恒定總流伯努利方程綜合性試驗(yàn)

1、恒定總流伯努利方程綜合性實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.1.通過(guò)定性分析實(shí)驗(yàn)，提高對(duì)動(dòng)水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析能力；2.2.通過(guò)定量測(cè)量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握有壓管流中動(dòng)水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性， 驗(yàn)證流體恒定總流的伯努利方程，掌握測(cè)壓管水頭線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量技能與 繪制方法；3.3.通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的科研能力。二、實(shí)驗(yàn)原理1 1 伯努利方程。在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n n 個(gè)過(guò)水?dāng)嗝?，在恒定流?dòng)時(shí)，可以列出進(jìn)口斷面（1 1）至另一斷面（i i）的伯努利方程式（i i =2,3=2,3,n,n）取1=2二1,1,選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測(cè)壓管中讀出 Z Z 衛(wèi)值,g2測(cè)出通過(guò)

2、管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速 V V 及丄，從而可得到各斷面測(cè)2g管水頭和總水頭。2 2. .過(guò)流斷面性質(zhì)。均勻流或漸變流斷面流體動(dòng)壓強(qiáng)符合靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律，即在同一斷面上 z 衛(wèi) C，但在不同過(guò)流斷面上的測(cè)壓管水頭不同， gZ1H Z2理；急變流斷面上 z C。ggg三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1 1 定性分析實(shí)驗(yàn)(1)(1) 驗(yàn)證同一靜止液體的測(cè)壓管水頭線(xiàn)是根水平線(xiàn)。(2)(2) 觀(guān)察不同流速下，某一斷面上水力要素變化規(guī)律。PiZig2iVi2gPig2iVi2g(3)(3)驗(yàn)證均勻流斷面上，動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。(4)(4) 觀(guān)察沿流程總能坡線(xiàn)的變化規(guī)律。(5)(5) 觀(guān)察測(cè)壓管水頭線(xiàn)

3、的變化規(guī)律。(6)(6) 利用測(cè)壓管水頭線(xiàn)判斷管道沿程壓力分布。2.2.定量分析實(shí)驗(yàn)一一伯努利方程驗(yàn)證與測(cè)壓管水頭線(xiàn)測(cè)量分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與步驟：在恒定流條件下改變流量 2 2 次，其中一次閥門(mén)開(kāi)度大到使號(hào)測(cè)管液面接近可讀數(shù)范圍的最低點(diǎn)，待流量穩(wěn)定后，測(cè)記各測(cè)壓管液面讀 數(shù)，同時(shí)測(cè)記實(shí)驗(yàn)流量(畢托管測(cè)點(diǎn)供演示用，不必測(cè)記讀數(shù))。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析參考第五部分內(nèi)容。四、數(shù)據(jù)處理及成果要求1 1 記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱(chēng)：伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_No.3No.3_實(shí)驗(yàn)者：_A1A1 組 7 7 人_ 實(shí)驗(yàn)日期：_5_5 月 1010 日_ _均勻段 d di= = 1.41.41010

4、-2m m喉管段 d d2=1.0=1.0 1010-2m m擴(kuò)管段 d d3=2.0=2.0 1010-2m m水箱液面高程o= = 47.2947.291010-2m m上管道軸線(xiàn)高程z= = 18.718.71010-2m m(基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上)2 2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果表 1 管徑記錄表測(cè)點(diǎn)編號(hào)*(D*O*(5516*(19管徑d/io-2m1.41.41.41.41.01.41.41.41.42.01.4兩點(diǎn)間距l(xiāng)/10-2m4466413.561029.51616表 2 測(cè)壓管水頭hi,流量測(cè)記表(其中hiZj R，單位io-2mi為測(cè)點(diǎn)編號(hào))g實(shí)驗(yàn)次數(shù)h2hsh4hsh

5、?hoh10hnh13h15h17h19qv/(10-6m/s)37.37.36.35.23.15.17.11.111036.0201828.232211.6343.43.42.41.12.26.29.22.24.18.29989859621518.8167.67表 3 計(jì)算數(shù)值表(1)流速水頭管徑d/10-2mqV1Vjt 211.63/(10-6m/s)qV2V2/t2167.67/(10-6m/s)Ac -42/10 mv-2/(10 mv2/2g/10-2mAc -42/10 mv-2/(10 m/s)v2/2g/10-2m1.401.539137.5119.6481.539108.9

6、4736846.0561.000.785269.59237.0820.785213.59323.2762.003.14267.3552.3153.14253.3641.4532 總水頭H(其中比 乙 衛(wèi) 乞，單位io-2mi為測(cè)點(diǎn)編號(hào))g 2g實(shí)驗(yàn) 次數(shù)H2H4H5H7H9H3H5H7H9qv63/(10-m/s)46.745.644.943.029.626.817.813.611.61555844514211.6349.948.847.936.032.530.221.019.514.82666866655167.673 3 成果要求(1)(1) 回答定性分析實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問(wèn)題。(2)(2) 計(jì)

