新伯努利方程實(shí)驗(yàn)市公開課獲獎?wù)n件

1、試驗(yàn)二 伯努利方程能量分布與轉(zhuǎn)換測定（一） 試驗(yàn)?zāi)康?1、觀測動、靜、位壓頭隨管徑、位置、流量改變情況，驗(yàn)證連續(xù)性方程和伯努利方程； 2、觀測流速改變規(guī)律定量考察流經(jīng)收縮、擴(kuò)大管段時流體流速與管徑關(guān)系； 3、定量考察流體流經(jīng)直管段時流體流速與管徑關(guān)系 4、定性觀測流體流經(jīng)節(jié)流件、彎頭等壓損情況。第1頁第1頁 二、試驗(yàn)原理 化工生產(chǎn)中，流體輸送多在密閉管道中進(jìn)行，因此研究流體在管道中流動是化學(xué)工程中一個主要課題。任何流動流體，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)基本出發(fā)點(diǎn)。 1、連續(xù)性方程 對于流體在管內(nèi)穩(wěn)定流動時質(zhì)量形式表現(xiàn)為：第2頁第2頁 依據(jù)平均流速定義： 對于均質(zhì)、不

2、可壓縮流體： 對于圓形管道：第3頁第3頁 2、機(jī)械能衡算方程 運(yùn)動流體除了遵循質(zhì)量守恒定律以外，還應(yīng)滿足能量守恒定律。 對于均質(zhì)、不可壓縮流體，在管內(nèi)穩(wěn)定流動時，其機(jī)械能衡算方程（以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)）為：上式中各項(xiàng)單位為m，因此都稱之為壓頭第4頁第4頁 對于抱負(fù)流體，由于沒有內(nèi)摩擦力產(chǎn)生，因此損失壓頭一項(xiàng)能夠忽略，若在流動過程中沒有外加功加入，則上式變?yōu)椤睂τ陟o止流體，流速為零，則上式變?yōu)椋阂虼苏f流體靜力學(xué)方程是流體動力學(xué)方程一個特例第5頁第5頁 3、管內(nèi)流動分析 按照流體流動時流速以及其它與流動相關(guān)物理量是否隨時間而改變，可將流體流動分為兩類：穩(wěn)定流動和不穩(wěn)定流動。連續(xù)生產(chǎn)過程中流體流動多

3、視為穩(wěn)定流動。在開工或停工階段多以屬于不穩(wěn)定流動。 流體流動有兩種不同形態(tài)：層流和湍流 流體流動形態(tài)能夠經(jīng)過雷諾準(zhǔn)數(shù)來判斷，在圓形管道中，雷諾數(shù)能夠用下式表示：第6頁第6頁三、裝置流程第7頁第7頁 該裝置為有機(jī)玻璃材料制作管路系統(tǒng)，通過泵使流體循環(huán)流動。管路內(nèi)徑為30mm，節(jié)流件變截面處管內(nèi)徑為15mm。單管壓力計(jì)1和2可用于驗(yàn)證變截面連續(xù)性方程，單管壓力計(jì)1和3可用于比較流體經(jīng)節(jié)流件后能頭損失，單管壓力計(jì)3和4可用于比較流體經(jīng)彎頭和流量計(jì)后能頭損失及位能改變情況，單管壓力計(jì)4和5可用于驗(yàn)證直管段雷諾數(shù)與流體阻力系數(shù)關(guān)系 ，單管壓力計(jì)6與5配合使用，用于測定單管壓力計(jì)5處中心點(diǎn)速度。第8頁第8

4、頁 四、試驗(yàn)方法和步驟 1.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)，通過循環(huán)泵將水打入上水槽中，使整個管路中充滿流體，并保持上水槽液位一定高度，可觀測流體靜止?fàn)顟B(tài)時各管段高度。 2.通過出口閥調(diào)整管內(nèi)流量，注意保持上水槽液位高度穩(wěn)定（即確保整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定流動狀態(tài)），并盡也許使轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)在刻度線上。觀測統(tǒng)計(jì)各單管壓力計(jì)讀數(shù)和流量值。第9頁第9頁 3.改變流量，觀測各單管壓力計(jì)讀數(shù)隨流量改變情況。注意每改變一個流量，需予以系統(tǒng)一定穩(wěn)流時間，方可讀取數(shù)據(jù)。 4.結(jié)束試驗(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。 注意：（1）若不是長期使用該裝置，對

5、下水槽內(nèi)液體也應(yīng)作排空處理，預(yù)防沉積塵土，不然也許堵塞測速管。（2）每次試驗(yàn)開始前，也需先清洗整個管路系統(tǒng)，即先使管內(nèi)流體流動數(shù)分鐘，檢查閥門、管段有無堵塞或漏水情況。第10頁第10頁 五、數(shù)據(jù)分析 1. h1和h2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1處平均流速u1（該平均流速適合用于系統(tǒng)內(nèi)其它等管徑處）。 若忽略h1和h2間沿程阻力，合用抱負(fù)流體柏努利方程，即：且由于1、2處等高，則有：第11頁第11頁 其中，兩者靜壓頭差即為單管壓力計(jì)1和2讀數(shù)差（mH2O），由此可求得流體在2處平均流速u2。令u2代入公式 中，驗(yàn)證連續(xù)性方程。 2. h1和h3分析 流體在1和3處，經(jīng)節(jié)流

6、件后，即使恢復(fù)到了等管徑，但是單管壓力計(jì)1和3讀數(shù)差闡明了能頭損失（即通過節(jié)流件阻力損失）。且流量越大，讀數(shù)差越明顯。第12頁第12頁 3. h3和h4分析 流體經(jīng)3到4處，受彎頭和轉(zhuǎn)子流量計(jì)及位能影響，單管壓力計(jì)3和4讀數(shù)差明顯，且隨流量增大，讀數(shù)差也變大，可定性觀測流體局部阻力造成能頭損失。 4. h4和h5分析 直管段4和5之間，單管壓力計(jì)4和5讀數(shù)差闡明了直管阻力存在（小流量時，該讀數(shù)差不明顯，詳細(xì)考察直管阻力系數(shù)測定可使用流體阻力裝置），依據(jù)可推算得阻力系數(shù)，然后依據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)，作出兩者關(guān)系曲線。第13頁第13頁 5. h5和h6分析 單管壓力計(jì)5和6之差指示是5處管路中心點(diǎn)速度，即最大