工程流体力学自测题

表1.1 观测数据 名 称 液 面 高 程 单 位 p0?pa1 测压管液面高程读数 厘米 ?1 厘米 ?2 厘米 ?3 厘米 ?4 厘米 ?5 厘米 ?6 厘米 ?7 p0?pa 表1.2 计算 算序 1 2 3 4 5 6 2 1 2 项 目 ?1??2??3??2??7??6 p0?pa??(?7??6) PA???(?1??2)?h0A? 1 p0?pa 2 1 p0?pa 2 单位 厘米 P0?Pa??(?7??6)??'(?5??4) ?' 'PA?Pa?PA 注：设A点在水箱水面下的深度h0A 厘米。 （六）回答问题

1、第1、2、3号管和4、6号管，可否取等压面？为什么？ 2、第1、4、6号管和1、3号管中的液面，是不是等压面？为什么？

二、动量方程验证实验

（一）实验目的

1、测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。

2、将测出的冲击力与用动量方程计算出的冲击力进行比较，加深对动量方程的理解。 （二）实验原理

应用力矩平衡原理如图2.1所示：求射流对平板和曲面板的冲击力。

GL1FL?GL1，L 力矩平衡方程：

式中：F?射流作用力；L?作用力力臂； G?砝码重量；L1?砝码力臂。

F?

图2.1 力矩平衡原理示意图

,22

??,?F??Q(?V??1V1) 恒定总流的动量方程为

,,????1，且只考虑其中水平方向作用力，则可求得射流对平板和曲面的作用力公式为：21若令

F??QV(1?cos?)

Q?管嘴的流量；V?管嘴流速；??射流射向平板或曲面板后的偏转角度。

式中：

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F??QV。F平：??90。时，平水流对平板的冲击力

。??135。时，F??QV(1?cos135)?1.707?QV?1.707F平

??180。时，F??QV(1?cos180)?2?QV?2F平

（三）实验设备

实验设备及各部分名称见图2.2，实验中配有??90平面板和??135及??180的曲面板，另备大小量筒及秒表各一只。 （四）实验步骤

1、记录管嘴直径和作用力力臂。

2、安装平面板，调节平衡锤位置，使杠杆处于水平状态(杠杆支点上的气泡居中) 3、启动抽水机，使水箱充水并保持溢流。此时水流从管嘴射出，冲击平

。。。

图2.2 动量原理实验仪

L

板中心，标尺倾斜。加砝码并调节砝码位置，使杠杆处于水平状态，达到力矩平衡。记录砝码质量和力臂1。

4、用体积法测量流量

Q用以计算F理。

。(??135及??180。)5、将平面板更换为曲面板，测量水流对曲面板的冲击力并重新用体积法测量流

量。

6、 关闭抽水机，将水箱中水排空，砝码从杠杆上取下，结束实验。 （五）注意事项

1、量测流量后，量筒内的水必须倒进接水器，以保证水箱循环水充足。 2、测流量时，计时与量筒接水一定要同步进行，以减小流量的量测误差。 3、测流量一般测两次取平均值，以消除误差。

（六）实验成果及要求

1、 有关常数。

喷管直径d= cm， 作用力力臂L= 7 cm， 实验装置台号：

2、 记录及计算（见表2.1）。 表2.1：计录及计算表 实测冲理论计算冲测体积 时间 流量 平均流量 流速 冲击板砝码重量 力臂L1 击力 F实 击力F理 s cm3/s cm3/s cm/s cm 次 cm3 角度α N×10-5 N×10-5 N×10-5 3、 成果分析：将实测的水流对板的冲击力与由动量方程计算出的水流对板 的冲击力进行比较，计算出其相对误差，并分析产生误差的原因。

