1、第 12 章/涡轮机12.43 水涡轮机的安装通常包括一个导流筒其功能是把水流的动力转化成轮机的轮转能量。假如轮机以 Q=85m2/s 和 Ht=31.8m 运转 那这个立体管在轮转出口处的半径是 2.5m且管底直径是 5m。那在尾水管损失可以忽略不计。(a) （一）当水温为 20 摄氏度时，在图 12.43 中的轮转出口压力是否为 Z2-Z1=2.5m。（二）如果允许空化数为 0.14 那允许的标准 Z2 一 Z1 为多少？12.44 该勒丁顿蓄能系统的密歇根湖东岸（图P12.44）由六个压力管道提供了 73530 立方米每秒的排水量。每一涡轮产生 427300 马力以效率为 0.85 运行
2、，在该条件下，钢管直径该为多少？对提供的涡轮机分类表述。 12.45 一个同一类型的混流式水轮机如 Fig.P12.45 所示是在 9.5m 的水头下一以 480 rpm。确定涡轮的转轮直径，排放和发展动力，使涡轮在最高效率下运行。12.46 水库一级提供了一个头，双转轮轮的四喷嘴水斗是 305 米的供水管，或笔杆长度为 3公里，且其摩擦系数 f = 0.02 和 K = 2.0。涡轮以 0.85 的效率发电 10.4 兆瓦。（1）如果整个涡轮头为 95的可用头，压力钢管直径是多少？（二）如果每个喷嘴的 Cv 值 = 0 .98，计算各 1 等直径。预计在低水头水力发电计划，在 3.7m 的水
3、头下可提供 282 立方米/ s 的水，建议使用具有特定的速度 2.42，而转速为 50 转每分钟。确定单位数需要混流式（和被开发的每一台机器马力，假设效率为 0.9） 。12.48 重复 12.47 的问题，如果涡轮螺旋桨用弗朗西斯单位取代。假设一个特定的速度 4.15和效率是 0.9。12.49 一个土地拥有者兴建高架水库如图.Pl2.49a 所示。她估计，1200 升/ 分可为连续流和希望安装一个小型混流式水轮机，以便为自己的供电。（一）什么流体动力会传递到涡轮？（二）如果涡轮以于一个其特点按图.P12.49b 显示安装的话，此安装要求速度和规模？（三）使用适当的经验公式，估算此安装的效
4、率。是什么力将被传递到发电机？12.5.0 一个建议设计一个水电项目是基于为 0.25 立方米/s 通过压力钢管和涡轮（Fig.P12.5O） 。摩擦因子，放电可视为常数，f= 0.015，以及小剂量的损失可以忽略不计。（一）确定在可以预期下设施发电量，假设水轮机效率为 0.85;（二）展示该类型的机器被安装混流式水轮机，如果是一个理想的转速为 1200 转。（三）确定的规模，实际速度，实际功率输出选定的涡轮。缩尺模型的一级方程式赛车马风洞。流态测量的速度分布粗暴，对车辆表面的压力。这种测试是用来减少阻力，在原型车的增加速度。 （附考比斯，IhT7 礼貌。 ）第 13 章 流体力学测量概要介绍
5、局部流动参数的测量13.2.1 动力响应及平均13.2.2 压力13.2.3 速度流量测量13.3.1 速度面积法13.3.2 差压表13.3.3 其他类型的流量计13.4Flow 可视化13.4.1 示踪13.4.2 折射率方法13.5 数据采集和分析13.5.1 数字记录的数据13.5 0.2 不确定度分析13.5 0.3 回归分析13.6综述本章目标本章的目标是：如何衡量各种流量参数描述，其中包括在当地的流动区域，例如，如排放或压力压力或速度，以及集成在一个测量断面平均采取的测量采用当前技术和设备进行可视化流场引入不确定性分析和错误传播从实验室和现场数据采集结果的概念，证明了在非线性回归
