北冰洋浮冰区湍流通量观测试验及参数化研究

水力学实验报告思考题答案（一）伯诺里方程实验（不可压缩流体恒定能量方程实验）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J P 可正可负。

而总水头线(E-E)沿程只降不升，线坡J P 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。

如图所示，测点5至测点7，管渐缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，J P >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，J P <0。

而据能量方程E 1=E 2+h w1-2，h w1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有h w1-2>0，故E 2恒小于E 1，（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，如图上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？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222gAQ E pZ H p -=+=γ，任一断面起始的总水头E 及管道过流断面面积A 为定值时，Q 增大，g v 22就增大，则γpZ +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γpZ +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g A Q g A Q A Q g v g v v p Z H P 2222222212222222122ζζγ+-=+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆=∆ g A Q A A 212222122⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=ζ式中ζ为两个断面之间的损失系数。

管中水流为紊流时，ζ接近于常数，又管道断面为定值，故Q 增大，H ∆亦增大，()P P -线的起落变化更为显著。

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，测点高差0.7cm ，γpZ H P +=均为37.1cm （偶有毛细影响相差0.1mm ），表明均匀流各断面上，其动水压强按静水压强规律分布。

第32卷第4期极地研究Vol. 32, No. 4 2020年12月CHINESE JOURNAL OF POLAR RESEARCH December 2020我国参与MOSAiC气候多学科漂流冰站计划的概况雷瑞波(自然资源部极地科学重点实验室, 中国极地研究中心, 上海 200136)0 前言与中低纬度相比, 北极气候变暖呈现放大效应。

在过去40年里, 北极表面气温在各个季节都有不同程度的增温趋势, 其中秋冬尤为突出。

《巴黎协定》指出, 各方将加强对气候变化威胁的全球应对, 把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2°C之内, 并为把升温控制在1.5°C之内而努力。

北极地区的升温幅度已经超过了《巴黎协定》设定的全球尺度的阈值。

正是因为北极近地面气温的升高, 北极海冰呈现快速减少的趋势, 北极的大气、海洋和陆地环境也随之发生诸多不可逆的变化, 北极成为了全球气候变化的震中。

越来越多的研究表明北极气候变化和海冰减少与北美和欧亚大陆的冷冬及雪暴等极端天气存在密切的关系, 甚至会影响我国冬季季风和华北地区的雾霾扩散。

北极海冰的变薄和缩退使得北冰洋适航性显著提高。

对于常水船舶, 1979—2005年9月北极东北航道的适航概率为40%, 而2006—2015年则提高至60%~71%。

针对北冰洋中心区域气-冰-海相互作用过程, 尤其是冬季过程, 观测数据的匮乏制约了我国对北极海冰与海洋环境变化认知水平的提高以及海冰预测预报能力的提升。

冰站观测是北冰洋考察区别于其他大洋考察的最主要手段, 南大洋以季节性海冰为主, 年周期的冰站观测也难以实施。

同时, 冰站观测也是获得北冰洋气-冰-海相互作用过程的最直接和有效的手段。

冰站考察的科学设计源自挪威的探险家弗里乔夫·南森。

南森利用特殊设计的“弗拉姆号”木帆船于1893年9月—1896年8月完成了自拉普捷夫海北部至弗拉姆海峡的穿极漂流探险, 证实了穿极流的存在。

化工原理习题————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ一流体流动流体密度计算1.１在讨论流体物性时，工程制中常使用重度这个物理量，而在SI制中却常用密度这个物理量,如水的重度为１０00［kgf/m3],则其密度为多少[kg/m3］?1.2燃烧重油所得的燃烧气,经分析测知,其中含8.5%ＣO2，7.5%O2,76％N２,8%水蒸气(体积%)，试求温度为50０℃,压强为1ａtm时该混合气的密度。

１.3已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700[kg/m3］、760[kg/m3］和900［kg／m３]。

试根据以下条件分别计算此三种油类混合物的密度（假设在混合过程中，总体积等于各组分体积之和)。

(1）汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是20%、30%和50%；(2）汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是20％、３０％和50%。

