.37/1，Z1=50，Z3=-10，而當(dāng)h=0時(shí)，實(shí)驗(yàn)的(Z2+P2/γ)=6，將各值代入式(2)、(3)，可得該管道阻力系數(shù)分別為c1.2=1.5，c1.3=5.37。再將其代入式(5)得

表明本實(shí)驗(yàn)管道喉管的測(cè)壓管水頭隨水箱水位同步升高。但因(Z2+P2/γ)接近于零，故水箱水位的升高對(duì)提高喉管的壓強(qiáng)（減小負(fù)壓）效果不顯著。變水頭實(shí)驗(yàn)可證明該結(jié)論正確。

5.由畢托管測(cè)量顯示的總水頭線與實(shí)測(cè)繪制的總水頭線一般都有差異，試分析其原因。

與畢托管相連通的測(cè)壓管有1、6、8、12、14、16和18管，稱總壓管?？倝汗芤好娴倪B續(xù)即為畢托管測(cè)量顯示的總水頭線，其中包含點(diǎn)流速水頭。而實(shí)際測(cè)繪的總水頭是以實(shí)測(cè)的值加斷面平均流速水頭v2/2g繪制的。據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料，對(duì)于園管紊流，只有在離管壁約0.12d的位置，其點(diǎn)流速方能代表該斷面的平均流速。由于本實(shí)驗(yàn)畢托管的探頭通常布設(shè)在管軸附近，其點(diǎn)流速水頭大于斷面平均流速水頭，所以由畢托管測(cè)量顯示的總水頭線，一般比實(shí)際測(cè)繪的總水線偏高。

因此，本實(shí)驗(yàn)由1、6、8、12、14、16和18管所顯示的總水頭線一般僅供定性分析與討論，只有按實(shí)驗(yàn)原理與方法測(cè)繪總水頭線才更準(zhǔn)確。

實(shí)驗(yàn)三 不可壓縮流體恒定流動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)分析與討論

1、實(shí)測(cè)β與公認(rèn)值(β=1.02～1.05)符合與否？如不符合，試分析原因。

實(shí)測(cè)β=1.035與公認(rèn)值符合良好。(如不符合，其最大可能原因之一是翼輪不轉(zhuǎn)所致。為排除此故障，可用4B鉛筆芯涂抹活塞及活塞套表面。)

2、帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對(duì)分析射流沖擊無翼片的平板沿x方向的動(dòng)量力有無影響？為什么？

無影響。

因帶翼片的平板垂直于x軸，作用在軸心上的力矩T，是由射流沖擊平板是，沿yz平面通過翼片造成動(dòng)量矩的差所致。即

式中

Q——射流的流量；

Vyz1——入流速度在yz平面上的分速；

Vyz2——出流速度在yz平面上的分速；

α1——入流速度與圓周切線方向的夾角，接近90°；

α2——出流速度與圓周切線方向的夾角；

r1,2——分別為內(nèi)、外圓半徑。

該式表明力矩T恒與x方向垂直，動(dòng)量矩僅與yz平面上的流速分量有關(guān)。也就是說平板上附加翼片后，盡管在射流作用下可獲得力矩，但并不會(huì)產(chǎn)生x方向的附加力，也不會(huì)影響x方向的流速分量。所以x方向的動(dòng)量方程與平板上設(shè)不設(shè)翼片無關(guān)。

3、通過細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與V2相同，試問對(duì)以上受力分析有無影響？ 無影響。

當(dāng)計(jì)及該分流影響時(shí)，動(dòng)量方程為

即

該式表明只要出流角度與V1垂直，則x方向的動(dòng)量方程與設(shè)置導(dǎo)水管與否無關(guān)。

4、滑動(dòng)摩擦力為什么可以忽略不記？試用實(shí)驗(yàn)來分析驗(yàn)證的大小，記錄觀察結(jié)果。(提示：平衡時(shí)，向測(cè)壓管內(nèi)加入或取出1mm左右深的水，觀察活塞及液位的變化)

