能量方程(伯努利方程)實驗

1、第3章能量方程伯努利方程實驗3.1實驗?zāi)康?掌握用測壓管測量流體靜壓強的技能。2驗證不可壓縮流體靜力學(xué)根本方程，通過對諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實驗分析，進(jìn)一步加深對根本概念的理解，提高解決靜力學(xué)實際問題的能力。3掌握流速、流量等動水力學(xué)水力要素的實驗量測技能。3.2實驗裝置能量方程伯努利方程實驗裝置見圖3.1。11壓計測壓點開關(guān)或詢速器實驗臺供水水縉圖3.1能量方程伯努利方程實驗裝置圖調(diào)節(jié)閥I I I2 4 5?9突臉管道1 37101516 10說明：本實驗裝置由供水水箱及恒壓水箱、實驗管道共有三種不同內(nèi)徑的管道、測壓計、實驗臺等組成，流體在管道內(nèi)流動時通過分布在實驗管道各處的7根皮托管測壓管測

2、量總水頭或12根普通測壓管測量測壓管水頭，其中測點1、6、8、12、14、16和18均為皮托管測壓管示意圖見圖3.2，用于測量皮托管探頭對準(zhǔn)點的總水頭見圖3.3，用于測量測壓管水頭。2H '=Z子，其余為普通測壓管示意圖3.3實驗原理當(dāng)流量調(diào)節(jié)閥旋到一定位置后，實驗管道內(nèi)的水流以恒定流速流動，在實驗管道中沿管內(nèi)水流 方向取n個過水?dāng)嗝妫瑥倪M(jìn)口斷面1至另一個斷面i的能量方程式為：Zp11r2V1Pi-乙2gr22g hf常數(shù)3.1式中：i=2,3, ,n；Z -位置水頭；Pr壓強水頭；2 V2g速度水頭；hf進(jìn)口斷面1至另一個斷面i的損失水頭。從測壓計中讀出各斷面的測壓管水頭Z 衛(wèi)，通過

3、體積時間法或重量時間法測出管道流量,r2計算不同管道內(nèi)徑時過水?dāng)嗝嫫骄俣萔及速度水頭 ，從而得到各斷面的測壓管水頭和總水頭。2g3.4實驗方法與步驟1觀察實驗管道上分布的 19根測壓管，哪些是普通測壓管，哪些是皮托管測壓管。觀察管道內(nèi)徑的大小，并記錄各測點管徑至表3.1 o2翻開供水水箱開關(guān)，當(dāng)實驗管道充滿水時反復(fù)開或關(guān)流量調(diào)節(jié)閥，排除管內(nèi)氣體或測壓管 內(nèi)的氣泡，并觀察流量調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉時所有測壓管水面是否平齊水箱溢流時。如不平，那么用 吸氣球?qū)y壓管中氣泡排出或檢查連通管內(nèi)是否有異物堵塞。確保所有測壓管水面平齊后才能進(jìn)行 實驗，否那么實驗數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。3翻開流量調(diào)節(jié)閥并觀察測壓管液面變化，當(dāng)

4、最后一根測壓管液面下降幅度超過50%時停止調(diào)節(jié)閥門。待測壓管液面保持不變后，觀察皮托管測點1、6、8 12、14、16和18的讀數(shù)即總水頭，取標(biāo)尺零點為基準(zhǔn)面，下同變化趨勢：沿管道流動方向，總水頭只降不升。而普通測壓管2、3、4、5、7、9、10、11、13、15、17、19的讀數(shù)即測壓管水頭沿程可升可降。觀察直管均勻 流同一斷面上兩個測點2、3測壓管水頭是否相同？驗證均勻流斷面上靜水壓強按動水壓強規(guī)律分布。彎管急變流斷面上兩個測點10、11測壓管水頭是否相同？分析急變流斷面是否滿足能力方程應(yīng)用條件？記錄測壓管液面讀數(shù)，并測記實驗流量至表3.2、表3.3 o4繼續(xù)增大流量，待流量穩(wěn)定后測記第二

