恒定總流伯努利方程綜合性實驗

恒定總流伯努利方程綜合性實驗一、實驗?zāi)康暮鸵?. 通過定性分析實驗，提高對動水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實驗分析能力；2. 通過定量測量實驗，進(jìn)一步掌握有壓管流中動水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性，驗證流體恒定總流的伯努利方程，掌握測壓管水頭線的實驗測量技能與繪制方法；3. 通過設(shè)計性實驗，訓(xùn)練理論分析與實驗研究相結(jié)合的科研能力。二、實驗原理1伯努利方程。在實驗管路中沿管內(nèi)水流方向取n個過水?dāng)嗝妫诤愣鲃訒r，可以列出進(jìn)口斷面(1)至另一斷面(i)的伯努利方程式(i=2,3,n)取a1a2an1，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出值，測出通過管路的流量，即可計算出斷面平均流速v及，從而可得到各斷面測管水頭和總水頭。2過流斷面性質(zhì)。均勻流或漸變流斷面流體動壓強符合靜壓強的分布規(guī)律，即在同一斷面上，但在不同過流斷面上的測壓管水頭不同，；急變流斷面上。三、實驗內(nèi)容與方法1定性分析實驗(1) 驗證同一靜止液體的測壓管水頭線是根水平線。(2) 觀察不同流速下，某一斷面上水力要素變化規(guī)律。 (3) 驗證均勻流斷面上，動水壓強按靜水壓強規(guī)律分布。(4) 觀察沿流程總能坡線的變化規(guī)律。(5) 觀察測壓管水頭線的變化規(guī)律。(6) 利用測壓管水頭線判斷管道沿程壓力分布。2. 定量分析實驗伯努利方程驗證與測壓管水頭線測量分析實驗實驗方法與步驟：在恒定流條件下改變流量2次，其中一次閥門開度大到使號測管液面接近可讀數(shù)范圍的最低點，待流量穩(wěn)定后，測記各測壓管液面讀數(shù)，同時測記實驗流量（畢托管測點供演示用，不必測記讀數(shù)）。實驗數(shù)據(jù)處理與分析參考第五部分內(nèi)容。四、數(shù)據(jù)處理及成果要求1記錄有關(guān)信息及實驗常數(shù)實驗設(shè)備名稱： 伯努利方程實驗儀 實驗臺號：_No.3_實 驗 者：_A1組7人_ 實驗日期：_5月10日_均勻段d1= 1.4 10-2m 喉管段d2=1.010-2m 擴管段d3=2.010-2m水箱液面高程0= 47.29 10-2m 上管道軸線高程z= 18.7 10-2m（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點上）2實驗數(shù)據(jù)記錄及計算結(jié)果表1 管徑記錄表測點編號*管徑d /10-2m1.41.41.41.41.01.41.41.41.42.01.4兩點間距l(xiāng)/10-2m4466413.561029.51616表2 測壓管水頭hi，流量測記表（其中，單位10-2m，i為測點編號）實驗次數(shù)h2h3h4h5h7h9h10h11h13h15h17h19qV/(10-6m3/s)137.137.136.035.36.02023.115.817.28.211.32211.63243.943.942.841.912.826.529.922.624.21518.18.8167.67表3 計算數(shù)值表(1) 流速水頭管徑d/10-2m211.63/(10-6m3/s)167.67/(10-6m3/s)A/10-4m2v/(10-2m/s)/10-2mA/10-4m2v/(10-2m/s)/10-2m1.401.539137.5119.6481.539108.94736846.0561.000.785269.59237.0820.785213.59323.2762.003.14267.3552.3153.14253.3641.453(2) 總水頭Hi （其中，單位10-2m，i為測點編號）實驗次數(shù)H2H4H5H7H9H13H15H17H19/(10-6m3/s)146.7545.6544.9543.0829.6426.8417.8513.6111.64211.63249.9648.8647.9636.0832.5630.2621.0619.5514.85167.673成果要求(1) 回答定性分析實驗中的有關(guān)問題。(2) 計算流速水頭和總水頭。見表3。(3) 繪制上述成果中最大流量下的總水頭線和測壓管水頭線。（軸向尺寸參見圖5，總水頭線和測壓管水頭線可以繪在圖5上）。圖5 繪制測壓管水頭線坐標(biāo)圖 圖6.測壓管水頭線 圖7.總水頭線 五、分析思考題1測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢有何不同？為什么？答：測壓管水頭線沿程可升可降，線坡可正可負(fù)。而總水頭線沿程只降不升，線坡恒為正，即J0。這是因為水在流動過程中，依據(jù)一定邊界條件，動能和勢能可相互轉(zhuǎn)換。測點5至測點7，管收縮，部分勢能轉(zhuǎn)換成動能，測壓管水頭線降低。測點7至測點9，管漸擴，部分動能又轉(zhuǎn)換成勢能，測壓管水頭線升高。而據(jù)能量方程, 為損失能量，是不可逆的，即恒有0，故恒小于，總水頭線不可能回升?？偹^線下降的坡度越大，即J越大，表明單位流程上的水頭損失越大，如漸擴段和閥門等處，表明有較大的局部水頭損失存在。但總水頭線變化一直處于下降趨勢，測壓管水頭為,而總水頭為。測壓管水頭對應(yīng)液體流動的總勢能，總水頭對應(yīng)機械能，液體是從總機械能大的地方流向總機械能小的地方。2閥門開大，使流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什么？答：（1）流量增加，測壓管水頭線總降落趨勢更顯著。這是因為測壓管水頭，任一斷面起始時的總水頭及管道過流斷面面積為定值時，增大，就增大，則必減小。而且隨流量的增加阻力損失亦增大，管道任一過水?dāng)嗝嫔系目偹^E相應(yīng)減小，故的減小更加顯著。（2）測壓管水頭線的起落變化更為顯著。因為對于兩個不同直徑的相應(yīng)過水?dāng)嗝?管中水流流速過快時為紊流，兩個斷面之間的損失系數(shù)接近于常數(shù)，管道斷面為定值，故Q增大，H亦增大，測壓管水頭線的起落變化就更為顯著。3由畢托管測量的總水頭線與按實測斷面平均流速繪制的總水頭線一般都有差異，試分析其原因。答：與畢托管相連通的測壓管有1、6、8、12、14、16和18管，稱總壓管?？倝汗芤好娴倪B續(xù)即為畢托管測量顯示的總水頭線，其中包含點流速水頭。而實際測繪的總水頭是以實測的值加斷面平均流速水頭繪制的。據(jù)經(jīng)驗資料，對于圓管紊流，只有在離管壁約0.12d的位置，其點流速方能代表該斷面的平均流速。由于本實驗畢托管的探頭通常布設(shè)在管軸附近，其點流速水頭大于斷面平均流速水頭，所以由畢托管測量顯示的總水頭線，一般比實際測繪的總水線偏高。4為什么急變流斷面不能被選作能量方程的計算斷面？由于能量方程推導(dǎo)時的限制條件之一是“質(zhì)量力只有重力”，而在急變流斷面上其質(zhì)量力，除重力外，還有離心慣性力，故急變流斷面不能選作能量方程的計算斷面。六、注意事項 1.各自循環(huán)供水實驗均需注意：計量后的水必須倒回原實驗裝置的水斗內(nèi)，以保持自循環(huán)供水（此注意事項后述實驗不再提示）。2. 穩(wěn)壓筒內(nèi)氣腔越大，穩(wěn)