因滑動(dòng)摩擦力<5墸，故可忽略而不計(jì)。

如第三次實(shí)驗(yàn)，此時(shí)hc=19.6cm，當(dāng)向測(cè)壓管內(nèi)注入1mm左右深的水時(shí)，活塞所受的靜壓力增大，約為射流沖擊力的5。假如活動(dòng)摩擦力大于此值，則活塞不會(huì)作軸向移動(dòng)，亦即hc變?yōu)?.7cm左右，并保持不變，然而實(shí)際上，此時(shí)活塞很敏感地作左右移動(dòng)，自動(dòng)調(diào)整測(cè)壓管水位直至hc仍恢復(fù)到19.6cm為止。這表明活塞和活塞套之間的軸向動(dòng)摩擦力幾乎為零，故可不予考慮。

5、V2x若不為零，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來什么影響？試結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟7的結(jié)果予以說明。

按實(shí)驗(yàn)步驟7取下帶翼輪的活塞，使射流直接沖擊到活塞套內(nèi)，便可呈現(xiàn)出回流與x方向的夾角α大于90°(其V2x不為零)的水力現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)測(cè)得135°，作用于活塞套圓心處的水深hc’=29.2cm，管嘴作用水頭H0=29.45cm。而相應(yīng)水流條件下，在取下帶翼輪的活塞前，V2x=0，hc=19.6cm。表明V2x若不為零，對(duì)動(dòng)量立影響甚大。因?yàn)閂2x不為零，則動(dòng)量方程變?yōu)?/p>

(1)就是說hc’隨V2及α遞增。故實(shí)驗(yàn)中hc’> hc。

實(shí)際上，hc’隨V2及α的變化又受總能頭的約束，這是因?yàn)橛赡芰糠匠痰?/p>

(2)而

所以

從式(2)知，能量轉(zhuǎn)換的損失較小時(shí)，實(shí)驗(yàn)四 畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)分析與討論

1.利用測(cè)壓管測(cè)量點(diǎn)壓強(qiáng)時(shí)，為什么要排氣？怎樣檢驗(yàn)排凈與否？

畢托管、測(cè)壓管及其連通管只有充滿被測(cè)液體，即滿足連續(xù)條件，才有可能測(cè)得真值，否則如果其中夾有氣柱，就會(huì)使測(cè)壓失真，從而造成誤差。誤差值與氣柱高度和其位置有關(guān)。對(duì)于非堵塞性氣泡，雖不產(chǎn)生誤差，但若不排除，實(shí)驗(yàn)過程中很可能變成堵塞性氣柱而影響量測(cè)精度。檢驗(yàn)的方法是畢托管置于靜水中，檢查分別與畢托管全壓孔及靜壓孔相連通的兩根測(cè)壓管液面是否齊平。如果氣體已排凈，不管怎樣抖動(dòng)塑料連通管，兩測(cè)管液面恒齊平。

2.畢托管的動(dòng)壓頭h和管嘴上、下游水位差H之間的大關(guān)系怎樣？為什么？ 由于

且

即

一般畢托管校正系數(shù)c=11‰（與儀器制作精度有關(guān)）。喇叭型進(jìn)口的管嘴出流，其中心點(diǎn)的點(diǎn)流速系數(shù)=0.9961‰。所以Δh<ΔH。

本實(shí)驗(yàn)Δh=21.1cm，ΔH=21.3cm，c=1.000。3.所測(cè)的流速系數(shù)說明了什么？

若管嘴出流的作用水頭為H，流量為Q，管嘴的過水?dāng)嗝娣e為A，相對(duì)管嘴平均流速v，則有

稱作管嘴流速系數(shù)。

若相對(duì)點(diǎn)流速而言，由管嘴出流的某流線的能量方程，可得

式中：為流管在某一流段上的損失系數(shù)；為點(diǎn)流速系數(shù)。

本實(shí)驗(yàn)在管嘴淹沒出流的軸心處測(cè)得=0.995，表明管嘴軸心處的水流由勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的過程中有能量損失，但甚微。

4.據(jù)激光測(cè)速儀檢測(cè)，距孔口2－3cm軸心處，其點(diǎn)流速系數(shù)為0.996，試問本實(shí)驗(yàn)的畢托管精度如何？如何率定畢托管的修正系數(shù)c？