绝压、表压、真空度的计算1.4在大气压力为76０[mmHg]的地区,某设备真空度为73８[mmHg］,若在大气压为655［mmＨg]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值, 则真空表读数应为多少？静力学方程的应用1.５如图为垂直相距1．5m的两个容器,两容器中所盛液体为水，连接两容器的U型压差计读数R为500[mmＨg],试求两容器的压差为多少？ρ水银＝13.6×103[kg/m3］1.6容器A.B分别盛有水和密度为９00［ｋg／ｍ3]的酒精,水银压差计读数R为１5mm,若将指示液换成四氯化碳（体积与水银相同)，压差计读数为若干?ρ水银=13．6×１０3[kg/m3] 四氯化碳密度ρｃcl4＝1.594×103 [kg/m3]习题5附图习题６附图１.7用复式Ｕ管压差计测定容器中的压强，U管指示液为水银,两U管间的连接管内充满水。

已知图中ｈ１=２.3ｍ，ｈ２=1.2m, h３=2.5ｍ，h4=1．4m,ｈ5＝３m。

《洋流的模拟实验》实验课教案【实验背景】洋流是人类所处的海洋环境中重要组成因素，它本身属于自然地理知识，包括洋流的的概念、成因、分布，以及对气候、生物的影响。

从人地关系的角度，洋流通过影响沿岸气候而影响没岸人民的生活与生产，通过影响海洋生物来影响海洋渔业生产，还能从正反两方面影响海洋航运和海水污染状况。

另一方面，人类可以主动利用洋流于海上战争、海洋航运、海洋通讯等事业。

在人类历史中，洋流对人类活动成败与否起着决定意义的案例很多。

让学生探究洋流的形成和分布不仅有利于学生对洋流知识的记忆，更能培养学生的大局观念，认识地理要素间的相互联系、相互渗透、相互制约、相互影响的辩证关系。

也认识海洋环境的重要意义，人类发展应和海洋自身的发展相协调。

【实验器材】玻璃水槽、碎茶叶末（一部分要预先浸透）、吹风机、橡胶管【实验步骤】回忆上节课讲的关于“洋流”的知识。

明确洋流产生的原因和洋流的类型。

洋流模拟实验共分四种，实验器材、物品摆放在讲台上，分四个小组自选组员和实验课题，依次上台实验和讲解。

（教师演示、教学生如何记录实验现象和分析）例：风海流和补偿流的形成1.在盛水器的表面标注出赤道、两极和南北半球的西风带。

把玻璃水槽注满水，放入茶叶末（两种一起放入）。

2.用吹风机通过橡胶管向赤道表面吹风（类似于赤道地带的东北信风和东南信风），记录现象，并分析：3.水面现象及分析（如图1）：分析：在赤道地区，由于信风的吹送，水体从东向西流，形成风海流；在图中A、B两个地区的水流是由于赤道地区洋流的流动，引起水体的减少，引起补偿，形成补偿流。

水槽剖面现象及分析（沿赤道剖面，如图2）：分析：由于表层水体自东向西流，E地水面降低，底层水体上升，形成上升补偿流；相反，F地水体下降补偿，形成下降补偿流。

4.用吹风机在赤道、西风带位置同时向水面吹气，观察水面茶叶末的运动方向（如图1）。

分析：图中形成四个环流，其环流方向分别类似于气旋和反气旋，形成了分别以C、D为中心的北半球和南半球的反气旋型环流，以及以G、H为中心的气旋型环流，由于南极地区为陆地，南半球缺少了气旋型环流（可在南极地区的位置上放上石块演示）。

水力学实验报告实验一流体静力学实验实验二不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺利方程）实验实验三不可压缩流体恒定流动量定律实验实验四毕托管测速实验实验五雷诺实验实验六文丘里流量计实验实验七沿程水头损失实验实验八局部阻力实验实验一流体静力学实验实验原理在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程或 (1.1) 式中：z被测点在基准面的相对位置高度；p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；p0水箱中液面的表面压强；γ液体容重；h被测点的液体深度。

另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：(1.2)据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。

实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测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P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。

，相应容器的真空区域包括以下三部分：(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及水箱内的水体而言，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、气所占的空间区域，均为真空区域。

(2)同理，过箱顶小水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。

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γ0。

最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。

4.如测压管太细，对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式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。

