水力学实验1-参考答案
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水力学实验
参考答案
静水压强实验
1•同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？
测压管水头指z p「，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，同一静止液面内的测压管水头线是一
根水平线。
2•当Pb0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。
Pb0,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
Hi
hi
h2H2)(Z2)
(Zi
Hi)
(Z2
H2)
hih2
由图可知
h (hi
h2)
h4)
式中，hi、h2、h3、h4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6-7mH2O。工程中应用文丘里管时,
应检验其最大真空度是否在允许范围内。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？
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d20.01 cm值取代d2值时，本实验在最大流量下的 值将变为多少？
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
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 〈1.0。
3•文丘里流量计能否倾斜安装，为什么？ 如图所示
h乙Pz?旦
根据流体静力学方程
得
PiP2
Hi
hi
h2
H2
则
ziB
P2
Z2Zi
(P2
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ尺，试采用另外最简便的方法测定o。
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ho，由式whwoho，从而求得o。
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
,
h
d
式中，为表面张力系数；为液体容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温的水,
0.073 N m
于是有
h 29.7 d
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；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角较大，
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7mH2O左右。
本实验若d1=l.4cm，d2=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i-i、
2-2计算断面，列能量方程得
门P2V；
Ho-
hwi 2
2g
则
2
2
P2
HV2h
H0hwi 20
V2hwi
2g
2g
hw120
52.22cmH2O
即实验中最大流量时， 文丘里管喉颈处真空度hv52.22cmH2O,而由本实验实测约为60cm。
由式
可见本实验的值大小与Q、d1、d2、h有关。其中d1、d2影响最敏感。本实验
中若文丘里管d1=1.4cm，d2=0.71cm，通常在切削加工中d?比d1测量方便，容易掌握好
精度，d?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 值为0.976,
若d?的误差为—0.01cm，那么值将变为1.006，显然不合理。
参考答案
静水压强实验
1•同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？
测压管水头指z p「，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，同一静止液面内的测压管水头线是一
根水平线。
2•当Pb0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。
Pb0,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
Hi
hi
h2H2)(Z2)
(Zi
Hi)
(Z2
H2)
hih2
由图可知
h (hi
h2)
h4)
式中，hi、h2、h3、h4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6-7mH2O。工程中应用文丘里管时,
应检验其最大真空度是否在允许范围内。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？
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d20.01 cm值取代d2值时，本实验在最大流量下的 值将变为多少？
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
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 〈1.0。
3•文丘里流量计能否倾斜安装，为什么？ 如图所示
h乙Pz?旦
根据流体静力学方程
得
PiP2
Hi
hi
h2
H2
则
ziB
P2
Z2Zi
(P2
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ尺，试采用另外最简便的方法测定o。
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ho，由式whwoho，从而求得o。
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
,
h
d
式中，为表面张力系数；为液体容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温的水,
0.073 N m
于是有
h 29.7 d
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；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角较大，
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7mH2O左右。
本实验若d1=l.4cm，d2=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i-i、
2-2计算断面，列能量方程得
门P2V；
Ho-
hwi 2
2g
则
2
2
P2
HV2h
H0hwi 20
V2hwi
2g
2g
hw120
52.22cmH2O
即实验中最大流量时， 文丘里管喉颈处真空度hv52.22cmH2O,而由本实验实测约为60cm。
由式
可见本实验的值大小与Q、d1、d2、h有关。其中d1、d2影响最敏感。本实验
中若文丘里管d1=1.4cm，d2=0.71cm，通常在切削加工中d?比d1测量方便，容易掌握好
精度，d?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 值为0.976,
若d?的误差为—0.01cm，那么值将变为1.006，显然不合理。