能量方程伯努利方程實(shí)驗(yàn)

1、能量方程（伯努利方程）實(shí)驗(yàn) 姓名：史亮 班級(jí)：9131011403第3章 能量方程（伯努利方程）實(shí)驗(yàn)3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 掌握用測(cè)壓管測(cè)量流體靜壓強(qiáng)的技能。2) 驗(yàn)證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程， 通過(guò)對(duì)諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析，進(jìn)一步加深對(duì)基本概念的理解，提高解決靜力學(xué)實(shí)際問(wèn)題的能力。3) 掌握流速、流量等動(dòng)水力學(xué)水力要素的實(shí)驗(yàn)量測(cè)技能。3.2 實(shí)驗(yàn)裝置能量方程（伯努利方程）實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3.1。圖3.1 能量方程（伯努利方程）實(shí)驗(yàn)裝置圖 說(shuō)明：本實(shí)驗(yàn)裝置由供水水箱及恒壓水箱、實(shí)驗(yàn)管道（共有三種不同內(nèi)徑的管道）、測(cè)壓計(jì)、實(shí)驗(yàn)臺(tái)等組成，流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)通過(guò)分布在實(shí)驗(yàn)管道各處的7根皮托管測(cè)壓管

2、測(cè)量總水頭或12根普通測(cè)壓管測(cè)量測(cè)壓管水頭，其中測(cè)點(diǎn)1、6、8、12、14、16和18均為皮托管測(cè)壓管（示意圖見(jiàn)圖3.2），用于測(cè)量皮托管探頭對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)的總水頭H（=），其余為普通測(cè)壓管（示意圖見(jiàn)圖3.3），用于測(cè)量測(cè)壓管水頭。 圖3.2 安裝在管道中的皮托管測(cè)壓管示意圖 圖3.3安裝在管道中的普通測(cè)壓管示意圖3.3 實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)流量調(diào)節(jié)閥旋到一定位置后，實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)的水流以恒定流速流動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)管道中沿管內(nèi)水流方向取n個(gè)過(guò)水?dāng)嗝?，從進(jìn)口斷面（1）至另一個(gè)斷面（i）的能量方程式為：=常數(shù) （3.1）式中：i=2，3， ，n； 位置水頭；壓強(qiáng)水頭；速度水頭； 進(jìn)口斷面（1）至另一個(gè)斷面（i）的損失水頭。從

3、測(cè)壓計(jì)中讀出各斷面的測(cè)壓管水頭（），通過(guò)體積時(shí)間法或重量時(shí)間法測(cè)出管道流量，計(jì)算不同管道內(nèi)徑時(shí)過(guò)水?dāng)嗝嫫骄俣燃八俣人^，從而得到各斷面的測(cè)壓管水頭和總水頭。3.4 實(shí)驗(yàn)方法與步驟1) 觀察實(shí)驗(yàn)管道上分布的19根測(cè)壓管，哪些是普通測(cè)壓管，哪些是皮托管測(cè)壓管。觀察管道內(nèi)徑的大小，并記錄各測(cè)點(diǎn)管徑至表3.1。2) 打開(kāi)供水水箱開(kāi)關(guān)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)管道充滿水時(shí)反復(fù)開(kāi)或關(guān)流量調(diào)節(jié)閥，排除管內(nèi)氣體或測(cè)壓管內(nèi)的氣泡，并觀察流量調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉時(shí)所有測(cè)壓管水面是否平齊（水箱溢流時(shí)）。如不平，則用吸氣球?qū)y(cè)壓管中氣泡排出或檢查連通管內(nèi)是否有異物堵塞。確保所有測(cè)壓管水面平齊后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，否則實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。3) 打開(kāi)流

4、量調(diào)節(jié)閥并觀察測(cè)壓管液面變化，當(dāng)最后一根測(cè)壓管液面下降幅度超過(guò)50%時(shí)停止調(diào)節(jié)閥門(mén)。待測(cè)壓管液面保持不變后，觀察皮托管測(cè)點(diǎn)1、6、8、12、14、16和18的讀數(shù)（即總水頭，取標(biāo)尺零點(diǎn)為基準(zhǔn)面，下同）變化趨勢(shì)：沿管道流動(dòng)方向，總水頭只降不升。而普通測(cè)壓管2、3、4、5、7、9、10、11、13、15、17、19的讀數(shù)（即測(cè)壓管水頭）沿程可升可降。觀察直管均勻流同一斷面上兩個(gè)測(cè)點(diǎn)2、3測(cè)壓管水頭是否相同？驗(yàn)證均勻流斷面上靜水壓強(qiáng)按動(dòng)水壓強(qiáng)規(guī)律分布。彎管急變流斷面上兩個(gè)測(cè)點(diǎn)10、11測(cè)壓管水頭是否相同？分析急變流斷面是否滿足能力方程應(yīng)用條件？記錄測(cè)壓管液面讀數(shù)，并測(cè)記實(shí)驗(yàn)流量至表3.2、表3.3。

