新伯努利方程實(shí)驗(yàn).

1、實(shí)驗(yàn)二 伯努利方程能量分布與轉(zhuǎn)換的測(cè)定（一）（一） 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1、觀察動(dòng)、靜、位壓頭隨管徑、位置、流量的變化情、觀察動(dòng)、靜、位壓頭隨管徑、位置、流量的變化情況，驗(yàn)證連續(xù)性方程和伯努利方程；況，驗(yàn)證連續(xù)性方程和伯努利方程； 2、定量考察流經(jīng)收縮、擴(kuò)大管段時(shí)流體流速與管徑的、定量考察流經(jīng)收縮、擴(kuò)大管段時(shí)流體流速與管徑的關(guān)系；關(guān)系； 3、定量考察流體流經(jīng)直管段時(shí)流體流速與管徑的關(guān)系、定量考察流體流經(jīng)直管段時(shí)流體流速與管徑的關(guān)系 4、定性觀察流體流經(jīng)節(jié)流件、彎頭等壓損情況。、定性觀察流體流經(jīng)節(jié)流件、彎頭等壓損情況。 二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 化工生產(chǎn)中，流體的輸送多在密閉的管道中進(jìn)行，因此化工

2、生產(chǎn)中，流體的輸送多在密閉的管道中進(jìn)行，因此研究流體在管道中的流動(dòng)是化學(xué)工程中一個(gè)重要的課題。研究流體在管道中的流動(dòng)是化學(xué)工程中一個(gè)重要的課題。任何流動(dòng)的流體，仍然遵循質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，任何流動(dòng)的流體，仍然遵循質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，這是研究流體力學(xué)性質(zhì)的基本出發(fā)點(diǎn)。這是研究流體力學(xué)性質(zhì)的基本出發(fā)點(diǎn)。 1、連續(xù)性方程、連續(xù)性方程 對(duì)于流體在管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的質(zhì)量形式表現(xiàn)為：對(duì)于流體在管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的質(zhì)量形式表現(xiàn)為：2211vdAvdA 根據(jù)平均流速的定義：根據(jù)平均流速的定義：222111uAuA 對(duì)于均質(zhì)、不可壓縮流體：對(duì)于均質(zhì)、不可壓縮流體：2211uAuA 對(duì)于圓形管道：對(duì)于圓

3、形管道：22212124/ududdA 2、機(jī)械能衡算方程、機(jī)械能衡算方程 運(yùn)動(dòng)的流體除了遵循質(zhì)量守恒定律以外，還應(yīng)滿運(yùn)動(dòng)的流體除了遵循質(zhì)量守恒定律以外，還應(yīng)滿足能量守恒定律。足能量守恒定律。 對(duì)于均質(zhì)、不可壓縮流體，在管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，對(duì)于均質(zhì)、不可壓縮流體，在管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，其機(jī)械能衡算方程（以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)）為：其機(jī)械能衡算方程（以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)）為：fHgpguzHgpguz2222121122上式中各項(xiàng)單位為上式中各項(xiàng)單位為m，所以都稱之為壓頭，所以都稱之為壓頭 對(duì)于理想流體，由于沒有內(nèi)摩擦力產(chǎn)生，所以損失壓對(duì)于理想流體，由于沒有內(nèi)摩擦力產(chǎn)生，所以損失壓頭一項(xiàng)可以忽略，若在流動(dòng)

4、過(guò)程中沒有外加功加入，則上頭一項(xiàng)可以忽略，若在流動(dòng)過(guò)程中沒有外加功加入，則上式變?yōu)槭阶優(yōu)椤眊pguzgpguz2222121122對(duì)于靜止的流體，流速為零，則上式變?yōu)椋簩?duì)于靜止的流體，流速為零，則上式變?yōu)椋篻pzgpz2211所以說(shuō)流體靜力學(xué)方程是流體動(dòng)力學(xué)方程的一個(gè)特例所以說(shuō)流體靜力學(xué)方程是流體動(dòng)力學(xué)方程的一個(gè)特例 3、管內(nèi)流動(dòng)分析、管內(nèi)流動(dòng)分析 按照流體流動(dòng)時(shí)的流速以及其它與流動(dòng)有關(guān)的物理量按照流體流動(dòng)時(shí)的流速以及其它與流動(dòng)有關(guān)的物理量是否隨時(shí)間而變化，可將流體的流動(dòng)分為兩類：穩(wěn)定流動(dòng)是否隨時(shí)間而變化，可將流體的流動(dòng)分為兩類：穩(wěn)定流動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng)。連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中流體的流動(dòng)多視為穩(wěn)定流和不穩(wěn)

