機械能轉化實驗實驗報告

機械能轉化實驗實驗報告篇一：機械能轉化演示實驗篇二：機械能轉化實驗機械能轉化實驗一、實驗目的1.觀察動、靜、位壓頭隨管徑、位置、流量的轉變狀況，驗證持續(xù)性方程和柏努利方程。2.定量考察流體流經(jīng)收縮、擴大管段時，流體流速與管徑關系。3.定量考察流體流經(jīng)直管段時，流體阻力與流量關系。4.定性觀察流體流經(jīng)節(jié)流元件、彎頭的壓損狀況。二、大致原理化工生產中，流體的輸送多在密閉的管道中進行，因此研究流體在管內的流動是化學工程中一種重要課題。任何運動的流體，仍然恪守質量守恒定律和能量守恒定律，這是研究流體力學性質的大致起點。1.持續(xù)性方程對于流體在管內穩(wěn)定流動時的質量守恒形式體現(xiàn)為以下的持續(xù)性方程：1??vdA??2??vdA（1－1）12按照平均流速的概念，有?1u1A1??2u2A2（1－2）即m1?m2（1－3）而對均質、不可緊縮流體，?1??2?常數(shù)，則式（1－2）變成u1A1?u2A2（1－4）可見，對均質、不可緊縮流體，平均流速與流通截面積成反比，即面積越大，流速越??；反之，面積越小，流速越大。對圓管，A??d/4，d為直徑，于是式（1－4）可轉化為2u1d1?u2d2（1－5）222.機械能衡算方程運動的流體除遵照質量守恒定律之外，還應知足能量守恒定律，依此，在工程上可進一步獲得十分重要的機械能衡算方程。對于均質、不可緊縮流體，在管路內穩(wěn)定流動時，其機械能衡算方程（以單位質量流體為基準）為：upupz1?1?1?he?z2?2?2?hf（1－6）2g?g2g?g顯然，上式中各項均含有高度的量綱，z稱為位頭，u/2g稱為動壓頭（速度頭），p/?g稱為靜壓頭（壓力頭），he稱為外加壓頭，hf稱為壓頭損失。有關上述機械能衡算方程的討論：抱負流體的柏努利方程無黏性的即沒有黏性摩擦損失的流體稱為抱負流體，就是說，抱負流體的hf?0，若此時又無外加功加入，則機械能衡算方程變成：222upupz1?1?1?z2?2?2（1－7）2g?g2g?g式（1－7）為抱負流體的柏努利方程。該式表明，抱負流體在流動進程中，總機械能維持不變。（2）若流體靜止，則u?0，he?0，hf?0，于是機械能衡算方程變成22z1?p1p?z2?2（1－8）?g?g式（1－8）即為流體靜力學方程，可見流體靜止狀態(tài)是流體流動的一種特殊形式。3.管內流動分析根據(jù)流體流動時的流速和其它與流動有關的物理量（例如壓力、密度）是不是隨時間而轉變，可將流體的流動分成兩類：穩(wěn)定流動和不穩(wěn)定流動。持續(xù)生產進程中的流體流動，多可視為穩(wěn)定流動，在開工或停工階段，則屬于不穩(wěn)定流動。流體流動有兩種不同型態(tài)，即層流和湍流，這一現(xiàn)象最先是由雷諾（Reynolds）于1883年首先發(fā)現(xiàn)的。流體作層流流動時，其流體質點作平行于管軸的直線運動，且在徑向無脈動；流體作湍流流動時，其流體質點除沿管軸方向作向前運動外，還在徑向作脈動，從而在宏觀上顯示出紊亂地向各個方向作不規(guī)則的運動。流體流動型態(tài)可用雷諾準數(shù)（Re）來判斷，這是一種無因次數(shù)群，故其值不會因采用不同的單位制而不同。但應當注意，數(shù)群中各物理量必需采用同一單位制。若流體在圓管內流動，則雷諾準數(shù)可用下式表達：Re?式中：Re—雷諾準數(shù)，無因次；du??（1－9）d—管子內徑，m；u—流體在管內的平均流速，m／s；—流體密度，kg／m3；μ—流體粘度；Pa·s。式（1－9）表明，對于必然溫度的流體，在特定的圓管內流動，雷諾準數(shù)僅與流體流速有關。層流轉變成湍流時的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)，用Rec表達。工程上普通覺得，流體在直圓管內流動時，當Re≤XX時為層流；當Re>4000時，圓管內已形成湍流；當Re在XX至4000范疇內，流動處在一種過渡狀態(tài)，可能是層流，也可能是湍流，或是兩者交替出現(xiàn)，這要視外界干擾而定，普通稱這一Re數(shù)范疇為過渡區(qū)。三、裝置流程該裝置為有機玻璃材料制作的管路系統(tǒng)，通過泵使流體循環(huán)流動。管路內徑為30mm，節(jié)流件變截面處管內徑為15mm。單管壓力計1和2可用于驗證變截面持續(xù)性方程，單管壓力計1和3可用于比較流體經(jīng)節(jié)流件后的能頭損失，單管壓力計3和4可用于比較流體經(jīng)彎頭和流量計后的能頭損失及位能轉變狀況，單管壓力計4和5可用于驗證直管段雷諾數(shù)與流體阻力系數(shù)關系，單管壓力計6與5配合運用，用于測定單管壓力計5處的中心點速度。在本實驗裝置中設立了兩種進了方式：一、高位槽進料；二、直接泵輸送進料，設立這兩種方式是為了讓學生有對比，固然直接泵進料液體是不穩(wěn)定的，會產生諸多空氣，這樣實驗數(shù)據(jù)會有波動，因此普通在收集數(shù)據(jù)的時候建議采用高位槽進料。四、實驗環(huán)節(jié)1.先在下水槽中加滿清水，維持管路排水閥、出口閥關閉狀態(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，并維持上水槽液位必然高度，可觀察流體靜止狀態(tài)時各管段高度。2.