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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（）沿程可升可降，线坡J可正可负。而总水头线（）沿程只降不升，线坡J恒为
P-PPE-Ep
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>0。，测点7至测点9,管渐扩，部分动能又转换
p
成势能，测压管水头线升高，J<0。而据能量方
p
程E=E+h,h为损失能量，是不可逆的，即恒有h>0，故E恒小于E,（E-E）线不可
12wi-2wi-2wi-2ai
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

HZ-E，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
p-Q^
2gA
P2

2
增大，—就增大，则Z-必减小。而且随流量的增加，阻力损失亦增大，管道任一过水
2g

断面上的总水头E相应减小，故Z—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
222QAQA；
222QA
HZv2
有P卫寫
2g2g2g

等QA；
12
2g

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，PP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，HZ卫均为37.1cm（偶有毛细影
P

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。测点10、11在弯
管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，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。
探4、试问避免喉管（测点7）处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬高或降低水箱的水位）
对喉管压强的影响情况。
下述几点措施有利于避免喉管（测点7）处真空的形成：（1）减小流量，（2）增大喉管
管径，（3）降低相关管线的安装高程，（4）改变水箱中的液位高度。
显然（1）（2）（3）都有利于阻止喉管真空的出现，尤其（3）更具有工程实际意义。
因为若管系落差不变，单单降低管线位置往往就可以避免真空。例如可在水箱出口接一下垂

90度的弯管，后接水平段，将喉管高程将至基准高程0-0，比位能降至零，比压能p得以增大（Z）,
从而可能避免点7处的真空。至于措施（4）其增压效果是有条件的，现分析如下：

当作用水头增大h时，测点7断面上Z-值可用能量方程求得。

取基准面及计算断面1、2、3如图所示,计算点选在管轴线上（以下水拄单位均为cm)。

于是由断面1、2的能量方程
(取21)有

2
P
hZ2Vh(1)
2亦2w12

22
h.2
V3
因h可表示成hw12V
w12d3c1.2T-
2亦2g

此处是管段
C1.21-2总水头损失系数，式中s分别为进口和渐缩局部损失系数。

22
d3
又由连续方程有VV3
2d
亦2亦

PdV2
故式（1）可变为233
c1.2
d22g

式中vf2g可由断面1、3能量方程求得,

22
V3V3
Z3c1.3(3)
2g2g

C1.3是管道阻力的总损失系数。

由此得vf.2g乙代入式（2）有
Z3C1.3

d4
3乙Z3h
C1.21
d2c1.3

Z2P2.「随h递增还是递减，可由Z2/h加以判别。因
乙dd
p232cl.2(5)
h
cl.3

4
1dd/10ph
若3.2C1.2C1.3，则断面2上的Z随同步递增。反之,

因本实验仪d3「d21.371，Z150，Z310，而当h0时，实验的

Z2p2.6，v；「2g33.19，vf/2g9.42，将各值代入式（2）、（3），可得该管

道阻力系数分别为1.55.37。再将其代入式5)得
c1.2c1.3
则递减。文丘里实验为递减情况，可供空化管设计参考。

4
Z2p2
,1.371.150.267
h1-
15.37

表明本实验管道喉管的测压管水头随水箱水位同步升高。但因JPi./h接近于

零，故水箱水位的升高对提高喉管的压强（减小负压）效果不明显。变水头