5、定流動(dòng)。連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中流體的流動(dòng)多視為穩(wěn)定流動(dòng)。在開工或停工階段多以屬于不穩(wěn)定流動(dòng)。動(dòng)。在開工或停工階段多以屬于不穩(wěn)定流動(dòng)。 流體的流動(dòng)有兩種不同形態(tài)：層流和湍流流體的流動(dòng)有兩種不同形態(tài)：層流和湍流 流體的流動(dòng)形態(tài)可以通過(guò)雷諾準(zhǔn)數(shù)來(lái)判斷，在圓形管道流體的流動(dòng)形態(tài)可以通過(guò)雷諾準(zhǔn)數(shù)來(lái)判斷，在圓形管道中，雷諾數(shù)可以用下式表示：中，雷諾數(shù)可以用下式表示：udRe三、裝置流程三、裝置流程 該裝置為有機(jī)玻璃材料制作的管路系統(tǒng)，通過(guò)泵使流體循該裝置為有機(jī)玻璃材料制作的管路系統(tǒng)，通過(guò)泵使流體循環(huán)流動(dòng)。管路內(nèi)徑為環(huán)流動(dòng)。管路內(nèi)徑為30mm，節(jié)流件變截面處管內(nèi)徑為，節(jié)流件變截面處管內(nèi)徑為15mm。單管壓力計(jì)。單管

6、壓力計(jì)1和和2可用于驗(yàn)證變截面連續(xù)性方程，單可用于驗(yàn)證變截面連續(xù)性方程，單管壓力計(jì)管壓力計(jì)1和和3可用于比較流體經(jīng)節(jié)流件后的能頭損失，單管可用于比較流體經(jīng)節(jié)流件后的能頭損失，單管壓力計(jì)壓力計(jì)3和和4可用于比較流體經(jīng)彎頭和流量計(jì)后的能頭損失及可用于比較流體經(jīng)彎頭和流量計(jì)后的能頭損失及位能變化情況，單管壓力計(jì)位能變化情況，單管壓力計(jì)4和和5可用于驗(yàn)證直管段雷諾數(shù)與可用于驗(yàn)證直管段雷諾數(shù)與流體阻力系數(shù)關(guān)系流體阻力系數(shù)關(guān)系 ，單管壓力計(jì)，單管壓力計(jì)6與與5配合使用，用于測(cè)定單配合使用，用于測(cè)定單管壓力計(jì)管壓力計(jì)5處的中心點(diǎn)速度。處的中心點(diǎn)速度。 四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟 1.先在下水槽中加

7、滿清水，保持管路排水閥、出口閥關(guān)先在下水槽中加滿清水，保持管路排水閥、出口閥關(guān)閉狀態(tài)，通過(guò)循環(huán)泵將水打入上水槽中，使整個(gè)管路中充閉狀態(tài)，通過(guò)循環(huán)泵將水打入上水槽中，使整個(gè)管路中充滿流體，并保持上水槽液位一定高度，可觀察流體靜止?fàn)顫M流體，并保持上水槽液位一定高度，可觀察流體靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)各管段高度。態(tài)時(shí)各管段高度。 2.通過(guò)出口閥調(diào)節(jié)管內(nèi)流量，注意保持上水槽液位高通過(guò)出口閥調(diào)節(jié)管內(nèi)流量，注意保持上水槽液位高度穩(wěn)定（即保證整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)），并盡可能度穩(wěn)定（即保證整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)），并盡可能使轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)在刻度線上。觀察記錄各單管壓力計(jì)讀使轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)在刻度線上。觀察記錄各單管壓力

8、計(jì)讀數(shù)和流量值。數(shù)和流量值。 3.改變流量，觀察各單管壓力計(jì)讀數(shù)隨流量的變化情況。改變流量，觀察各單管壓力計(jì)讀數(shù)隨流量的變化情況。注意每改變一個(gè)流量，需給予系統(tǒng)一定的穩(wěn)流時(shí)間，方可讀注意每改變一個(gè)流量，需給予系統(tǒng)一定的穩(wěn)流時(shí)間，方可讀取數(shù)據(jù)。取數(shù)據(jù)。 4.結(jié)束實(shí)驗(yàn)，關(guān)閉循環(huán)泵，全開出口閥排盡系統(tǒng)內(nèi)流體，結(jié)束實(shí)驗(yàn)，關(guān)閉循環(huán)泵，全開出口閥排盡系統(tǒng)內(nèi)流體，之后打開排水閥排空管內(nèi)沉積段流體。之后打開排水閥排空管內(nèi)沉積段流體。 注意：（注意：（1）若不是長(zhǎng)期使用該裝置，對(duì)下水槽內(nèi)液體也）若不是長(zhǎng)期使用該裝置，對(duì)下水槽內(nèi)液體也應(yīng)作排空處理，防止沉積塵土，否則可能堵塞測(cè)速管。（應(yīng)作排空處理，防止沉積塵土，否