若以激光測(cè)速儀測(cè)得的流速為真值u，則有

而畢托管測(cè)得的該點(diǎn)流速為203.46cm/s，則ε=0.2‰ 欲率定畢托管的修正系數(shù)，則可令

本例：

5.普朗特畢托管的測(cè)速范圍為0.2－2m/s，軸向安裝偏差要求不應(yīng)大于10度，試說明原因。（低流速可用傾斜壓差計(jì)）。

（1）施測(cè)流速過大過小都會(huì)引起較大的實(shí)測(cè)誤差，當(dāng)流速u小于0.2m/s時(shí)，畢托管測(cè)得的壓差Δh亦有

若用30傾斜壓差計(jì)測(cè)量此壓差值，因傾斜壓差計(jì)的讀數(shù)值差Δh為，那么當(dāng)有0.5mm的判讀誤差時(shí)，流速的相對(duì)誤差可達(dá)6%。而當(dāng)流速大于2m/s時(shí)，由于水流流經(jīng)畢托管頭部時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部分離現(xiàn)象，從而使靜壓孔測(cè)得的壓強(qiáng)偏低而造成誤差。

（2）同樣，若畢托管安裝偏差角（α）過大，亦會(huì)引起較大的誤差。因畢托管測(cè)得的流速u是實(shí)際流速u在其軸向的分速ucosα，則相應(yīng)所測(cè)流速誤差為

α若>10，則

6.為什么在光、聲、電技術(shù)高度發(fā)展的今天，仍然常用畢托管這一傳統(tǒng)的流體測(cè)速儀器？

畢托管測(cè)速原理是能量守恒定律，容易理解。而畢托管經(jīng)長期應(yīng)用，不斷改進(jìn)，已十分完善。具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(yīng)用于液、氣流的測(cè)量（其測(cè)量氣體的流速可達(dá)60m/s）。光、聲、電的測(cè)速技術(shù)及其相關(guān)儀器，雖具有瞬時(shí)性，靈敏、精度高以及自動(dòng)化記錄等諸多優(yōu)點(diǎn)，有些優(yōu)點(diǎn)畢托管是無法達(dá)到的。但往往因其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，使用約束條件多及價(jià)格昂貴等因素，從而在應(yīng)用上受到限制。尤其是傳感器與電器在信號(hào)接收與放大處理過程中，有否失真，或者隨使用時(shí)間的長短，環(huán)境溫度的改變是否飄移等，難以直觀判斷。致使可靠度難以把握，因而所有光、聲、電測(cè)速儀器，包括激光測(cè)速儀都不得不用專門裝置定期率定（有時(shí)是利用畢托管作率定）?？梢哉J(rèn)為至今畢托管測(cè)速仍然是最可信，最經(jīng)濟(jì)可靠而簡便的測(cè)速方法。

實(shí)驗(yàn)五 雷諾實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)分析與討論

⒈流態(tài)判據(jù)為何采用無量綱參數(shù)，而不采用臨界流速？

雷諾在1883年以前的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)園管流動(dòng)存在兩種流態(tài)——層流和紊流，并且存在著層流轉(zhuǎn)化為紊流的臨界流速V’，V’與流體的粘性ν及園管的直徑d有關(guān)，即

（1）

因此從廣義上看，V’不能作為流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。

為了判別流態(tài)，雷諾對(duì)不同管徑、不同粘性液體作了大量的實(shí)驗(yàn)，得出了用無量綱參數(shù)（vd/ν）作為管流流態(tài)的判據(jù)。他不但深刻揭示了流態(tài)轉(zhuǎn)變的規(guī)律，而且還為后人用無量綱化的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究樹立了典范。用無量綱分析的雷列法可得出與雷諾數(shù)結(jié)果相同的無量綱數(shù)。可以認(rèn)為式（1）的函數(shù)關(guān)系能用指數(shù)的乘積來表示。即

