伯努利方程實(shí)驗(yàn).doc

伯努利方程實(shí)驗(yàn)一、目的和要求1、 熟悉流體流動(dòng)中各種能量和壓頭的概念及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，掌握柏努利方程；2、 觀察流速變化的規(guī)律；3、觀察各項(xiàng)壓頭變化的規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)原理1、流體在流動(dòng)中具有三種機(jī)械能：位能、動(dòng)能、靜壓能。當(dāng)管路條件如管道位置高低、管徑大小等發(fā)生變化時(shí)，這三種機(jī)械能就會(huì)相應(yīng)改變以及相互轉(zhuǎn)換。2、如圖所示，不可壓縮流體在導(dǎo)管中做穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，由界面1-1流入，經(jīng)粗細(xì)不同或位置高低不同的管道，由截面2-2流出：以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)，機(jī)械能衡算式為：式中：ul、u2一分別為液體管道上游的某截面和下游某截面處的流速，ms； P1、P2一分別為流體在管道上游截面和下游截面處的壓強(qiáng)，Pa； zl、z2一分別為流體在管道上游截面和下游截面中心至基準(zhǔn)水平的垂直距離，m; 一流體密度，Kgm3； g一重力加速度，ms2； hf一流體兩截面之間消耗的能量，JKg。3、hf是流體在流動(dòng)過(guò)程中損失的機(jī)械能，對(duì)于實(shí)際流體，由于存在內(nèi)摩擦，流體在流動(dòng)中總有一部分機(jī)械能隨摩擦和碰撞轉(zhuǎn)化為熱能損耗（不能恢復(fù)），因此各截面上的機(jī)械能總和不相等，兩者之差就是流體在這兩截面之間流動(dòng)時(shí)損失的機(jī)械能。4、對(duì)于理想流體（實(shí)際上并不存在真正的理想流體，而是一種假設(shè)，對(duì)解決工程實(shí)際問(wèn)題有重要意義），不存在因摩擦而產(chǎn)生的機(jī)械能損失，因此在管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，若無(wú)外加能量，得伯努利方程： 表示1kg理想流體在各截面上所具有的總機(jī)械能相等，但各截面上每一種形式的機(jī)械能并不一定相等，各種形式的機(jī)械能可以相互轉(zhuǎn)換。式時(shí)伯努利方程的引伸，習(xí)慣上也稱為伯努利方程（工程伯努利方程）。5、流體靜止，此時(shí)得到靜力學(xué)方程式：所以流體靜止?fàn)顟B(tài)僅為流動(dòng)狀態(tài)一種特殊形式。6、將式中每項(xiàng)除以g，可得以單位重量流體為基準(zhǔn)的機(jī)械能守恒方程：其中各項(xiàng)單位為m（ ），即以上幾種機(jī)械能均可用測(cè)壓管中的液柱高度來(lái)表示，分別稱為位壓頭、動(dòng)壓頭、靜壓頭， Hf為壓頭損失。m雖是長(zhǎng)度單位，但在這里卻反映了一定物理意義，表示單位重量流體所具有的機(jī)械能，可以把它自身從基準(zhǔn)水平面升舉的高度。選好基準(zhǔn)面，從各截面處已設(shè)置的測(cè)壓測(cè)管中讀出測(cè)管壓頭的值（位壓頭和靜壓頭之和）；通過(guò)測(cè)量管路的流量（體積時(shí)間法），計(jì)算出各斷面的平均流速u(mài)和動(dòng)壓頭的值，最后即可得到各斷面的總壓頭的值。三、實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際裝置四、實(shí)驗(yàn)步驟1熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，了解測(cè)壓管的布置情況；2打開(kāi)調(diào)速器向水箱進(jìn)水；溢流板使水箱水位恒定，孔板使水箱水面靜止；待水箱溢流，檢查調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后所有測(cè)壓管水面是否齊平。如不平則需查明故障原因（例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等）并加以排除，直至調(diào)平。3打開(kāi)閥13，待測(cè)壓管的液面完全靜止后，觀察測(cè)量測(cè)壓管的液面高度，并記錄在表2；4調(diào)節(jié)閥13的開(kāi)度，待流量穩(wěn)定后，測(cè)量并記錄各測(cè)壓管液面的高度，同時(shí)備量筒、秒表，用體積時(shí)間法測(cè)流量，記錄此時(shí)的管道流量于表2；5改變流量1次，重復(fù)上述測(cè)量。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄與分析1 有關(guān)常數(shù)記入表1。表1 常數(shù)記錄表格（表中原點(diǎn)指測(cè)量管路起始處）測(cè)點(diǎn)編號(hào)234612141618管徑 (cm)1.501.501.501.501.501.502.201.50距離原點(diǎn)的距離 (cm)4.008.158.1511.8028.8039.2047.2057.202 測(cè)量流量Q和并記入表2。表2 實(shí)驗(yàn)記錄表格 (基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上)g測(cè)點(diǎn)編號(hào) 測(cè)壓管讀數(shù)Z+P/g ( cm)測(cè)量流量Q234612141618體積/ml時(shí)間/sQ平均值cm3/s實(shí)驗(yàn)次數(shù)12備注：注意測(cè)點(diǎn)3處所測(cè)壓頭為總壓頭；3 計(jì)算動(dòng)壓頭和總壓頭，填入表3。表3 動(dòng)壓頭及總壓頭計(jì)算表格管徑及截面積Q1= (cm3/s)Q2= (cm3/s)測(cè)點(diǎn)編號(hào)管徑d(cm)截面積A(cm2)流速u(mài)(cm/s)動(dòng)壓頭u2/2g(cm)靜壓頭+位壓頭(cm)總壓頭(cm)流速u(mài)(cm/s)靜壓頭+位壓頭(cm)動(dòng)壓頭u2/2g(cm)總壓頭(cm)234612141618六、結(jié)果分析及討論1畫(huà)出本實(shí)驗(yàn)裝置中各個(gè)管道測(cè)壓點(diǎn)的布置情況。2以各個(gè)測(cè)點(diǎn)與原點(diǎn)的距離為橫坐標(biāo)，以各流量下（包括Q1和Q2）的總壓頭和測(cè)壓管所測(cè)壓頭為縱坐標(biāo)，繪制壓頭線于圖2上（注意單位），并分析：沿管長(zhǎng)方向，測(cè)壓管壓頭線和總壓頭線的變化趨勢(shì)有何不同？為什么？3水箱水位恒定，流量增加，總壓頭和測(cè)壓管壓頭線發(fā)生哪些變化？簡(jiǎn)要說(shuō)明原因。4利用測(cè)點(diǎn)6和測(cè)點(diǎn)12處的測(cè)壓管讀數(shù)及總壓頭值，分析位置高低不同的管道測(cè)點(diǎn)處壓頭的變化；5利用測(cè)點(diǎn)14和測(cè)點(diǎn)16處的測(cè)壓管讀數(shù)及總壓頭值，分析管徑粗細(xì)不同的管道測(cè)點(diǎn)處壓頭的變化；63號(hào)測(cè)壓管所測(cè)壓頭是什么壓頭？若忽略4號(hào)測(cè)點(diǎn)與管路中心線間的距離差，能否通過(guò)3號(hào)測(cè)壓管與4號(hào)測(cè)壓管讀數(shù)計(jì)算出該點(diǎn)處的動(dòng)壓頭？與通過(guò)測(cè)流量計(jì)算出的動(dòng)壓頭有何區(qū)別？為什么？7計(jì)算相鄰兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)之間的壓頭損失