伯努利方程實(shí)驗(yàn)

1、 料推薦伯努利方程實(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：z1gu12p1z2 gu22p2hf式22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，m

2、s；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， Kg m3 ； g 一重力加速度，ms2；hf一流體兩截面之間消耗的能量，J Kg 。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)

3、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 ：u12p1z2 gu22p2式z1 g22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：1p1p2或1gh)式z gz2 g( P2P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：z1u12p1z2u22p2H f式2gg2gg1 料推薦N mm ），即以上幾種機(jī)械能均可用測(cè)壓管中的液柱高度

4、來(lái)表示，分別稱其中各項(xiàng)單位為 m（mkg2s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 zp 的值（位壓頭和靜壓頭之和） ；通過(guò)測(cè)量管g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 u2的值，最后即可得到各斷面的 總壓頭 zpu22gg2g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

5、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)4.008.158.15

6、11.8028.8039.2047.2057.202 測(cè)量流量 Q 和 ( zp) 并記入表 2。g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 QQ 平均值 cm3/s234612141618體積 /ml時(shí)間 /s實(shí)1驗(yàn)次數(shù)2備注：注意測(cè)點(diǎn)3 處所測(cè)壓頭為總壓頭；2點(diǎn))零m 料推薦尺 m(標(biāo)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33管徑及截面積Q =(cm /s)Q2=/s)(cm1測(cè)點(diǎn) 管徑 d 截面積 A流速 u動(dòng)壓頭靜壓頭 +位壓頭總壓頭流速 u靜壓頭 +位壓頭動(dòng)壓頭總壓頭編號(hào)2(cm/s)2(cm)(cm

7、)(cm/s)(cm)2(cm)(cm)(cm )u /2g(cm)u /2g(cm)2346化1214變的壓1618六、結(jié)果分析及討論靜和壓總線1畫(huà)出本實(shí)驗(yàn)裝置中各個(gè)管道測(cè)壓點(diǎn)的管布置情況。2以各個(gè)測(cè)點(diǎn)與原點(diǎn)的距離為橫坐標(biāo)，沿以各流量下（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？二3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。圖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