能量方程實(shí)驗(yàn)

1、不可壓縮流體定常流能量方程實(shí)驗(yàn)班級(jí)學(xué)號(hào)_姓 名_實(shí)驗(yàn)日期_指導(dǎo)教師_ 北京航空航天大學(xué)流體所不可壓縮流體定常流能量方程實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?1驗(yàn)證不可壓定常流的能量方程； 2通過對(duì)流體動(dòng)力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析研討，進(jìn)一步掌握有壓管流中的能量轉(zhuǎn)換特性； 3掌握流速、流量、壓強(qiáng)等流體動(dòng)力學(xué)水力要素的實(shí)驗(yàn)量測(cè)技能。二、實(shí)驗(yàn)裝置 本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示：圖 自循環(huán)能量方程實(shí)驗(yàn)裝置圖 l 自循環(huán)供水器 2. 實(shí)驗(yàn)臺(tái) 3 可控硅無級(jí)調(diào)速器 4 溢流板 5 穩(wěn)水孔板 6 恒壓水箱 7 測(cè)壓計(jì) 8 滑動(dòng)測(cè)量尺 9測(cè)壓管 10 實(shí)驗(yàn)管道 11 測(cè)壓點(diǎn) 12 畢托管 13 實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥 說明：儀器測(cè)壓管有兩種

2、： 畢托管測(cè)壓管（表 1中標(biāo)*的測(cè)壓管），用以測(cè)讀畢托管探頭對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)的總水頭H（= Z+），須注意一般情況下H與斷面總水頭H（=Z）不同（因一般u v），它的水頭線只能定性表示總水頭變化趨勢(shì)； 普通測(cè)壓管（表1中未標(biāo)*者），用以定量量測(cè)測(cè)壓管水頭。實(shí)驗(yàn)流量用閥13調(diào)節(jié)，流量由體積時(shí)間法或重量時(shí)間法測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n個(gè)過水?dāng)嗝??？梢粤谐鲞M(jìn)口斷面（1）至另一斷面（i）的能量方程式（i=2，3, ,n）Z= Z+h取= = = =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+值，測(cè)出通過管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速v及，從而即可得到各斷面測(cè)管水頭和總水頭。四、實(shí)

3、驗(yàn)方法與步驟 1熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，分清哪些測(cè)管是普通測(cè)壓管，哪些是畢托管測(cè)壓管，以及兩者功能的區(qū)別。2打開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，檢查調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后所有測(cè)壓管水面是否齊平。如不平則需查明故障原因（例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等）并加以排除，直至調(diào)平。3打開閥13，觀察思考：1）測(cè)壓管水頭線（P-P）和總水頭線（E-E）的變化趨勢(shì)；2）位置水頭、壓強(qiáng)水頭之間的相互關(guān)系；3）測(cè)點(diǎn)（2）、（3）測(cè)管水頭同否？為什么？4）測(cè)點(diǎn)（12）、（13）測(cè)管水頭是否不同？為什么？5）當(dāng)流量增加或減少時(shí)測(cè)管水頭如何變化？4調(diào)節(jié)閥13開度，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（畢托管供演示用，不必

4、測(cè)記讀數(shù)）。5改變流量2次，重復(fù)上述測(cè)量。其中一次閥門開度大到使19號(hào)測(cè)管液面接近標(biāo)尺零點(diǎn)。6收拾實(shí)驗(yàn)臺(tái)，整理數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟。2記錄有關(guān)常數(shù)。 均勻段（cm）D1= 1.37 縮管段（cm）D2= 1.00 擴(kuò)管段（cm）D3= 2.00 水箱液面高程（cm）o = 44.5 上管道軸線高程（cm）z = 16 表1 管徑記錄表測(cè)點(diǎn)編號(hào)1*23456*78*9101112*1314*1516*1718*19管徑 cm1.371.371.371.371.001.371.371.371.372.001.37兩點(diǎn)間距4466413.5610291616注： 測(cè)點(diǎn)6