船-冰碰撞载荷时间历程的模型试验研究黄焱;马高强;孙剑桥【摘要】船-冰碰撞载荷是极地船舶船体外板结构强度的设计载荷,但目前的极地船级规范中尚未涉及船-冰碰撞载荷的时变特征.以我国新一代极地科考船为原型开展室内冰水池物理模型试验,对船首与浮冰的碰撞过程进行模拟;试验测试以主拖车拖曳船模撞击浮冰的方式进行,碰撞过程中船体所受冰载荷由布置在船首表面的触觉传感器测得.试验发现:船-冰碰撞过程中的整体冰载荷沿船体外板的作用呈现出近抛物线的轨迹,同时,载荷经历了先上升、后下降的完整过程,最大载荷作用时刻出现在冰体最大下压弯曲变形时刻;此外,最大载荷出现的水平位置集中在1/4船宽附近,相应局部碰撞载荷的时程曲线特征以‘单峰’型形态为主.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】8页(P7-14)【关键词】船-冰碰撞;冰载荷;时间历程;模型试验;触觉传感器【作者】黄焱;马高强;孙剑桥【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300350;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300350;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300350【正文语种】中文【中图分类】U661.73随着近年来北极航道的开通，以及极地地区铁、镍、油气等矿产资源开发的日趋频繁，船舶航行于极地海域的频率日益增加，同时，由船-冰碰撞所导致的船体结构损伤的风险也日益突出。

为了保障极地地区生命、财产与环境的安全，世界多国通力协作，致力于极地海域船舶操作规范的标准化，由此促成了国际船级社协会(IACS)《极地船级规范》的颁布。

极地船级规范在综合考虑多种船-冰相互作用情形的基础上，将船首与巨型浮冰的碰擦作用(Glancing impact)作为船体外板强度设计的控制载荷情形，并通过理论分析构建了基于“压力-面积关系”(Pressu re-Area Relationship)的碰撞载荷评估方法[1-2]。

第四章层流流动及湍流流动由于实际流体有粘性，在流动时呈现两种不同的流动形态：层流流动及湍流流动，并在流动过程中产生阻力。

对可压缩流体，阻力使流体受压缩。

对不可压缩流体，阻力使流体的一部分机械能转化为热能散失，这个转变过程不可逆。

散失的热量称为能量损失。

单位质量（或单位体积）流体的能量损失，称为水头损失（或压力损失），并以h w（或Δp）表示。

本章首先讨论流体的流动状态，再对粘性流体在两种流动状态下的能量损失进行分析。

第一节流动状态及阻力分类一、流体的流动状态1．雷诺试验：1882年雷诺作了如教材45页图4-1所示的流体流动形态试验。

试验装置：在圆管的中心用细玻璃管向圆管的水流中引入红色液体的细流。

试验情况：（1）当水的流速较小时（图4-1a），红色液体细流不与周围水混和，自己保持直线形状与水一起向前流动。

（2）如把水的流速逐渐增大，至一定程度时，红色细流便开始上下振荡，呈波浪形弯曲（如图4-1b）。

（3）当再把水流速度增大，红色细流的振荡加剧，至水的流速增大至某一速度后，圆管中红色细流消失，红色液体混入整个圆管的水中（如图4-1c）。

试验的三种不同状况说明：（1）对（图4-1a）所示，表明水的质点只有向前流动的位移，没有垂直水流方向的移动，即各层水的质点不相互混和，都是平行地移动的，这种流动称为层流；（2）对（图4-1b）所示，说明流动的水质点已开始有垂直水流方向的位移，离开圆管轴线较远的部位水的质点仍保持平行流动的状态；（3）对（图4-1c）所示，说明流动中水的质点运动已变得杂乱无章，各层水相互干扰，这种流动形态称为紊流或湍流。

2．雷诺数：流体之所以出现不同的流动形态，主要由流体质点流动时其本身所具有的惯性力和所受的粘性力的数值比例决定。

惯性力相对较大时，流体趋向于作紊流式的流动；粘性力则起限制流体质点作纵向脉动的作用，遏止紊流的出现。

雷诺根据此原理提出了一个判定流体流动状态的无量纲参数——雷诺数（Re）：对在圆管中流动的流体而言，雷诺数的表现形式为v：圆管内流体的平均流速（m/s）；ε：动力粘度（Pa·s）。

