不可压缩流体恒定流能量方程(伯努利)实验

不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验实验人：徐俊卿、郑仁春、韩超、刘强一、实验目的要求1、验证流体恒定总流的能量方程；2、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性；3、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。二、实验装置本实验的装置如图1.1所示。图1.1自循环伯诺里方程实验装置图1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.溢流板；5.稳水孔板；6.恒压水箱；7.测压计；8.滑动测量尺；9.测压管；10.实验管道；11.测压点；12.毕托管；13.实验流量调节阀。说明：本仪器测压管有两种：1、毕托管测压管（表1.1中标*的测压管），用以测读毕托管探头对准点的总水头)2(2gupZH，须注意一般情况下H与断面总水头)2(2gpZH不同（因一般u），它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；2、普通测压管（表2.1未标*者），用以定量量测测压管水头。实验流量用阀13调节，流量由体积时间法（量筒、秒表另备）、重量时间法（电子称另备）或电测法测量（以下实验类同）。三、实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面)(i的能量方程式),,3,2(niiiiiihwgapZgapZ122111122取121naaa，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出pZ值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速及g22，从而即可得到各断面测压管水头和总水头。四、实验方法与步骤1、熟悉实验设备，分清哪些测压管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。4、打开阀13，调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管供演示，不必测记读数）。5、改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。实验结果处理与要求1.有关常数记录表均匀段D1=1.42cm缩管段D2=1.00cm扩管段D3=2.00cm水箱液面高程▽0=48cm上管到轴线高程▽z=18cm2．测计gPZ数值表.测点编号12345678910111213141516171819流量Q()次数147.947.847.847.947.947.947.447.747.647.647.547.647.547.547.347.447.347.347.222.67247.847.647.647.647.647.846.947.547.347.247.147.347.147.146.947.046.946.946.729347.846.946.946.946.947.544.746.445.745.645.145.945.345.444.645.044.844.944.257447.744.844.844.644.447.035.943.039.939.837.841.038.639.236.638.537.337.835.0106.67547.239.739.639.038.445.115.535.226.826.721.229.823.725.618.823.920.722.114.8183647.236.836.635.835.044.13.530.619.219.111.323.314.917.88.815.611.113.00204.763．计算流速水头和总水头由流量Q和管径D，可知断面平均速度24QD,则流速水头为2248QDg，总水头列表如下：测点编号245791113151719D1流速水头(cm)次数147.904748.004748.004747.825547.704747.604747.604747.404747.326647.30470.1047247.771347.771347.771347.596347.471347.271347.271347.071346.943546.87130.1713347.561647.561647.561647.390046.361645.761645.961645.261644.968144.86160.6616447.117146.917146.717145.320842.217140.117140.917138.917137.888837.31712.3171546.519545.819545.219543.227333.619528.019530.519525.619522.433021.61956.8195645.337744.337743.537738.213227.737719.837723.437717.337713.26968.53778.53774．绘制上述结果中最大流量下的总水头线E-E和测压管水头线P-P。02004006008001000-505101520253035404550Y(cm)X(mm)结果分析与讨论1.测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？答：测压管水头线（P-P）沿程可升可降，线坡JP可正可负。而总水头线（E-E）沿程只降不升，线坡J恒为正，即J0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能总水头线测压管水头线可相互转换。测点5至测点7，管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，Jp0。测点7至测点9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高，JP0。而据能量方程E1=E2+hw1-2,hw1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有hw1-20，故E2恒小于E1，（E-E）线不可能回升。(E-E)线下降的坡度越大，即J越大，表明单位流程上的水头损失越大，如图2.3的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。2.增加，测压管水头线有何变化？为什么？答：有如下二个变化：（1）流量增加，测压管水头线（P-P）总降落趋势更显著。这是因为测压管水头22222ppQHZEEggA，任一断面起始时的总水头E及管道过流断面面积A为定值时，Q增大，22g就增大，则pZ必减小。而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头E相应减小，故pZ的减小更加显著。（2）测压管水头线（P-P）的起落变化更为显著。因为对于两个不同直径的相应过水断面有222222222212212///()2222pQAQAQApHZgggg式中为两个断面之间的损失系数。管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）线的起落变化就更为显著。3.测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？答：测点2、3位于均匀流断面（图2.2），测点高差0.7cm，HP=均pZ为37.1cm（偶有毛细影响相差0.1mm），表明均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面不能选作能量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃。4．毕托管所显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都略有差异，试分析其原因。答：与毕托管相连通的测压管有1、6、8、12、14、16和18管，称总压管。总压管液面的连续即为毕托管测量显示的总水头线，其中包含点流速水头。而实际测绘的总水头是以实测的pZ值加断面平均流速水头v2/2g绘制的。据经验资料，对于园管紊流，只有在离管壁约0.12d的位置，其点流速方能代表该断面的平均流速。由于本实验毕托管的探头通常布设在管轴附近，其点流速水头大于断面平均流速水头，所以由毕托管测量显示的总水头线，一般比实际测绘的总水线偏高。因此，本实验由1、6、8、12、14、16和18管所显示的总水头线一般仅供定性分析与讨论，只有按实验原理与方法测绘总水头线才更准确。