5、、7所在斷面內(nèi)徑為D,測(cè)點(diǎn)16、17為D，其余均為D； 標(biāo)“*”者為畢托管測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)編號(hào)見圖2）； 測(cè)點(diǎn) 2、3為直管均勻流段同一斷面上的兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，10、11為彎管非均勻流段同一斷面上的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。 3量測(cè)（Z）并記入表2表2 測(cè)記數(shù)值表 (基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上) 單位：cm 測(cè)點(diǎn)編號(hào)234579101113151719Q cm/s實(shí)驗(yàn)次序148.0048.0048.0047.8046.0046.5546.5046.1546.1045.6045.5845.0047.26243.8043.8043.4043.0030.0035.3034.8032.0033.4030.2031.6037.201

6、30.956338.2038.3037.3036.508.0020.5019.4013.1016.5010.0013.003.20193.584 4計(jì)算流速水頭和總水頭 表3（1） 流速水頭管徑 d(cm)Q= 47.26 (cm/s)Q= 130.956(cm/s)Q=193.584 (cm/s)A (cm)V (cm/s)(cm)A (cm)V (cm/s)(cm)A (cm)V (cm/s)(cm)1.371.47432.060.52441.47488.8444.0271.474131.3328.801.000.78560.201.8490.785166.82314.1990.78524

7、6.60431.0272.003.14215.040.11543.14241.6790.8863.14261.6121.937 表3（2） 總水頭（Z）測(cè)點(diǎn)編號(hào)23457913151719Qcm/s實(shí)驗(yàn)次序148.524448.524448.324447.84947.07446.62446.124445.695445.524447.260247.82647.42747.02744.19939.32737.42734.22732.48641.227130.956347.0046.1045.3039.02729.3025.3018.8014.93712.00193.584 5繪制上述成果中最大流量

8、下的總水頭線 EE 和測(cè)壓管水頭線 PP（軸向尺寸參見圖2，總水頭線和測(cè)壓管水頭線可以繪在圖2 上）提示： PP 線依表2數(shù)據(jù)繪制，其中測(cè)點(diǎn)10、11、13數(shù)據(jù)不用； EE 線依表3（2）數(shù)據(jù)繪制其中測(cè)點(diǎn)10、11 數(shù)據(jù)不用； 在等直徑管段 EE 與 PP 線平行。圖2六、實(shí)驗(yàn)分析及討論1測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有何不同？為什么？答：測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)的不同之處：測(cè)壓管水頭線會(huì)隨管徑變化有較大的波動(dòng)。當(dāng)管徑減小時(shí)，測(cè)壓管水頭線下降；當(dāng)管徑變大時(shí)，測(cè)壓管水頭線上升。而總水頭沿流線方向有減小的趨勢(shì)，變化較為平緩。原因是測(cè)壓管水頭線是沿水流方向各個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)壓管液面的連線，它反應(yīng)

9、的是流體的勢(shì)能。測(cè)壓管水頭線沿水流方向可能下降，也可能上升（當(dāng)管徑沿流向增大時(shí)）。因?yàn)楣軓皆龃髸r(shí)流速減小，動(dòng)能減小而壓能增大，如果壓能的增大大于水頭損失時(shí)，水流的勢(shì)能就增大，測(cè)壓管水頭就上升。總水頭線是在測(cè)壓管水頭線的基線上再加上流速水頭，它反應(yīng)的是流體的總能量，由于沿流向總是有水頭損失，所以總水頭線沿程只能的下降，不能上升。2流量增加，測(cè)壓管水頭線有何變化？為什么？答：流量增加，測(cè)壓管水頭線下降。因?yàn)闇y(cè)壓管水頭，管道過流斷面面積A為定值時(shí)，Q增大，就增大，而且隨流量的增加阻力損失亦增大，管道任一過水?dāng)嗝嫔系目偹^E相應(yīng)減小，故的減小更加顯著。3測(cè)點(diǎn)2、3和測(cè)點(diǎn)10、11的測(cè)壓管讀數(shù)分別說明了什么問題？答：測(cè)點(diǎn)2、3位于均勻流斷面，同一流速的測(cè)壓管讀數(shù)基本相同，表明均勻流同斷面上，其動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。測(cè)點(diǎn)10、11在彎管的急變流斷面上，同一流速的測(cè)壓管讀數(shù)相差較大，表明急變流斷面上離心慣性力對(duì)測(cè)壓管水頭影響很大。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，