33.1 流体静力学实验3.1.1 实验目的与要求1.通过实验加深对流体静力学基本方程的理解；2.掌握用测压管测量流体静压强的技能；3.验证静止流体中, 不同点对于同一基准面的测压管水头为常数.即 )；4.学习利用U 形管测量液体密度；3.1.2 5.建立液体表面压强 的概念，并观察真空现象。

3.1.3 实验原理重力作用下流体静力学的基本方程为const gp z =+ρ(常数) 液面以下任一点处的流体静压强gh p p ρ+=0利用等压面和连通器原理, 可求出待求液体的密度。

如欲测定油的密度, 图3.1.1中1－1.2－2为等压面, 分别量测液柱及油柱高度, 采用下式可得油的密度:H h ρρ=油式中: —— 被测点相对于基准面的位置高度；—— 被测点流体静压强, 用相对压强表示, 以下同；0p —— 水箱中液面的表面压强；ρ—— 液体密度；h —— 被测点之上的液体深度或液柱高度；油ρ——油的密度；H ——油柱高度。

33.1.4 实验装置本实验的目的和要求可以分别通过如下两套实验装置完成。

A BCD P 012367485910111.测压管2.带标尺测压管3.连通管4.真空测压管5.U 型测压管6.通气阀7.加压打气球 8.截止阀 9.油柱 10.水柱 11.减压放水阀图3.1.3 流体静力学实验装置二同样为一全透明密封有机玻璃箱内注水, 并由一乳胶管将水箱与一加压打气筒相连, 底部设有一减压放水阀, 可通过加压打气、减压放水可调节水箱内液体的表面压强。

水箱顶部装有排气阀 , 用以控制液体的表面压强。

U 形管压差计内所装液体为油, 。

3.1.5 注: 1. 两种装置所有测管液面标高均以标尺零读数为基准；3.1.6 2. 仪器上所注▽A 、▽B 、▽C 系测点A 、B 、C 标高。

3.1.7 实验方法与步骤1. 熟悉仪器, 记录有关常数；2. 打开水箱顶部通气阀 , 使水箱内的液面与大气相通, 此时液面压强 。

水力学实验报告实验一流体静力学实验实验二不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺利方程）实验实验三不可压缩流体恒定流动量定律实验实验四毕托管测速实验实验五雷诺实验实验六文丘里流量计实验实验七沿程水头损失实验实验八局部阻力实验实验一流体静力学实验实验原理在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程或 (1.1) 式中：z被测点在基准面的相对位置高度；p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；p0水箱中液面的表面压强；γ液体容重；h被测点的液体深度。

另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：(1.2)据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。

实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测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P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。

，相应容器的真空区域包括以下三部分：(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及水箱内的水体而言，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、气所占的空间区域，均为真空区域。

(2)同理，过箱顶小水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。

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γ0。

最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。

4.如测压管太细，对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式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。

工程流体力学实验报告实验一流体静力学实验实验原理在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程或(1.1)式中：z被测点在基准面的相对位置高度；p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；p0水箱中液面的表面压强；γ液体容重；h被测点的液体深度。

另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：(1.2)据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。

实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测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P<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。

B，相应容器的真空区域包括以下三部分：(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及水箱内的水体而言，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、气所占的空间区域，均为真空区域。

(2)同理，过箱顶小水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。

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γ最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。

4.如测压管太细，对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式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。

常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。

水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。

于是有(h、d单位为mm)一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。

现行规范和建议标准中冰荷载计算方法总结一．前言寒区内河或近海水工建筑物经常受到冰的侵袭和威胁，因此，冰对建筑物的作用力是寒区水工建筑物的主要荷载之一。

许多国家在建造冰区建筑物时，由于对冰作用力估计不足，致使某些水工建筑物遭受冰的作用而损坏。

前苏联的大部分国土处于寒冷地区，因为人类活动的需要，对内陆河川的冰荷载研究比较早；另外还有美国、加拿大、日本等国均有专门计算冰荷载的规定。

随着海洋油气资源的开发，冰对近海工程建筑物的作用问题也引起了工程界的高度关注，但是由于影响冰荷载的因素众多，冰荷载的作用形式多样以及过去对冰与结构物作用问题研究的不透彻，目前各国关于冰荷载的确定方法还处于不完善的状态。

