流體機械能轉換實驗.doc

流體機械能轉換實驗一、實驗目的熟悉流動流體中各種能量和壓頭的概念及其互相轉換關系，在此基礎上掌握柏努利方程。二、實驗原理1. 流體在流動時具有三種機械能：即位能，動能，壓力能。這三種能量可以互相轉換。當管路條件改變時（如位置高低，管徑大?。?，它們會自行轉換。如果是粘度為零的理想流體，由于不存在機械能損失，因此在同一管路的任何二個截面上，盡管三種機械能彼此不一定相等，但這三種機械能的總和是相等的。2. 對實際流體來說，則因為存在內(nèi)摩擦，流動過程中總有一部分機械能因摩擦和碰撞而消失，即轉化成了熱能。而轉化為熱能的機械能，在管路中是不能恢復的。對實際流體來說，這部分機械能相當于是被損失掉了，亦即兩個截面上的機械能的總和是不相等的，兩者的差額就是流體在這兩個截面之間因摩擦和碰撞轉換成為熱的機械能。因此在進行機械能衡算時，就必須將這部分消失的機械能加到下游截面上，其和才等于流體在上游截面上的機械能總和。3. 上述幾種機械能都可以用測壓管中的一段液體柱的高度來表示。在流體力學中，把表示各種機械能的流體柱高度稱之為“壓頭”。表示位能的，稱為位壓頭；表示動能的，稱為動壓頭（或速度頭）；表示壓力的，稱為靜壓頭；已消失的機械能，稱為損失壓頭（或摩擦壓頭）。這里所謂的“壓頭”系指單位重量的流體所具有的能量。4. 當測壓管上的小孔（即測壓孔的中心線）與水流方向垂直時，測壓管內(nèi)液柱高度（從測壓孔算起）即為靜壓頭，它反映測壓點處液體的壓強大小。測壓孔處液體的位壓頭則由測壓孔的幾何高度決定。5. 當測壓孔由上述方位轉為正對水流方向時，測壓管內(nèi)液位將因此上升，所增加的液位高度，即為測壓孔處液體的動壓頭，它反映出該點水流動能的大小。這時測壓管內(nèi)液位總高度則為靜壓頭與動壓頭之和，我們稱之為“總壓頭”。6. 任何兩個截面上位壓頭、動壓頭、靜壓頭三者總和之差即為損失壓頭，它表示液體流經(jīng)這兩個截面之間時機械能的損失。三、實驗裝置(如圖3-3)試驗設備由玻璃管、測壓管、活動測壓頭、水槽、水泵等組成。活動測壓頭的小管端部封閉，管身開有小孔，小孔位置與玻璃管中心線平齊，小管與測壓管相通，轉動活動測壓頭就可以測量動、靜壓頭。管路分成四段，由兩段不同直徑的玻璃管所組成。中間相對較粗管段的內(nèi)徑約為34毫米，其余部分的內(nèi)徑約為13毫米。第四段的位置，比第三段低約5毫米，閥A供調(diào)節(jié)流量之用。圖3-3 柏努利演示實驗裝置四、實驗步驟1. 關閉A閥，旋轉測壓管，觀察并記錄個測壓管中的液位高度H。2. 開動循環(huán)水泵，開閥A至一定大小，將測壓孔轉到正對水流方向及垂直水流方向，觀察并記錄各測壓管相應的液位高度H1。3. 不改變測壓孔位置，繼續(xù)開大A閥，觀察測壓管液位變化。并記錄各測壓管液位的相應高度H2。五、實驗數(shù)據(jù)記錄 d=1.5cm D=2.5cm Z=25.3cm序號123平均值閥門開度較小的流速Q(mào)（mL/s）152.104151.899142.857148.953閥門開度較大的流速Q(mào)（mL/s）188.679188.103181.138185.973測壓點次別及H值（cm）1234操作閥A測壓孔軸線方向1H 44關任意2H135.536.529.322.2開正對水流42.537.136.731.1與水流方向垂直3H230.232.020.210.1再開大正對水流41.533.132.617.2與水流方向垂直6、 實驗報告要求 由實驗數(shù)據(jù)得 U1 =0.8429 m/s U2=1.06937 m/s在同一截面處，對中心處與管壁處列伯努利方程，以1處為例：由于Z1=Z2 忽略阻力損失，外功為零，則可算得右邊約等于左邊，等式成立同理可求得其他七、思考題1. 關閉A閥，各測壓管旋轉時，液位高度有無變化？這一現(xiàn)象說明什么？這一高度的物理意義又是什么？無變化，說明測壓管測得的液位與測壓管無關，只與該點壓力有關，高度代表著該點的壓力大下2. 當測壓孔正對水流方向時，各測壓管的液位高度H的物理意義是什么？ 測得是動壓頭和靜壓頭之和3. 為什么HH1（對同一點而言）？為什么距離水槽越遠，（H-H1）的差值越大？其物理意義是什么？4. 測壓孔正對水流方向，開大閥A，流速增大，動壓頭增大，為什么測壓管的液位反而下降？ 該店機械能一定，動能增大，則靜壓能減小，測壓管的液位