流体力学实验思考题
参考答案
流体力学实验室
静水压强实验
1．同一静止液体的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指p z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。
2．当0〈B p 时，试根据记录数据，确定水箱的真空区域。
0〈B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分：
（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．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。
最简单的方法，是用直尺分别测量水箱通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。
4．如测压管太细，对于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
γ
θσd h cos 4= 式中，σ为表面力系数；γ为液体容量；d 为测压管的径；h 为毛细升高。常温的水，m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有
d h 7.29= （h 、d 均以mm 计）
一般来说，当玻璃测压管的径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ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，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。
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？哪一部分液体是同一等压面？
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）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是水平面。
6、用该实验装置能演示变液位下的恒定水流吗？
关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由C进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定水流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与C点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒定流动。这是由于液位的降低与空气补充使箱体表面真空度的减小处于平衡状态。医学上的点滴注射就是此原理应用的一例，医学上称这为马利奥特容器的变液位下恒定流。
文丘里实验
1．本实验中，影响文丘里管流量系数大小的因素有哪些？哪个因素最敏感？对本实验的管道而言，若因加工精度影响，误将()cm d 01.02-值取代2d 值时，本实验在最大流量下的μ值将变为多少？
由式 41222124⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=d d h g d Q πμ
得 h g d d Q ∆-=--244142πμ
可见本实验的μ值大小与Q 、1d 、2d 、h ∆有关。其中1d 、2d 影响最敏感。本实验中若文丘里管1d =1.4cm ，2d =0.71cm ，通常在切削加工中2d 比1d 测量方便，容易掌握好精度，2d 不易测量准确，从而不可避免的要引起实验误差。例如当最大流量时μ值为0.976，若2d 的误差为－0.01cm ，那么μ值将变为1.006，显然不合理。
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，Q 〈'Q ，即μ〈1.0。
3．文丘里流量计能否倾斜安装，为什么？
如图所示
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆γγ2211p z p z h 根据流体静力学方程
γγ2
2231311
p H h H h H H p =+∆-+∆---
得 22112
1
H h h H p p -∆+∆++=γγ
则 )()(222211212211γ
γγγp z H h h H p z p z p z +--∆+∆+++=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛
+ 212211)()(h h H z H z ∆+∆++-+=
由图可知 )()(4321h h h h h -+-=∆
式中，1h 、2h 、3h 、4h 分别为各测压管的液面读数。
因此，无论文丘里流量计是否倾斜安装，对测压管读数都不影响。
4．文丘里管喉颈处容易产生真空，允许最大真空度为6-7mH 2O 。工程中应用文丘里管时，应检验其最大真空度是否在允许围。根据你的实验成果，分析本实验文丘里管喉颈处最大真空值为多少？
本实验若1d =1.4cm ，2d =0.71cm ，以管轴线高程为基准面，以水箱液面和喉颈断面分别为1-1、2-2计算断面，列能量方程得
2122202-++=
w h g v p H αγ
则 212202122
02
22----
∇-∇=--=w w h g v h g v H p ααγ
Θ021〉-w h ∴22.522
〈-γp cmH 2O
即实验中最大流量时，文丘里管喉颈处真空度22.52〉v h cmH 2O ，而由本实验实测约为60cm 。
进一步分析可知，若水箱水位高于管轴线4m 左右时，实验中文丘里管喉颈处真空度可达7mH 2O 左右。
