能量方程伯努利方程實驗

1、能量方程（伯努利方程）實驗 姓名：史亮 班級：9131011403第3章 能量方程（伯努利方程）實驗3.1 實驗?zāi)康?) 掌握用測壓管測量流體靜壓強的技能。2) 驗證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程， 通過對諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實驗分析，進一步加深對基本概念的理解，提高解決靜力學(xué)實際問題的能力。3) 掌握流速、流量等動水力學(xué)水力要素的實驗量測技能。3.2 實驗裝置能量方程（伯努利方程）實驗裝置見圖3.1。圖3.1 能量方程（伯努利方程）實驗裝置圖 說明：本實驗裝置由供水水箱及恒壓水箱、實驗管道（共有三種不同內(nèi)徑的管道）、測壓計、實驗臺等組成，流體在管道內(nèi)流動時通過分布在實驗管道各處的7根皮托管測壓管

2、測量總水頭或12根普通測壓管測量測壓管水頭，其中測點1、6、8、12、14、16和18均為皮托管測壓管（示意圖見圖3.2），用于測量皮托管探頭對準(zhǔn)點的總水頭H（=），其余為普通測壓管（示意圖見圖3.3），用于測量測壓管水頭。 圖3.2 安裝在管道中的皮托管測壓管示意圖 圖3.3安裝在管道中的普通測壓管示意圖3.3 實驗原理當(dāng)流量調(diào)節(jié)閥旋到一定位置后，實驗管道內(nèi)的水流以恒定流速流動，在實驗管道中沿管內(nèi)水流方向取n個過水?dāng)嗝?，從進口斷面（1）至另一個斷面（i）的能量方程式為：=常數(shù) （3.1）式中：i=2，3， ，n； 位置水頭；壓強水頭；速度水頭； 進口斷面（1）至另一個斷面（i）的損失水頭。從

3、測壓計中讀出各斷面的測壓管水頭（），通過體積時間法或重量時間法測出管道流量，計算不同管道內(nèi)徑時過水?dāng)嗝嫫骄俣燃八俣人^，從而得到各斷面的測壓管水頭和總水頭。3.4 實驗方法與步驟1) 觀察實驗管道上分布的19根測壓管，哪些是普通測壓管，哪些是皮托管測壓管。觀察管道內(nèi)徑的大小，并記錄各測點管徑至表3.1。2) 打開供水水箱開關(guān)，當(dāng)實驗管道充滿水時反復(fù)開或關(guān)流量調(diào)節(jié)閥，排除管內(nèi)氣體或測壓管內(nèi)的氣泡，并觀察流量調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉時所有測壓管水面是否平齊（水箱溢流時）。如不平，則用吸氣球?qū)y壓管中氣泡排出或檢查連通管內(nèi)是否有異物堵塞。確保所有測壓管水面平齊后才能進行實驗，否則實驗數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。3) 打開流

4、量調(diào)節(jié)閥并觀察測壓管液面變化，當(dāng)最后一根測壓管液面下降幅度超過50%時停止調(diào)節(jié)閥門。待測壓管液面保持不變后，觀察皮托管測點1、6、8、12、14、16和18的讀數(shù)（即總水頭，取標(biāo)尺零點為基準(zhǔn)面，下同）變化趨勢：沿管道流動方向，總水頭只降不升。而普通測壓管2、3、4、5、7、9、10、11、13、15、17、19的讀數(shù)（即測壓管水頭）沿程可升可降。觀察直管均勻流同一斷面上兩個測點2、3測壓管水頭是否相同？驗證均勻流斷面上靜水壓強按動水壓強規(guī)律分布。彎管急變流斷面上兩個測點10、11測壓管水頭是否相同？分析急變流斷面是否滿足能力方程應(yīng)用條件？記錄測壓管液面讀數(shù)，并測記實驗流量至表3.2、表3.3。