而且各种公式虽然形式相近，但结果却相差甚远，仅能找到一个大约的范围，这也影响了我国抗冰建筑物设计时的借鉴。

本文归纳了近年来国内外主要规范和建议使用的冰荷载计算公式。

冰对建筑物的作用力包括静冰力和动冰力两个重要部分：静冰力指在冰的生成过程中及冻结后，冰和冰盖对结构的静冰挤压破坏作用；动冰力指运动的冰块在水流的作用下对结构的冲击、摩擦作用。

在具体环境中，作用在建筑物的主要冰荷载有[1]：1．巨大冰层包围建筑物，在风和潮流作用下，冰层对结构产生静压力，如果结构强度足够，则冰层会被建筑物切入或割裂而移动；2．流冰期流冰对建筑物的冲击作用；3．冬季温度变化剧烈时，整体冰层膨胀对结构产生挤压力；4．冰层与建筑物冻结在一起时，冰层由于风和潮流作用而对结构产生拖拽力，冰层因水位下降而产生向下的附加重力，冰层因水位上升而产生的向上的上拔力；5．浮冰与建筑物之间的摩擦力。

一． 国内外有关规范及建议中介绍的冰荷载计算公式[2][3]3．美国API规范[4]荷载种类使用条件计算公式参数说明冰对建筑物作用力一般性规定AcfPc=(22)c－系数，取决于冰力作用速度和形式，取值范围0.3～0.7；f c－冰的抗压强度，随温度、盐度和加载速率变化，范围在1.38～3.45MP a之间；A －冰的挤压面积API 2A 提出的具体计算公式σcDH P = (23) c －流冰力系数，与桩径和冰厚之比、桩形状、冰速有关，桩径与冰厚之比越大，系数越小，取0.3～0.7； D －桩柱直径；H －冰厚度；σ－海冰单轴抗压强度，取1.12～2.81MP a作用在单桩上的流冰力API RP 2N 提出的具体计算公式σIKDH P = (24)I －嵌入系数，实际是局部挤压系数，也包括结构形状影响；K －接触系数，也包括形状影响，规范建议对美国阿拉斯加库克湾海域取1.454．加拿大规范[5]荷载种类使用条件计算公式参数说明标准协会CAS 建议公式c DH P σ= (25)D －结构迎冰面宽度； H －冰厚度；c σ－冰压力有效值，取0.689～2.76MP a灯塔规范公式c DH m P σ'= (26)m ，－考虑形状、接触条件的综合系数，取0.4～0.7；c σ－冰的单轴抗压强度，取1.38～1.72MP a公路桥墩冰荷载c n DH c P σ= (27) n c －桥墩前缘倾斜系数。

在大的漂移趋势下还存在小范围的螺旋运动，边走边打转，整个漂移轨迹就像一根被过度拉伸的弹簧。

长期冰站这种边走边打转的漂移轨迹反映的是物理海洋学中惯性流的特征。

在不考虑海冰而仅考虑开阔海域的情况下，海水由于风的影响会产生一定的流动，该流动被视为漂流。

海水的漂流是随深度变化的，一般上层海水运动速度快，下层海水运动速度慢，由于海水是有粘性的，当相邻两层海水具有不同运动速度时，两层海水间会产生摩擦。

同时，因地球是在不停的自转的，地球自转会对地球上运动的物体产生一种作用力，称为科氏力，在北半球科氏力使运动的物体向右偏，（在南半球科氏力使运动的物体向左偏）。

在大洋中，当风维持的漂流转为自由的流动时，对海水起作用的力主要有摩擦力和科氏力。

在这两个力的作用下海水会边走边打转，直到最后停止运动。

海水的打转主要是科氏力造成的，因为只要海水相对地球不是静止的，就会由于地球的自转而受到科氏力的作用；又由于摩擦力的存在，海水的运动会逐渐慢下来，直到相对地球静止。

