北航流体力学实验报告思考题全解答

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【北航流体力学实验报告思考题全解答】

（雷诺实验、不可压缩流体定常流动量定律实验、不可压缩

流体定常流动能量方程实验）



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不可压缩流体恒定流能量方程实验

1.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，如图的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。 2.流量增加，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）总降落趋势更显着。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，故的减小更加显着。

（2）测压管水头线（P-P）的起落变化更为显着。 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着。

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

测点2、3位于均匀流断面（图），测点高差，HP=

均为（偶有毛细影响相差），表明均匀流同断


面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为，表明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。

不可压缩流体恒定流动量定律实验

1、实测β与公认值(β=～符合与否如不符合，试分析原因。

实测β=与公认值符合良好。(如不符合，其最大可能原因之一是翼轮不转所致。为排除此故障，可用4B铅笔芯涂抹活塞及活塞套表面。)

2、带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿x方向的动量力有无影响为什么

无影响。

因带翼片的平板垂直于x轴，作用在轴心上的力矩T，是由射流冲击平板是，沿yz平面通过翼片造成动量矩的差所致。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——入流速度与圆周切线方向的夹角，接近90°； α2——出流速度与圆周切线方向的夹角； r1,2——分别为内、外圆半径。

该式表明力矩T恒与x方向垂直，动量矩仅与yz平面上的流速分量有关。也就是说平板上附加翼片后，尽管在射流作用下可获得力矩，但并不会产生x方向的附加力，也不会影响x方向的流速分量。所以x方向的动量方程与平板上设不设翼片无关。

3、通过细导水管的分流，其出流角度与V2相同，试问对以上受力分析有无影响 无影响。

当计及该分流影响时，动量方程为



即



该式表明只要出流角度与V1垂直，则x方向的动量方程与设置导水管与否无关。

雷诺实验

⒈流态判据为何采用无量纲参数，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——层流和紊流，并且存在着层流转化为紊流的临界流速V’，V’与流体的粘性ν及园管的直径d有关，即

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