5、4) 繼續(xù)增大流量，待流量穩(wěn)定后測記第二組數(shù)據(jù)（普通測壓管液面讀數(shù)和測記實驗流量）。5) 重復(fù)第4步驟，測記第三組數(shù)據(jù)，要求19號測壓管液面接近標(biāo)尺零點。6) 實驗結(jié)束。關(guān)閉水箱開關(guān)，使實驗管道水流逐漸排出。7) 根據(jù)表3.1和表3.2數(shù)據(jù)計算各管道斷面速度水頭和總水頭()（分別記錄于表3.4和表3.5）。操作要領(lǐng)與注意事項：、實驗前必須排除管道內(nèi)及連通管中氣體。、流量調(diào)節(jié)閥不能完全打開，要保證第7根和第8根測壓管液面在標(biāo)尺刻度范圍內(nèi)。3.5 實驗成果與分析1) 記錄有關(guān)常數(shù)表3.1 各測點斷面管徑數(shù)據(jù)表（單位：cm）測點編號12、3456、78、910、1112、1314、1516、1718

6、、19管徑均勻段縮管段均勻段擴管段均勻段 1.39 cm1.02 cm1.39 cm2.00 cm 1.39 cm2) 測記測壓管靜壓水頭（）和流量，測計皮托管測點讀數(shù)。表3.2 各測點靜壓水頭（）(單位：cm)和流量（單位：cm3/s）測點編號23457913151719流量（cm3/s）第一組40.540.54039.52228.525.721.523.518152.89第二組46.346.346.246.24343.743.14242.541.369.55第三組表3.3 皮托管測點總水頭（）(單位：cm)測點編號16812141618第一組47.545.735.932.527.525.5

7、24.6第二組47.547.445.344.543.342.742.7第三組3) 計算速度水頭和總水頭。表3.4 各斷面速度水頭（單位：cm）(g=980 cm/s2)管 徑(cm)第一組流量= 152.89（cm3/s）第二組流量= 69.55（cm3/s）第三組流量= （cm3/s）A（cm2）V(cm/s)(cm)A（cm2）V(cm/s)(cm)A（cm2）V(cm/s)(cm)=1.391.52100.585.161.5245.761.07=1.020.82186.4517.740.8284.823.67=2.003.1448.691.213.1422.150.25表3.5 各斷面總

8、水頭（）（單位：cm）測點編號23457913151719流量（cm3/s）第一組45.6645.6645.1644.6639.7433.6630.8626.6624.7123.16152.89第二組47.3747.3747.3647.3746.6744.7744.1743.0742.7542.3769.55第三組P-P線 第一組 第二組E-E線 第一組 第二組圖3.4 總水頭線E-E線和測壓管水頭線P-P線注：圖中橫向表示測點在管道中的位置，縱向表示某測點的總水頭或測壓管水頭（單位均為cm）。測壓管水頭線P-P線依表3.2數(shù)據(jù)繪制，總水頭線E-E線依表3.5數(shù)據(jù)繪制，將所有測點數(shù)據(jù)用線段連接

9、，在連線時要考慮同一管徑的線段應(yīng)平行（沿程水頭損失大小隨管道長度線性變化）。4) 根據(jù)最大流量時的數(shù)據(jù)繪制總水頭和測壓管水頭沿管道變化趨勢線（總水頭線E-E線和測壓管水頭線P-P線繪制于圖3.4中）。并分析總水頭和測壓管水頭沿管道變化趨勢線有何不同？為什么？答：測壓管水頭線是沿水流方向各個測點的測壓管液面的連線，它反應(yīng)的是流體的勢能，測壓 管水頭線可能沿線可能下降，也可能上升（當(dāng)管徑沿流向增大時）,因為管徑增大時流速減小，動能減小而壓能增大，如果壓能的增大大于水頭損失時，水流的勢能就增大，測壓管水頭就上升?？偹^線是在測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。5) 流量增加，測壓管水頭線如何變化？為什么？答：測壓管水頭線降低 從流量公式知，管道的流量隨著測壓管水頭線坡度的平方根成正比，測壓管水頭線坡度越大流量越大，坡度為起端的測壓管水頭減去末端的測壓管水頭，而起端測壓管水頭不變，所以末端測壓管水頭線越低，所以流量越大，測壓管水頭線越低。6) 分析同一斷面測點2、3是否讀數(shù)一致？同一斷面測點10、11是否讀數(shù)一致？為什么？答：2、3讀數(shù)一致表明流過同一斷面上，其動水壓強按靜水壓強規(guī)律分布 10、11讀數(shù)不一致 表明在急變流斷面上離心慣性力對測壓管水頭影響很