6、分析流量测量使用。662在流体力学章 13/Measurements13.1。 简介在工程实验室和许多工业的情况下，需要测量，如压力流体流动特性和各种参数，速度和流量，是极其重要的。在许多情况下，这些需求是显而易见的。例子包括管道和灌溉渠道流量;污染物或沉积物在河流负荷; 对高层建筑物或该建筑物周围的流场表面的峰值压力，对汽车或卡车在行驶阻力高速，约 1 商用飞机速度场，上述一丘陵地形风速资料，以及规模和海洋或湖泊波分布。流体力学测量并不完全适用于医疗诊断者的工程师在监测人体的心血管和肺系统的功能感兴趣。在农业，石油，天然气，化工，饮料运动的流体，以及供水和废水处理行业每年需要大量投资，而在这
7、些流动的计量不确定性当前可以对物质和金钱上的考虑产生重大影响。许多设备已经发展到测量流量参数，显然，每个被设计为一个特定的目的。之前进行的测量任务，重要的是要明确界定一个特定的参数测量的基础知识流体力学和所涉及的物理原理是必不可少的需要选择合适的测量仪器和测量成功进行。此外，我们必须承认，在弗吉尼亚州有分歧测量 rious 类型。例如，考虑，放电指数从 1 比 1 的断面流速剖面测量于一体的结果;的波动速度可时间平均在一个特定的位置，以产生一个平均值，另一方面，速度瞬时测量在非常小的样本量可能需要观察一非定常流动的瞬态性质。在记录一个参数的范围可以从一个简单的一个压力计或拨号到高速代表很多变数
8、电压数字采样的视觉阅读的复杂程度。本章的目的是提供一个基本的介绍的概念和应用技术的工程师谁的读者无论是在实验室或工业环境中的测量流量参数。包括一个实验方法概述常用的流体力学教学和科研实验室使用，治疗不彻底，但引用提供更多信息。在下面的两部分，采用的方法和测量压力，速度的仪器，及卸货主办。接下来，一个可视化的流程讨论，并给出最后一节是专门用于数据采集和分析数据的方法。13.2 局部流动参数的测量作者：本地流量测量意味着一个数量是衡量一个相对较流体的小样本量。通常情况下，体积足够小 50 个我们可以说，衡量一个代表点的流场的数量级。两个重要的局部流动数量的压力和速度，其他的温度，密度和粘度。只有前
9、两个是本节讨论;过去三年并没有在这本书考虑。13.2.1Dynamic 反应和平均流量测量可分为按是否流稳定或不稳定。如果一个物理量随时间的幅度仍不变，此值称为稳态值。相反，如果随着时间的数量变化，测量是短暂的，或者不稳定。瞬态测量的要求更加高度专业化的测量仪器。大多数测量仪器需要一定的时间来应对体检：量觉察。在瞬态测量这种反应的时间应比对物理量中的一个重大变化时发生较少。在稳态测量，唯一的问题是，考虑后，我的阅读asuring 系统有时间来应对流动的条件。在许多情况下，例如，紊流，这是渴望获得的数量时间平均测量，即使局部流动状况不稳定;例子是雷诺应力和湍流强度。在这种情况下，一时间，平均包括
10、测量。此外，仪器的机制必须足够小，测量的测量参数的空间变化，如压力扰动波长。一般来说，这个问题空间和时间分辨率的选择必须得到解决，并在任何规模的仪器仪表与流干扰流规模相适应，见戈尔茨坦（1996 年作进一步的解释） 。13.2.2 压力利用流体压力测量的水平上取决于许多不同的方式。该仪器精度和类型和详细的应用。几乎所有的压力表的压力测量原理或概念上的压力的特殊需要无论是基于对变形，如水晶，膜，管，或钢板了坚实的物质，然后转化，变形为电信号或机械读数。压力测量的无论是静态或动态模式。时间依赖的压力造成的不稳定和流动压力扰动压力扰动是一方或声波扰动流体动力的结果。通常，静态压力测量是基于时间平均的
11、平均值，因为总是存在的不稳定是当流量动荡。几位代表计和压力传感器介绍如下。压力表。压力表进行了分析第 2 4.3.It 是一种简单，测量静压便宜的工具，它没有移动的机械部件。高精确度可以达到采用一斜管压力计（Fig.13.la）或式微压（ Fig.2.6） 。如果压力水龙头正确加工在一个正常的管道或管道内壁无毛刺，而直径足够小（通常直径约 1 毫米）的静态压力测量准确（图 13，第 1B） 。通常的水龙头圆周周围放置在一个环形二重奏测压的平均出任何类型流违规行为。图 13.1 压力表用于测量压力：（1）斜管压力计（2）测压开幕。伯登盖奇。一种静态压力是廉价的压力表波登管（图 13.2） 。这是
