实验2-伯努利实验

实验二伯努利实验一、实验目的流动流体所具有的总能量是由各种形式的能量所组成，并且各种形式的能量之间又相互转换。当流量在导管内作定常流动时，在导管的各截面之间的各种形式机械能的变化规律，可由机械能衡算基本方程来表达。这些规律对于解决流体流动过程的管路计算、流体压强、流速与流量的测量，以及流体输送等问题，都有着十分重要的作用。本实验采用一种称之为伯努利试验仪的简单装置，实验观察不可压缩流体在导管内流动时的各种形式机械能的相互转化现象并验证机械能衡算方程（伯努利方程）。通过实验加深对流体流动过程基本原理的理解。二、实验原理l、不可压缩的流体在导管中作稳定流动，系统与环境又无功的交换，若以单位质量流体为衡算基准，其机械能守恒方程式为：fhpugzpugz2222121122（1）式中，ul、u2——分别为液体管道上游的某截面和下游某截面处的流速，m·s-1；P1、P2——分别为流体在管道上游截面和下游截面处的压强，Pa；zl、z2——分别为流体在管道上游截面和下游截面中心至基准水平的垂直距离，m；ρ——流体密度，Kg·m-3；∑hf——流体两截面之间消耗的能量，J·Kg-1。若以单位重量为衡算基准，机械能守恒方程式又可以表达为：fHgpguzgpguz2222121122m液柱（2）式中，zl、z2——液体的位压头，m液柱；∑Hf——流动系统内因阻力造成的压头损失，m液柱。2、理想流体在管内稳定流动，若无外加能量和损失，则可得到：2222121122pugzpugz（3）式（3）表示1kg理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，但各截面上每一种形式的机械能并不一定相等，但各种形式的机械能之和为常数，能量可以相互转换。gpguzgpguz2222121122m液柱（4）3、当液体流经的系统为一水平装置的管道时，则可得到：fhpupu22212122J·Kg-1（5）fHgpgugpgu22212122m液柱（6）4、当流体处于静止状态时，此时得到静力学方程式：2211pgzpgzJ·Kg-1（7）gpzgpz2211m液柱（8）所以，流体静止状态仅为流动状态一种特殊形式。三、实验装置及流程本实验装置如图1所示。实验导管为一水平装置的变径圆管，沿程分三处设置测压管。每处测压管由一对并列的测压管组成，分别测量该截面处的静压头和动压头。液体由稳压水槽流入实验导管，途经直径分别为20mm、30mm、20mm的管子，最后排出设备。流体的流量由出口调节阀调节，流量需直接由计时称量测定。ABC14532450mm0图1伯努利实验装置流程1、稳压溢流水槽；2、实验导管；3、静压头测量管；4、动压头测量管。四、实验方法实验前的准备工作：（1）实验前，先缓慢开启进水阀，将水充满稳压溢流水槽，并保持有适量溢流水流出，使槽内液面平稳不变。（2）最后设法排尽设备内的空气泡。实验步骤：（1）关闭试验导管出口调节阀，观察和测量液体处于静止状态下各测试点（A、B、C）的压强。（2）开启试验导管出口调节阀，观察比较液体在流动情况下的各测试点的压头变化。（3）缓慢开启试验导管的出口调节阀，测量流体在不同流量下的各测试点的静压头、动压头和压头损失。实验注意事项：（1）本实验装置是演示仪器，因此所测得的数值精确度较差，但在一定情况下仍能定量地说明问题。（2）实验前一定要将实验导管和测压管中的气泡排出干净，否则会干扰实验现象和测量的准确性。（3）测压孔有时会被堵塞，造成测压管液位升降不灵，此时可用吸球在测压孔上端吸放几次即可疏通。（4）开启进水阀向稳压水槽注水，或开关试验导管出口调节阀时，一定要缓慢地调节开启程度，并随时注意设备内的变化。（5）实验过程中需根据测压管量程范围，确定最小和最大流量。（6）为便于观察测压管的液柱高度，可在临实验测定前，向各测压管滴入几滴红墨水。五、实验结果与数据处理1、测量并记录实验设备基本参数试验导管的内径：dA=20mm、dB=30mm、dC=20mm实验系统的总压头：H=mmH2O2、非流动系统的机械能分布及其转换（1）实验数据记录表1实验数据记录表水温密度各测点的静压头各测点的静压强T/℃ρ/Kg·m-30/2mmHgPA0/2mmHgPB0/2mmHgPCAPBPBP（2）验证流体静力学方程3、流动体系的机械能分布及其转换（1）实验数据记录表2实验数据记录表实验序号温度T/℃密度ρ/Kg·m-3静压头0/2mmHgPA0/2mmHgPB0/2mmHgPC压强APBPBP动压头OmmHgUA2/2OmmHgUB2/2OmmHgUC2/2流速UA/m·s-1UB/m·s-1UC/m·s-1压头损失Hf(1-A)/mmH2OHf(1-B)/mmH2OHf(1-C)/mmH2O（2）验证流动流体的机械能衡算方程。六、思考题1、管内的空气泡会干扰实验现象，请问怎样排除?2、当流体流动时，A、B、C三测试点的压强、静压强、动压头的变化如何？为什么？3、请说明A、B、C三测试点在流体流动时的能量是如何转换的？用具体数值说明？4、当液体在相同流量下流动时，请比较A、B、C三测试点各自的静压头、动压头、压头损失大小？并说出为什么？5、实验结果是否与理论结果相符合？解释其原因。