理有差异，除实验误差外还有什么原因？ （七）思考题 1、实2、实验中，平衡锤产生的力矩没有加以考虑，为什么？

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三、孔口与管嘴流量系数验证实验

（一）实验目的

?和流量系数?。

?2、了解管嘴内部压强分布特征，测定管嘴流量系数。

1、了解孔口流动特征，测定孔口流速系数（二）实验原理

当水流从孔口出流时，由于惯性的作用，水流在出孔口后有收缩现象，约在0.5d处形成收缩断面c-c。收缩断面c-c的面积

Ac与孔口的面积A的比值?称为收缩系数。应用能量方程可推得孔口流量计算公式如下

?为流速系数，?为流量系数，H为孔口中心点以上的作用水头。已知收缩系数?和流速系数?或流量系

???数可求得孔口流量。本实验将根据实测的流量等数据测定流速系数或流量系数。

式中，

当水流经管嘴出流时，由于管嘴内部的收缩断面处产生真空，等于增加了作用水头，使得管嘴的出流大于孔口出流。应用能量方程可推得管嘴流量计算公式如下

Q???A2gH 或 Q??A2gH

Q??nA2gH 或 Q??nA2gH

?n为流速系数，?n为流量系数，?n??n，H为管嘴中心点以上的作用水头。已知流速系数?n或流量???系数n可求得管嘴流量。本实验将根据实测的流量等数据测定流速系数n或流量系数n。

式中，

根据系统理论和实验研究各系数有下列数值

??0.63~0.64 ??0.97~0.98 ??0.60~0.62

???n?0.82

管嘴 n孔口

由于收缩断面位置不易确定，以及观测误差等原因，本实验设备所测的数据只能逼近上述数据。 （三）实验设备

实验设备与各部分名称如图3.1所示。

图3.1 孔口管嘴实验仪 （四）实验步骤

1、熟悉仪器，记录孔口直径孔口和管嘴直径管嘴，记录孔口中心位置高程孔口和水箱液面高程液面。 2、启动抽水机，打开进水开关，使水进入水箱，并使水箱保持溢流，使水位恒定。

3、关闭孔口和管嘴，观测与管嘴相连的压差计液面是否与水箱水面齐平。若不平，则需排气调平。

4、打开管嘴，使其出流，压差计液面将改变，当流动稳定后，记录压差计各测压管液面，用体积法或电子流量计测量流量。

5、关闭管嘴，打开孔口，使其出流，当流动稳定后，用游标卡尺测量孔口收缩断面直径，用体积法或电子流量计测量流量。

6、关闭水泵，排空水箱，结束实验。 （五）注意事项

1、量测流量后，量筒内的水必须倒进接水器，以保证水箱循环水充足。 2、测流量时，计时与量筒接水一定要同步进行，以减小流量的量测误差。 3、测流量一般测两次取平均值，以消除误差。

4、少数测压管内水面会有波动现象。应读取波动水面的最高与最低读数的平均值。 （六）实验成果及要求 1、有关常数。

dd??第4页 共 20 页

dd?孔口直径孔口 cm、管嘴直径管嘴??? cm、 孔口中心位置高程

?孔口? cm、水箱液

面高程液面 cm，实验装置台号： 2、记录及计算（见表3.1、表3.2）。 表3.1 孔口实验记录及计数表 测次 体积 W 时间 T 流量 Q 注：水头H为孔口中心到水箱液面的垂直高度。 表3.2 管嘴实验记录及计数表 体积 W 时间 T 流量 Q 平均流量 Q平均 水头 H 流量 系数 各测压管液面读数 0.5d d 1.5d 2.5d 平均流量 Q平均 水头H 收缩断面dc 收缩 系数 流速 系数 ? ? 流量 系数 ? 测次 ?n 注：水头H为管嘴中心到水箱液面的垂直高度。 各测压管液面读数以水箱液面为基准。

3、成果分析：根据实测的值，计算孔口流速系数或流量系数、管嘴流量系数，分析误差的原因。 （七）思考题

1、流速系数是否可能大于1.0？

2、为什么同样直径与同样水头条件下，管嘴的流量系数 值比孔口的大？

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