12、一个弯曲的，扁管，这将花费向外时受到内部的压力。附加的机械联动拨打 Gage 将提供一个直接的压力读数。当适当的设计，这些规会提供良好的准确性，然而，他们不应该用在大的压力脉动情况下都存在，因为损坏的管道可能的结果。弯曲，扁平管，年龄压力传感器。压力传感器被设计为测量稳态和非稳态流体动力声压或机电设备。它们包括灵活的膜或压电元件来应对压力的变化（图 13，3） 。它们都需要相应的电子电路，增加了成本。由于它们的输出是一个电信号，他们可以很容易地与接口自动存储和检索数据的数据采集系统该电容式麦克风（Fig.13.3a）通常使用的声学。基本上，它是一个电容器的电容变化的膜偏转由于施加压力。这些传感
13、器是很微妙的，因为它们测量非常小的压力（100 ubar） ，因而在液体中不适合使用。压电传感器，通常与使用的液体，有晶体材料（egquartz） ，产生一个电场时，变形（Fig.13.3b） 。这些坚固的单位，可非常小（直径 2.5 毫米下降至是可能的） ，并且可以被安装在管道与墙面齐平。他们的反应非常迅速，A 株可以测量动态范围宽公关essures（全真空到 20MPa） ，阿应变传感器是另一种类型的传感器连接到细胞膜转换成电信号（Fig.13.3c）的偏转。它是受直流漂移和灵敏度的变化，但是，它是坚固，可靠，抗震荡。图 13.3 压力传感器：（a）电容式麦克风;(b)压电式压力传感器;(
14、c) 应变计传感器。13.2.3 速度流体的速度是在流体流动的主要兴趣。通过测量速度，我们可以计算流量，甚至拼凑的简化模式，确定分离流区域的图像，停滞的地区流动，以及其他流动特性。有三种速度测量类：本地（在一个点） ，平均空间，和速度场测量。本节中的讨论涉及到第一个两个，第三个是在第 13.4 覆盖。当地有实测速度超过一个小区域的流动。精度要求不同，具体取决于所需的应用程序。例如，时间平均流速测流断面中可能会记录的速度分布，以提供可集成的排放，或流量另一方面，因此在不同的点，它可能需要来确定的时间依赖于湍流速度分量的历史中的一个特定位置的流动区域。对速度的测量仪器有很大的不同其复杂性和成本，这
15、取决于类型的测量要求。的愿望来衡量非定常湍流速度分量相对较小的本地规模推广使用的热风速仪以及激光多普勒测速仪。少，通常在大空间区域复杂的仪器测量速度，例如，在皮托静电探针和螺旋桨风速计他们更加测量速度，要么是稳定或正在慢慢地随时间变化的合适。颗粒速度测量。中性浮力微粒可接种流中提供的流场视觉形象，这两个，在水和空气中的氢粒子泡沫，讨论了科 13.4.Other 示踪粒子在水中用中性浮力塑料珠子，不相容染色液滴和彩车放在液体表面或在指定的深度。重要的是要确定是否是真正的粒子跟踪的流体运动。这是很自然的流动小颗粒杂质，可观察到适当的光学测量设备在很多流动的速度，特别是微观流场。皮托静态探讨。皮托静电探针分析了 3.4 节。它的尺寸为使用伯努利方程当地平均流速。假设无摩擦，稳定流的速度给出一个其中 PT 是全部或停滞的压力， p 是静态压力。方程 13.2,1 是方为有效探头不大大扰乱流动，如果它是与流动方向一致，这样的速度一个平行于皮托探针一个特别的设计，所谓的普朗特管，显示在 Fig.13.4，它具有静压沿，水平管，以便减少的压力，流量，过去所造成的鼻子是由增加的压力由于垂直干平衡的定位孔。通常情况下，雷诺数基于皮托管直径应在 1000 附近，以便不影响粘性