5、組數(shù)據(jù)普通測壓管液面讀數(shù)和測記實驗流量。5重復(fù)第4步驟，測記第三組數(shù)據(jù)，要求19號測壓管液面接近標(biāo)尺零點。6實驗結(jié)束。關(guān)閉水箱開關(guān)，使實驗管道水流逐漸排出。2 27和總水頭Z 分別記錄于表3.4和表3.5。2gr 2g操作要領(lǐng)與考前須知：、實驗前必須排除管道內(nèi)及連通管中氣體。、流量調(diào)節(jié)閥不能完全打開，要保證第7根和第8根測壓管液面在標(biāo)尺刻度范圍內(nèi)。3.5實驗成果與分析1 記錄有關(guān)常數(shù) 表3.1各測點斷面管徑數(shù)據(jù)表單位：cm測點 編號12、3456、7& 910、1112、1314、1516、1718、19管徑均勻段D1縮管段D2均勻段D1擴管段Da均勻段D1cmcmcmcmcm2測記測

6、壓管靜壓水頭Z E和流量Q，測計皮托管測點讀數(shù)。 r表3.2各測點靜壓水頭Z 單位：cm和流量Q單位：cm3/sr測點 編號23457913151719流量Qcm3/s第一組第二組第三組2表3.3皮托管測點總水頭Z 單位：cmr 2g測點 編號16812141618第一組第二組第三組3 計算速度水頭和總水頭。2表3.4各斷面速度水頭 單位：cmg=980 cm/s22g管徑(cm)第一組流量Q =cm%第二組流量 Q =cm3/s第三組流量Q = cm3/sAcm2V (cm/s)2 v2g(cm)Acm2V (cm/s)2 v2g(cm)Acm2V (cm/s)2 v2g(cm)D1 =D

7、2 =D3 =2表3.5各斷面總水頭Z 衛(wèi)單位：cmr 2g測點 編號23457913151719流量Qcm3/s第一組第二組第三組圖3.4總水頭線E-E線和測壓管水頭線P-P線注：圖中橫向表示測點在管道中的位置，縱向表示某測點的總水頭或測壓管水頭單位均為cm。測壓管水頭線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，將所有測點數(shù)據(jù)用線段連接，在連線時要考慮同一管徑的 線段應(yīng)平行沿程水頭損失大小隨管道長度線性變化。4根據(jù)最大流量時的數(shù)據(jù)繪制總水頭和測壓管水頭沿管道變化趨勢線總水頭線E-E線和測壓管水頭線P-P線繪制于圖3.4中。并分析總水頭和測壓管水頭沿管道變化趨勢線有何不

8、同？為 什么？ 測壓管水頭線P-P沿程可升可降，線坡 JP可正可負(fù)。而總水頭線E-E沿程只降不升，線坡 JP恒 為正，即J>0。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。如下列圖，測點5至測點7,管漸縮，局部勢能轉(zhuǎn)換成動能，測壓管水頭線降低，JP>0。，測點7至測點9，管漸擴，局部動能又轉(zhuǎn)換成勢能，測壓管水頭線升高，JP<0。而據(jù)能量方程 E仁E2+hw1-2, hw1-2為損失能量，是不可逆的，即恒有hw1-2>0，故E2恒小于E1， E-E線不可能上升。E-E線下降的坡度越大，即J越大，說明單位流程上的水頭損失越大，如圖上的漸擴段和閥門等處，說

9、明有較大 的局部水頭損失存在。流量增加，測壓管水頭線總水頭E及管道過流斷面面積5流量增加，測壓管水頭線如何變化？為什么？P-P總降落趨勢更顯著。這是因為測壓管水頭Q2,任一斷面起始的A為定值時，Z必減小。而且隨流量的增加，阻力損失亦增大，管道任一過 2g水?dāng)嗝嫔系目偹^ E相應(yīng)減小，故Z p的減小更加顯著。6分析同一斷面測點 2、3是否讀數(shù)一致？同一斷面測點10、11是否讀數(shù)一致？為什么？測點2、3位于均勻流斷面，測點高差0.7cm，HP Z p均為37.1cm偶有毛細(xì)影響相差 0.1mm，說明均勻流各斷面上，其動水壓強按靜水壓強規(guī)律分布。測點10、11在彎管的急變流斷面上，測壓管水頭差為7.3cm，說明急變流斷面上離心慣性力對測壓管水頭影響很大。由于能量方程