9、則可能堵塞測(cè)速管。（2）每次實(shí)驗(yàn)開始前，也需先清洗整個(gè)管路系統(tǒng)，即先使管內(nèi)流每次實(shí)驗(yàn)開始前，也需先清洗整個(gè)管路系統(tǒng)，即先使管內(nèi)流體流動(dòng)數(shù)分鐘，檢查閥門、管段有無(wú)堵塞或漏水情況。體流動(dòng)數(shù)分鐘，檢查閥門、管段有無(wú)堵塞或漏水情況。 五、數(shù)據(jù)分析五、數(shù)據(jù)分析 1. h1和和h2的分析的分析 由轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量讀數(shù)及管截面積，可求得流體在由轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量讀數(shù)及管截面積，可求得流體在1處處的平均流速的平均流速u1（該平均流速適用于系統(tǒng)內(nèi)其他等管徑處）。（該平均流速適用于系統(tǒng)內(nèi)其他等管徑處）。 若忽略若忽略h1和和h2間的沿程阻力，適用理想流體柏努利方間的沿程阻力，適用理想流體柏努利方程，即：程，即：且由于且

10、由于1、2處等高，則有：處等高，則有：gpguzgpguz2222121122gpgugpgu22212122 其中，兩者靜壓頭差即為單管壓力計(jì)其中，兩者靜壓頭差即為單管壓力計(jì)1和和2讀數(shù)差讀數(shù)差（mH2O），由此可求得流體在），由此可求得流體在2處的平均流速處的平均流速u2。令。令u2代代入公式入公式 中，驗(yàn)證連續(xù)性方程。中，驗(yàn)證連續(xù)性方程。 2. h1和和h3的分析的分析 流體在流體在1和和3處，經(jīng)節(jié)流件后，雖然恢復(fù)到了等管徑，處，經(jīng)節(jié)流件后，雖然恢復(fù)到了等管徑，但是單管壓力計(jì)但是單管壓力計(jì)1和和3的讀數(shù)差說(shuō)明了能頭的損失（即經(jīng)過(guò)的讀數(shù)差說(shuō)明了能頭的損失（即經(jīng)過(guò)節(jié)流件的阻力損失）。且流量越

11、大，讀數(shù)差越明顯。節(jié)流件的阻力損失）。且流量越大，讀數(shù)差越明顯。222121udud 3. h3和和h4的分析的分析 流體經(jīng)流體經(jīng)3到到4處，受彎頭和轉(zhuǎn)子流量計(jì)及位能的影響，單處，受彎頭和轉(zhuǎn)子流量計(jì)及位能的影響，單管壓力計(jì)管壓力計(jì)3和和4的讀數(shù)差明顯，且隨流量的增大，讀數(shù)差也變的讀數(shù)差明顯，且隨流量的增大，讀數(shù)差也變大，可定性觀察流體局部阻力導(dǎo)致的能頭損失。大，可定性觀察流體局部阻力導(dǎo)致的能頭損失。 4. h4和和h5的分析的分析 直管段直管段4和和5之間，單管壓力計(jì)之間，單管壓力計(jì)4和和5的讀數(shù)差說(shuō)明了直管的讀數(shù)差說(shuō)明了直管阻力的存在（小流量時(shí)，該讀數(shù)差不明顯），根據(jù)阻力的存在（小流量時(shí)，該讀數(shù)差不明顯），根據(jù)gudLhf22可推算得阻力系數(shù)，然后根據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)，作出兩者關(guān)系曲線?？赏扑愕米枇ο禂?shù)，然后根據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)，作出兩者關(guān)系曲線。 5. h5和和h6的分析的分析 單管壓力計(jì)單管壓力計(jì)5和和6之差指示的是之差指示的是5處管路的中心點(diǎn)速度，即處管路的中心點(diǎn)速度，即最大速度最大速度uc，有，有考察在不同雷諾準(zhǔn)數(shù)下，與管路平均速度考察在不同雷諾準(zhǔn)數(shù)下，與管路平均速度u的關(guān)系。的關(guān)系。 六、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)六、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)guhc22流體的流動(dòng)狀態(tài)流體的流動(dòng)狀態(tài)H1H2H3H4H5h6靜止靜止開度開度1開度開度2開度開度3