能量方程(伯努利方程)實(shí)驗(yàn)

1、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)根本方程，通過對(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)根本概念的理解，提高解決靜力學(xué)實(shí)際問題的能力。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)裝置見圖3.1。11壓計(jì)測(cè)壓點(diǎn)開關(guān)或詢速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)供水水縉圖3.1能量方程伯努利方程實(shí)驗(yàn)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(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)通過分布在實(shí)驗(yàn)管道各處的7根皮托管測(cè)壓管測(cè)

2、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)壓管示意圖見圖3.2，用于測(cè)量皮托管探頭對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)的總水頭見圖3.3，用于測(cè)量測(cè)壓管水頭。2H '=Z子，其余為普通測(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：Zp11r2V1Pi-乙2gr22g hf常數(shù)3.1式中：i=2,3, ,n；Z -位置水頭；Pr壓強(qiáng)水頭；2 V2g速度水頭；hf進(jìn)口斷面1至另一個(gè)斷面i的損失水頭。從測(cè)壓計(jì)中讀出各斷面的測(cè)壓管水頭Z 衛(wèi)，通過

3、體積時(shí)間法或重量時(shí)間法測(cè)出管道流量,r2計(jì)算不同管道內(nèi)徑時(shí)過水?dāng)嗝嫫骄俣萔及速度水頭 ，從而得到各斷面的測(cè)壓管水頭和總水頭。2g3.4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 o2翻開供水水箱開關(guān)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)管道充滿水時(shí)反復(fù)開或關(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，那么用 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)，否那么實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。3翻開流量調(diào)節(jié)閥并觀察測(cè)壓管液面變化，當(dāng)

4、最后一根測(cè)壓管液面下降幅度超過50%時(shí)停止調(diào)節(jié)閥門。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 o4繼續(xù)增大流量，待流量穩(wěn)定后測(cè)記第二

5、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)閉水箱開關(guān)，使實(shí)驗(yàn)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(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，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、7& 910、1112、1314、1516、1718、19管徑均勻段D1縮管段D2均勻段D1擴(kuò)管段Da均勻段D1cmcmcmcmcm2測(cè)記測(cè)

6、壓管靜壓水頭Z E和流量Q，測(cè)計(jì)皮托管測(cè)點(diǎn)讀數(shù)。 r表3.2各測(cè)點(diǎn)靜壓水頭Z 單位：cm和流量Q單位：cm3/sr測(cè)點(diǎn) 編號(hào)23457913151719流量Qcm3/s第一組第二組第三組2表3.3皮托管測(cè)點(diǎn)總水頭Z 單位：cmr 2g測(cè)點(diǎn) 編號(hào)16812141618第一組第二組第三組3 計(jì)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(cè)點(diǎn) 編號(hào)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(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，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

8、同？為 什么？ 測(cè)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?yàn)樗诹鲃?dòng)過程中，依據(jù)一定邊界條件，動(dòng)能和勢(shì)能可相互轉(zhuǎn)換。如下列圖，測(cè)點(diǎn)5至測(cè)點(diǎn)7,管漸縮，局部勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，測(cè)壓管水頭線降低，JP>0。，測(cè)點(diǎn)7至測(cè)點(diǎn)9，管漸擴(kuò)，局部動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成勢(shì)能，測(cè)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(kuò)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(cè)壓管水頭線總水頭E及管道過流斷面面積5流量增加，測(cè)壓管水頭線如何變化？為什么？P-P總降落趨勢(shì)更顯著。這是因?yàn)闇y(cè)壓管水頭Q2,任一斷面起始的A為定值時(shí)，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(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？測(cè)點(diǎn)2、3位于均勻流斷面，測(cè)點(diǎn)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(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。測(cè)點(diǎn)10、11在彎管的急變流斷面上，測(cè)壓管水頭差為7.3cm，說明急變流斷面上離心慣性力對(duì)測(cè)壓管水頭影響很大。由于能量方程