由惯性流理论可以得到海流打转的周期，该周期被定义为惯性周期，是和地理纬度有关的，北纬87°处的惯性周期为11.98h。

由雪龙船船载GPS可以得到冰站漂移轨迹的周期为12h，这和本地的惯性周期一致。

长期冰站漂移轨迹具有惯性流的特征，但又不是真正意义上的惯性流。

惯性流之所以被定义为惯性流，是因为该流动不再考虑外界风场的作用，仅考虑科氏力和摩擦力的作用，海水的流动靠的是海水的惯性。

而长期冰站并没有漂出风力强制的海区，风会对冰站持续地提供动力。

因此，冰站主要受三个力的作用，一是冰站上表面受风应力，给冰站漂移提供动力；二是冰站下表面受海水拖曳导致的流应力，流应力相当于惯性流中的摩擦力，对冰站来说是阻力；三是科氏力，导致冰站漂移轨迹的旋转。

因为有风持续地对冰站提供动力，因此冰站的运动没有出现停止。

虽然冰站的漂移轨迹和惯性流略有不同，但导致二者旋转的根源是相同的，都来源于地球自转科氏力的影响，所以二者有相同的旋转周期。

水力学实验报告实验二不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺利方程）实验实验三不可压缩流体恒定流动量定律实验实验四毕托管测速实验实验五雷诺实验实验六文丘里流量计实验实验八局部阻力实验实验二不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺利方程）实验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。

成果分析及讨论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J P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，J P<0。

而据能量方程E1=E2+h w1-2, h w1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有h w1-2>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。

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。

1 海洋运动的基本特征是什么？简述每个基本特征的特点。

海洋的湍流特性: 湍流是一种混乱无章的涡旋运动，湍流的发生也是突然而且没有任何先兆的。

Reynolds数Re是度量流动状态的一个重要参数，一旦达到某个临界值，流体的运动就会从层流变换到湍流。

海洋的薄层特性: 海洋的深度与广度的比值相当小，比一张扑克牌的比例还要小，是地道的薄层流体。

薄层流体与比值趋近于1的流体有相当大的不同。

海洋的运动特征与薄层特性关系很大，海洋环流的垂直运动速度只有水平运动的千分之一。

海洋的能量分布也有很强的薄层特性。

海洋的旋转特性: 海洋处于旋转的地球上，不仅仅是受到地球旋转的影响，而且根本就是一种具有旋转特性的流体，称为旋转流体。

海洋的旋转特性体现在地球旋转对海洋大尺度运动都有显著影响。

海洋的层化特性: 海洋的层化是指海洋的密度具有明显的分层特性，即在密度在垂直方向上有明显的变化，而在水平方向上却保持很大尺度上的一致性。

层化既包括海洋跃层所体现的分层效应，也包括密度在垂直方向上连续的变化，称为连续层化。

2 Rossby 变形半径描述了海洋运动的哪个特征？简述它的物理意义。

Rossby 变形半径描述了海洋运动的旋转特性。

其物理意义如下：（1）当海盆的尺度大于罗斯贝变形半径时，海洋环流将主要是地转平衡。

（2）罗斯贝变形半径是在旋转特征周期这一时间尺度上重力波传播的特征距离；在这个距离上，科氏力使自由面变形的趋势与重力使自由面恢复原状的趋势相平衡。

（3）罗斯贝变形半径是一个长度尺度，在这个尺度上，重力消除水平扰动的趋势和地球旋转把流体沿旋转轴凝聚在一起的趋势相当。

（4）从大洋环流的角度看，罗斯贝变形半径定义了一个长度尺度，尺度大于罗斯贝变形半径的运动以内部的涡旋拉伸为主要变化形式，而尺度小于罗斯贝变形半径的运动以相对涡度的变化为主要变化形式。

（5）在大气地转适应过程中，尺度大于罗斯贝变形半径的大气运动，风场向气压场适应；而尺度小于罗斯贝变形半径的大气运动，气压场向风场适应。

工程流体力学实验报告之分析与讨论实验一流体静力学实验实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测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。

<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。

2.当PB，相应容器的真空区域包括以下三部分：(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及水箱内的水体而言，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、气所占的空间区域，均为真空区域。

(2)同理，过箱顶小水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。

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γ最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。

4.如测压管太细，对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式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。

常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。

水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。

于是有(h、d单位为mm)一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。

另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，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。