通過出口閥調節(jié)管內流量，注意維持上水槽液位高度穩(wěn)定（即確保整個系統(tǒng)處在穩(wěn)定流動狀態(tài)），并盡量使轉子流量計讀數(shù)在刻度線上。觀察統(tǒng)計各單管壓力計讀數(shù)和流量值。3.變化流量，觀察各單管壓力計讀數(shù)隨流量的轉變狀況。注意每變化一種流量，需予以系統(tǒng)必然的穩(wěn)流時間，方可讀取數(shù)據(jù)。4.結束實驗，關閉循環(huán)泵，全開出口閥排盡系統(tǒng)內流體，后來打開排水閥排空管內沉積段流體。注意：（1）若不是長久運用該裝置，對下水槽內液體也應作排空處置，避免沉積塵土，否則可能堵塞測速管。（2）每次實驗開始前，也需先清洗整個管路系統(tǒng)，即先使管內流體流動數(shù)分鐘，檢查閥門、管段有無堵塞或漏水狀況。五、數(shù)據(jù)分析1.h1和h2的分析由轉子流量計流量讀數(shù)及管截面積，可求得流體在1處的平均流速u1（該平均流速合用于系統(tǒng)內其它等管徑處）。若無視h1和h2間的沿程阻力，合用柏努利方程即式（1－7），且由于一、2處等高，則有：pupu1?1?2?2（1－10）?g2g?g2g其中，兩者靜壓頭差即為單管壓力計1和2讀數(shù)差（mH2O），由此可求得流體在2處的平均流速u2。令u2代入式（1－5），驗證持續(xù)性方程。2.h1和h3的分析流體在1和3處，經(jīng)節(jié)流件后，即使恢復到了等管徑，可是單管壓力計1和3的讀數(shù)差闡明了能頭的損失（即通過節(jié)流件的阻力損失）。且流量越大，讀數(shù)差越明顯。3.h3和h4的分析流體經(jīng)3到4處，受彎頭和轉子流量計及位能的影響，單管壓力計3和4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致使的能頭損失。4.h4和h5的分析直管段224和5之間，單管壓力計4和5的讀數(shù)差闡明了直管阻力的存在（小流量時，該讀數(shù)差不明顯，具體考察直管阻力系數(shù)的測定可運用流體阻力裝置），按照Lu2hf??（1－11）d2g可推算得阻力系數(shù)，然后按照雷諾準數(shù)，作出兩者關系曲線。5.h5和h6的分析單管壓力計5和6之差批示的是5處管路的中心點速度，即最大速度uc，有u?h?c（1－12）2g考察在不同雷諾準數(shù)下，與管路平均速度u的關系。2六、注意事項1.不要將泵出口調節(jié)閥啟動過大，以避免水從高位槽沖出和致使高位槽液面不穩(wěn)定。2.流量調節(jié)閥需緩慢關小，以避免造成流量忽然下降，使測壓管中的水溢出。3.實驗時必需排除管路系統(tǒng)內的空氣。七、思考題1.在機械能轉化演示實驗中,為什么要維持高位槽水位恒定？2.水在水平異徑管中流動時，流蘇與管徑的關系如何？3.若兩測壓截面距基準面的高度不同，兩截面的靜壓差僅是有流動阻力造成嗎？0.1λ0.01Re0篇三：流體流動進程機械能轉換實驗流體流動進程機械能轉換實驗1.h一、h2變截面持續(xù)性方程（內徑：d1=30mm，變截面外徑d2=15mm）qvH1序號流量L/H12345611508706409501230290H2H1H2流速流速u1(m/s)U1d1^2*10^(-4)U2d2^2*10^(-4)u2(m/s)0.1.4.069355984.069355980.1.3.3.0.1.2.2.0.1.3.3.0.1.4.4.0.0.1.1.公式：u=qv/(Π/4)d2理論值：4u1=u2分析：流體為均質、不可緊縮流體，持續(xù)性方程成立2.h一、h3流體經(jīng)節(jié)流件后壓頭損失關系流量序號qv(L/H)11150287036404950512306290流速u1(m/s)h1(cm)h3(cm)壓頭損失hf（cm）理論值hf（cm）0.0.0.0.0.0.96.298.710398.495.6101.89195.398.294.489.6101.45.23.44.8460.43.2.1.2.4.0.24873784分析：流速增大，壓頭損失增大，壓頭損失和速度的平方成正比3.h3、h4流體經(jīng)彎頭和流量計件后壓頭損失和位能轉變關系序號123456流量qv(L/H)11508706409501230290流速u1(m/s)h3(cm)h4(cm)位能差（cm）hf（cm）0.0.0.0.0.0.9195.398.294.489.6101.421.327.231.625.619.820.669.768.166.668.869.880.83.2.1.2.4.0.248737844.h4、h5直管段雷諾數(shù)和流體阻力系數(shù)關系流量序號qv(L/H)12345611508706409501230290阻力系數(shù)λ流速U1(m/s)h4(cm)h5(cm)=2hf/u^2Re=duρ/μhf=h4-h5（cm）（10^-2）0.21.319.814.6742160213498.305081.50.27.226.413.6744797110211.761240.80.31.630.825.269076417512.1002190.80.25.624.614.3354760311150.7737610.19.817.817.1032680514437.3176120.3635.2123.07031743403.9204120.8分析：Re足夠大時，λ與Re無關，只與流體流速平方成正比5.h五、h6單管