（2）

其中K為某一無量綱系數(shù)。式（2）的量綱關(guān)系為

（3）

從量綱和諧原理，得

L：2α1+α2=1 T：-α1=-1

聯(lián)立求解得α1=1，α2=-1 將上述結(jié)果，代入式（2），得

或

雷諾實(shí)驗(yàn)完成了K值的測(cè)定，以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證。結(jié)果得到K=2320。于是，無量綱數(shù)vd/ν便成了適應(yīng)于任何管徑，任何牛頓流體的流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。由于雷諾的奉獻(xiàn)，vd/ν定命為雷諾數(shù)。

隨著量綱分析理論的完善，利用量綱分析得出無量綱參數(shù)，研究多個(gè)物理量間的關(guān)系，成了現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)研究的重要手段之一。

⒉為何認(rèn)為上臨界雷諾數(shù)無實(shí)際意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與紊流的判據(jù)？實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)為多少？

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，上臨界雷諾數(shù)實(shí)測(cè)值在3000～5000范圍內(nèi)，與操作快慢，水箱的紊動(dòng)度，外界干擾等密切相關(guān)。有關(guān)學(xué)者做了大量實(shí)驗(yàn)，有的得12000，有的得20000，有的甚至得40000。實(shí)際水流中，干擾總是存在的，故上臨界雷諾數(shù)為不定值，無實(shí)際意義。只有下臨界雷諾數(shù)才可以作為判別流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。凡水流的雷諾數(shù)小于下臨界雷諾數(shù)者必為層流。一般實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)為2100左右。

⒊雷諾實(shí)驗(yàn)得出的圓管流動(dòng)下臨界雷諾數(shù)2320，而目前一般教科書中介紹采用的下臨界雷諾數(shù)是2000，原因何在？

下臨界雷諾數(shù)也并非與干擾絕對(duì)無關(guān)。雷諾實(shí)驗(yàn)是在環(huán)境的干擾極小，實(shí)驗(yàn)前水箱中的水體經(jīng)長時(shí)間的穩(wěn)定情況下，經(jīng)反復(fù)多次細(xì)心量測(cè)才得出的。而后人的大量實(shí)驗(yàn)很難重復(fù)得出雷諾實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確數(shù)值，通常在2000～2300之間。因此，從工程實(shí)用出發(fā)，教科書中介紹的園管下臨界雷諾數(shù)一般是2000。⒋試結(jié)合紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察，分析由層流過渡到紊流的機(jī)理何在？

從紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察可知，異重流（分層流）在剪切流動(dòng)情況下，分界面由于擾動(dòng)引發(fā)細(xì)微波動(dòng)，并隨剪切流速的增大，分界面上的波動(dòng)增大，波峰變尖，以至于間斷面破裂而形成一個(gè)個(gè)小旋渦。使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橫向紊動(dòng)。正如在大風(fēng)時(shí)，海面上波浪滔天，水氣混摻的情況一樣，這是高速的空氣和靜止的海水這兩種流體的界面上，因剪切流動(dòng)而引起的界面失穩(wěn)的波動(dòng)現(xiàn)象。由于園管層流的流速按拋物線分布，過流斷面上的流速梯度較大，而且因壁面上的流速恒為零。相同管徑下，如果平均流速越大則梯度越大，即層間的剪切流速越大，于是就容易產(chǎn)生紊動(dòng)。紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)所見的波動(dòng)→破裂→旋渦→質(zhì)點(diǎn)紊動(dòng)等一系列現(xiàn)象，便是流態(tài)從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^程顯示。

⒌分析層流和紊流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性方面各有何差異？ 層流和紊流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性方面的差異如下表：

運(yùn)動(dòng)學(xué)特性:

動(dòng)力學(xué)特性:

層流: 1.質(zhì)點(diǎn)有律地作分層流動(dòng)

1.流層間無質(zhì)量傳輸

2.斷面流速按拋物線分布

2.流層間無動(dòng)量交換

3.運(yùn)動(dòng)要素?zé)o脈動(dòng)現(xiàn)象

3.單位質(zhì)量的能量損失與流速的一次方成正比

紊流: 1.質(zhì)點(diǎn)互相混摻作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)

1.流層間有質(zhì)量傳輸

2.斷面流速按指數(shù)規(guī)律分布

2.流層間存在動(dòng)量交換

3.運(yùn)動(dòng)要素發(fā)生不規(guī)則的脈動(dòng)現(xiàn)象

3.單位質(zhì)量的能量損失與流速的（1.75～2）次方成正比

實(shí)驗(yàn)六 文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)