7、算流速水頭和總水頭。見(jiàn)表 3 3。(3)(3) 繪制上述成果中最大流量下的總水頭線(xiàn)和測(cè)壓管水頭線(xiàn)。(軸向尺寸參見(jiàn)圖 5 5,總水頭線(xiàn)和測(cè)壓管水頭線(xiàn)可以繪在圖5 5 上)。/ mm圖 5 繪制測(cè)壓管水頭線(xiàn)坐標(biāo)圖五、分析思考題1 1 測(cè)壓管水頭線(xiàn)和總水頭線(xiàn)的變化趨勢(shì)有何不同？為什么?答：測(cè)壓管水頭線(xiàn)沿程可升可降，線(xiàn)坡可正可負(fù)。而總水頭線(xiàn)沿程只降不升， 線(xiàn)坡恒為正，即 J0J0。這是因?yàn)樗诹鲃?dòng)過(guò)程中，依據(jù)一定邊界條件，動(dòng)能和勢(shì) 能可相互轉(zhuǎn)換。測(cè)點(diǎn) 5 5 至測(cè)點(diǎn) 7 7,管收縮，部分勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，測(cè)壓管水頭線(xiàn) 降低。測(cè)點(diǎn) 7 7 至測(cè)點(diǎn) 9 9,管漸擴(kuò)，部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成勢(shì)能，測(cè)壓管水頭線(xiàn)升高。

8、而據(jù)能量方程 EjE2hw1 2, , hw1 2為損失能量，是不可逆的，即恒有 hw120,0,故 E2恒小于 Ei，總水頭線(xiàn)不可能回升?？偹^線(xiàn)下降的坡度越大，即 J J 越大, 表明單位流程上的水頭損失越大，如漸擴(kuò)段和閥門(mén)等處，表明有較大的局部水頭 損失存在。ZP。測(cè)壓管水頭對(duì)應(yīng)液體流動(dòng)的總勢(shì)能,2g總機(jī)械能大的地方流向總機(jī)械能小的地方。2 2 閥門(mén)開(kāi)大，使流量增加，測(cè)壓管水頭線(xiàn)有何變化？為什么?答：（1 1）流量增加，測(cè)壓管水頭線(xiàn)總降落趨勢(shì)更顯著。這是因?yàn)闇y(cè)壓管水頭p pv v2HpZ_E亦E E，任一斷面起始時(shí)的總水頭 E E 及管道過(guò)流斷面2gA2gA22面積 A A 為定值時(shí)，Q

9、 增大，就增大，則Z衛(wèi)必減小。而且隨流量的增加阻 2g第一次試驗(yàn)測(cè)壓管水頭線(xiàn)第一次試驗(yàn)總水頭線(xiàn)圖 7.總水頭線(xiàn)但總水頭線(xiàn)變化一直處于下降趨勢(shì)，測(cè)壓管水頭為PZ Z , ,而總水頭為總水頭對(duì)應(yīng)機(jī)械能，液體是從圖 6.測(cè)壓管水頭線(xiàn)123456789力損失亦增大，管道任一過(guò)水?dāng)嗝嫔系目偹^ E E 相應(yīng)減小，故 Z -的減小更加 顯著。（2 2）測(cè)壓管水頭線(xiàn)的起落變化更為顯著。因?yàn)閷?duì)于兩個(gè)不同直徑的相應(yīng)過(guò)水?dāng)嗝?，管中水流流速過(guò)快時(shí)為紊流，兩個(gè) 斷面之間的損失系數(shù)接近于常數(shù)，管道斷面為定值，故Q Q 增大，H H 亦增大，測(cè)壓管水頭線(xiàn)的起落變化就更為顯著。3 3由畢托管測(cè)量的總水頭線(xiàn)與按實(shí)測(cè)斷面平均流

10、速繪制的總水頭線(xiàn)一般都 有差異，試分析其原因。答：與畢托管相連通的測(cè)壓管有 1 1、6 6 & & 1212、1414、1616 和 1818 管，稱(chēng)總壓管。 總壓管液面的連續(xù)即為畢托管測(cè)量顯示的總水頭線(xiàn)，其中包含點(diǎn)流速水頭。而實(shí)2際測(cè)繪的總水頭是以實(shí)測(cè)的 Z 衛(wèi)值加斷面平均流速水頭繪制的。據(jù)經(jīng)驗(yàn)資 2g料，對(duì)于圓管紊流，只有在離管壁約 0.12d0.12d 的位置，其點(diǎn)流速方能代表該斷面的 平均流速。由于本實(shí)驗(yàn)畢托管的探頭通常布設(shè)在管軸附近，其點(diǎn)流速水頭大于斷 面平均流速水頭，所以由畢托管測(cè)量顯示的總水頭線(xiàn)，一般比實(shí)際測(cè)繪的總水線(xiàn) 偏咼。4 4 為什么急變流斷面不能被選作能量方程的計(jì)算斷面？由于能量方程推導(dǎo)時(shí)的限制條件之一是“質(zhì)量力只有重力”，而在急變流斷 面上其質(zhì)量力，除重力外，還有離心慣性力，故急變流斷面不能選作能量方程的 計(jì)算斷面。六、注意事項(xiàng)1.1.各自循環(huán)供水實(shí)驗(yàn)均需注意：計(jì)量后的水必須倒回原實(shí)驗(yàn)裝置的水斗內(nèi)，以保持自循環(huán)供水（此注意事項(xiàng)后述實(shí)驗(yàn)不再提示）。2.