5、4) 繼續(xù)增大流量，待流量穩(wěn)定后測(cè)記第二組數(shù)據(jù)（普通測(cè)壓管液面讀數(shù)和測(cè)記實(shí)驗(yàn)流量）。5) 重復(fù)第4步驟，測(cè)記第三組數(shù)據(jù)，要求19號(hào)測(cè)壓管液面接近標(biāo)尺零點(diǎn)。6) 實(shí)驗(yàn)結(jié)束。關(guān)閉水箱開(kāi)關(guān)，使實(shí)驗(yàn)管道水流逐漸排出。7) 根據(jù)表3.1和表3.2數(shù)據(jù)計(jì)算各管道斷面速度水頭和總水頭()（分別記錄于表3.4和表3.5）。操作要領(lǐng)與注意事項(xiàng)：、實(shí)驗(yàn)前必須排除管道內(nèi)及連通管中氣體。、流量調(diào)節(jié)閥不能完全打開(kāi)，要保證第7根和第8根測(cè)壓管液面在標(biāo)尺刻度范圍內(nèi)。3.5 實(shí)驗(yàn)成果與分析1) 記錄有關(guān)常數(shù)表3.1 各測(cè)點(diǎn)斷面管徑數(shù)據(jù)表（單位：cm）測(cè)點(diǎn)編號(hào)12、3456、78、910、1112、1314、1516、1718

6、、19管徑均勻段縮管段均勻段擴(kuò)管段均勻段 1.39 cm1.02 cm1.39 cm2.00 cm 1.39 cm2) 測(cè)記測(cè)壓管靜壓水頭（）和流量，測(cè)計(jì)皮托管測(cè)點(diǎn)讀數(shù)。表3.2 各測(cè)點(diǎn)靜壓水頭（）(單位：cm)和流量（單位：cm3/s）測(cè)點(diǎn)編號(hào)23457913151719流量（cm3/s）第一組40.540.54039.52228.525.721.523.518152.89第二組46.346.346.246.24343.743.14242.541.369.55第三組表3.3 皮托管測(cè)點(diǎn)總水頭（）(單位：cm)測(cè)點(diǎn)編號(hào)16812141618第一組47.545.735.932.527.525.5

7、24.6第二組47.547.445.344.543.342.742.7第三組3) 計(jì)算速度水頭和總水頭。表3.4 各斷面速度水頭（單位：cm）(g=980 cm/s2)管 徑(cm)第一組流量= 152.89（cm3/s）第二組流量= 69.55（cm3/s）第三組流量= （cm3/s）A（cm2）V(cm/s)(cm)A（cm2）V(cm/s)(cm)A（cm2）V(cm/s)(cm)=1.391.52100.585.161.5245.761.07=1.020.82186.4517.740.8284.823.67=2.003.1448.691.213.1422.150.25表3.5 各斷面總

8、水頭（）（單位：cm）測(cè)點(diǎn)編號(hào)23457913151719流量（cm3/s）第一組45.6645.6645.1644.6639.7433.6630.8626.6624.7123.16152.89第二組47.3747.3747.3647.3746.6744.7744.1743.0742.7542.3769.55第三組P-P線 第一組 第二組E-E線 第一組 第二組圖3.4 總水頭線E-E線和測(cè)壓管水頭線P-P線注：圖中橫向表示測(cè)點(diǎn)在管道中的位置，縱向表示某測(cè)點(diǎn)的總水頭或測(cè)壓管水頭（單位均為cm）。測(cè)壓管水頭線P-P線依表3.2數(shù)據(jù)繪制，總水頭線E-E線依表3.5數(shù)據(jù)繪制，將所有測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)用線段連接

9、，在連線時(shí)要考慮同一管徑的線段應(yīng)平行（沿程水頭損失大小隨管道長(zhǎng)度線性變化）。4) 根據(jù)最大流量時(shí)的數(shù)據(jù)繪制總水頭和測(cè)壓管水頭沿管道變化趨勢(shì)線（總水頭線E-E線和測(cè)壓管水頭線P-P線繪制于圖3.4中）。并分析總水頭和測(cè)壓管水頭沿管道變化趨勢(shì)線有何不同？為什么？答：測(cè)壓管水頭線是沿水流方向各個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)壓管液面的連線，它反應(yīng)的是流體的勢(shì)能，測(cè)壓 管水頭線可能沿線可能下降，也可能上升（當(dāng)管徑沿流向增大時(shí)）,因?yàn)楣軓皆龃髸r(shí)流速減小，動(dòng)能減小而壓能增大，如果壓能的增大大于水頭損失時(shí)，水流的勢(shì)能就增大，測(cè)壓管水頭就上升?？偹^線是在測(cè)壓管水頭線的基線上再加上流速水頭，它反應(yīng)的是流體的總能量，由于沿流向總是有水頭損失，所以總水頭線沿程只能的下降，不能上升。5) 流量增加，測(cè)壓管水頭線如何變化？為什么？答：測(cè)壓管水頭線降低 從流量公式知，管道的流量隨著測(cè)壓管水頭線坡度的平方根成正比，測(cè)壓管水頭線坡度越大流量越大，坡度為起端的測(cè)壓管水頭減去末端的測(cè)壓管水頭，而起端測(cè)壓管水頭不變，所以末端測(cè)壓管水頭線越低，所以流量越大，測(cè)壓管水頭線越低。6) 分析同一斷面測(cè)點(diǎn)2、3是否讀數(shù)一致？同一斷面測(cè)點(diǎn)10、11是否讀數(shù)一致？為什么？答：2、3讀數(shù)一致表明流過(guò)同一斷面上，其動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布 10、11讀數(shù)不一致 表明在急變流斷面上離心慣性力對(duì)測(cè)壓管水頭影響很