521實(shí)驗(yàn)分析與討論

⒈本實(shí)驗(yàn)中，影響文丘里管流量系數(shù)大小的因素有哪些？哪個(gè)因素最敏感？對(duì)d2=0.7cm的管道而言，若因加工精度影響，誤將（d2－0.01）cm值取代上述d2值時(shí)，本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的μ值將變?yōu)槎嗌伲?由式

可見本實(shí)驗(yàn)（水為流體）的μ值大小與Q、d1、d2、Δh有關(guān)。其中d1、d2影響最敏感。本實(shí)驗(yàn)中若文氏管d1 =1.4cm，d2=0.71cm，通常在切削加工中d1比d2測(cè)量方便，容易掌握好精度，d2不易測(cè)量準(zhǔn)確，從而不可避免的要引起實(shí)驗(yàn)誤差。例如當(dāng)最大流量時(shí)μ值為0.976，若d2的誤差為－0.01cm，那么μ值將變?yōu)?.006，顯然不合理。

⒉為什么計(jì)算流量Q’與實(shí)際流量Q不相等？

因?yàn)橛?jì)算流量Q’是在不考慮水頭損失情況下，即按理想液體推導(dǎo)的，而實(shí)際流體存在粘性必引起阻力損失，從而減小過流能力，Q

如圖6.4所述，⒋試應(yīng)用量綱分析法，闡明文丘里流量計(jì)的水力特性。

運(yùn)用量綱分析法得到文丘里流量計(jì)的流量表達(dá)式，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果，便可進(jìn)一步搞清流量計(jì)的量測(cè)特性。

對(duì)于平置文丘里管，影響ν1的因素有：文氏管進(jìn)口直徑d1，喉徑d2、流體的密度ρ、動(dòng)力粘滯系數(shù)μ及兩個(gè)斷面間的壓強(qiáng)差ΔP。根據(jù)π定理有

從中選取三個(gè)基本量，分別為：

共有6個(gè)物理量，有3個(gè)基本物理量，可得3個(gè)無量綱π數(shù)，分別為：

根據(jù)量綱和諧原理，π1的量綱式為

分別有

L：1=a1+b1-3c1

T：0=-b1 M：0= c1 聯(lián)解得：a1=1，b1=0，c1=0，則

同理

將各π值代入式（1）得無量綱方程為

或?qū)懗?/p>

進(jìn)而可得流量表達(dá)式為

（2）

式（2）與不計(jì)損失時(shí)理論推導(dǎo)得到的

（3）

相似。為計(jì)及損失對(duì)過流量的影響，實(shí)際流量在式（3）中引入流量系數(shù)μQ計(jì)算，變?yōu)?/p>

（4）比較（2）、（4）兩式可知，流量系數(shù)μQ與Re一定有關(guān)，又因?yàn)槭剑?）中d2/d1的函數(shù)關(guān)系并不一定代表了式（2）中函數(shù)所應(yīng)有的關(guān)系，故應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)搞清μQ與Re、d2/d1的相關(guān)性。

通過以上分析，明確了對(duì)文丘里流量計(jì)流量系數(shù)的研究途徑，只要搞清它與Re及d2/d1的關(guān)系就行了。由實(shí)驗(yàn)所得在紊流過渡區(qū)的μ（d2/d1為常數(shù)），可知μ因恒有μQ～Re關(guān)系曲線Q隨Re 的增大而增大，<1，故若使實(shí)驗(yàn)的Re增大，μQ將漸趨向于某一小于1 的常數(shù)。

另外，根據(jù)已有的很多實(shí)驗(yàn)資料分析，μQ與d1/d2也有關(guān)，不同的d1/d2值，可以得到不同的μQ～Re關(guān)系曲線，文丘里管通常使d1/d2=2。所以實(shí)用上，對(duì)特定的文丘里管均需實(shí)驗(yàn)率定μQ～Re的關(guān)系，或者查用相同管徑比時(shí)的經(jīng)驗(yàn)曲線。還有實(shí)用上較適宜于被測(cè)管道中的雷諾數(shù)Re>2×105，使μQ值接近于常數(shù)0.98。

流量系數(shù)μQ的上述關(guān)系，也正反映了文丘里流量計(jì)的水力特性。

⒌文氏管喉頸處容易產(chǎn)生真空，允許最大真空度為6～7mH2O。工程中應(yīng)用文氏管時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)其最大真空度是否在允許范圍內(nèi)。據(jù)你的實(shí)驗(yàn)成果，分析本實(shí)驗(yàn)流量計(jì)喉頸最大真空值為多少？

本實(shí)驗(yàn)若d1= 1.4cm，d2= 0.71cm，以管軸線高程為基準(zhǔn)面，以水箱液面和喉道斷面分別為1—1和2—2計(jì)算斷面，立能量方程得

則

> 0

<－52.22cmH2O，而由本實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)為60.5cmH2O。即實(shí)驗(yàn)中最大流量時(shí)，文丘里管喉頸處真空度進(jìn)一步分析可知，若水箱水位高于管軸線4m左右時(shí)，實(shí)驗(yàn)中文丘里喉頸處的真空度可達(dá)7mH2O（參考能量方程實(shí)驗(yàn)解答六—4）。

第五篇：南京信息工程大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理信息系統(tǒng)

南京信息工程大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)課程：管理信息系統(tǒng)

專業(yè)班級(jí)：2011級(jí)財(cái)務(wù)管理

指導(dǎo)教師：朱曉東

實(shí)驗(yàn)一：本實(shí)驗(yàn)素材（Excel 1）中提供了一個(gè)有關(guān)商店和區(qū)域銷售的數(shù)據(jù)庫，記錄了每周在不同的銷售區(qū)域商店銷售計(jì)算機(jī)設(shè)備的銷售數(shù)量。該數(shù)據(jù)庫包括的字段有：商店代碼、銷售區(qū)域代碼、商品名稱、單價(jià)、數(shù)量以及每周銷售額。請(qǐng)生成一些報(bào)表并進(jìn)行查詢，以使這些信息對(duì)企業(yè)更有用。如果有必要，可以對(duì)數(shù)據(jù)庫中的表格進(jìn)行修改，以提供你所需要的信息。請(qǐng)回答下列問題：

（1）哪些商店和銷售區(qū)域的銷售業(yè)績最佳？（2）哪些產(chǎn)品最暢銷？

（3）各商店和銷售區(qū)域銷售得最多的產(chǎn)品是什么？

（4）最旺和最淡的銷售時(shí)段分別是什么？銷售情況最好和最差的是哪家商店？哪些銷售區(qū)域？哪些產(chǎn)品？

（5）公司如何在銷售情況最差的商店和銷售區(qū)域提高銷售額？（答案可以多樣化。）

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）利用excel函數(shù)乘積功能求出銷售總額，如圖：

再用篩選功能分別求出個(gè)商店的銷售總額：商店一90281.1 商店二54262.7 商店三90051.25 商店四75498.75 商店五158334 商店六267648.9 商店七170040.9 商店八91435.05

可見，商店六的銷售業(yè)績最佳

再分別按

銷

售

區(qū)

域

進(jìn)

行

篩

選

：

南部地區(qū)銷售234595.1 東部地區(qū)銷售529124.8 北部地區(qū)銷售233832.8 可見，東部地區(qū)銷售最好。

（2）篩選產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：

銷售量：

609代碼為2005）917（商品代碼為3006）670（商品代碼為6050）981（商品代碼為8500）

可見，代號(hào)為8500的商品最暢銷

（3）先篩選商店，再篩選商品，如：

商店一銷售情況：

67（商品代碼為2005）104（商品代碼為3006）69（商品代碼為6050）85（商品代碼為8500）

商店二銷售情況： 26 24 26 56

商店三銷售情況： 71 95 56 84 商店四銷售情況： 42 72 78 75

商店五銷售情況： 75 237 144 159

商店六銷售情況： 165 179 118 265 商店七銷售情況： 105 144 132 167

商店八銷售情況： 58 62 47 90 實(shí)驗(yàn)二：