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本文格式為Word版,下載可任意編輯——柏努利方程試驗試驗三柏努利方程試驗

一、試驗?zāi)康?/p>

1.觀測和測試流體(水)在滾動時壓力的變化。2.觀測和測試流體流過不同管徑和位置時壓力的變化。3.驗證流體滾動和靜止時所遵循的規(guī)律。

4.熟悉流體滾動中各種能量和壓頭的概念及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系,在此基礎(chǔ)上把握柏努利方程。

二、試驗裝置

本試驗有兩套試驗設(shè)備。

設(shè)備1:設(shè)備由玻璃管、測壓管、活動測壓頭、水槽、水泵等組成。活動測壓頭的小管端部封閉,管身開有小孔,小孔位置與玻璃管中心線平齊,小管又與測壓管相通。測量各點的壓頭由活動測頭和水位計標(biāo)尺共同完成。

柏努利方程儀玻璃管規(guī)格如下:

(1、2號測頭距離0.25米;3、4號測頭距離0.5米)

測頭編號玻璃管內(nèi)徑(m)測頭編號玻璃管內(nèi)徑(m)10.012910.013420.012920.022030.021230.013040.021240.013050.013460.0134設(shè)備Ⅰ設(shè)備Ⅱ圖一第一套試驗裝置

設(shè)備2:設(shè)備有低位槽、高位槽、測試導(dǎo)管等構(gòu)成。測試導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)尺寸見圖二。A截

面的直徑14mm;B截面的直徑28mm;C截面、D截面的直徑14mm;以D截面中心線為零基準(zhǔn)面(即標(biāo)尺為-325毫米)ZD=0。A截面和D截面的距離為120mm。A、B、C截面ZA=ZB=ZC=120mm(即標(biāo)尺為-205毫米)

圖三其次套試驗裝置

三、試驗原理

1.流體在滾動時具有三種機(jī)械能:即①位能,②動能,③壓力能。這三種能量是可以相互轉(zhuǎn)換的。當(dāng)管路條件改變時(如位置高低、管徑大?。?,它們便會自行轉(zhuǎn)化。假使是粘度為零的理想流體,由于不存在因摩擦和碰撞而產(chǎn)活力械能的消失,因此同一管路的任何兩個截面上,盡管三種機(jī)械能彼此不一定相等,但這三種機(jī)械能的總和是相等的。

2.對試驗流體來說,則由于存在內(nèi)摩擦,滾動過程中總有一部分機(jī)械能因摩擦和碰撞而消失,即轉(zhuǎn)化為熱能了。而轉(zhuǎn)化為熱能的機(jī)械能,在管路中是不能恢復(fù)的,這樣,對實際流體來說,兩個截面上的機(jī)械能總和也是不相等的,兩者的差額就是流體在這兩個截面之間因摩擦和碰撞轉(zhuǎn)化成熱的機(jī)械能,因此在進(jìn)行機(jī)械能的衡算時,就必需將這部分消失的機(jī)械能加到其次個截面上去,其和才等于流體在第一個截面上的機(jī)械能總和。

3.上述幾種機(jī)械能都可以用測壓管中的一段液體柱的高度來表示。在流體力學(xué)中,把表示各種機(jī)械能的流體柱的高度稱之為“壓頭〞。表示位能的,稱為位壓頭hz;表示動能的,稱為動壓頭hw;表示壓力能的,稱為靜壓頭hp;表示已消失的機(jī)械能的,稱為損失壓頭hf。

4.試驗裝置一中,當(dāng)活動測頭的測壓孔正對水的滾動方向時,測得的數(shù)值為總壓頭(h);當(dāng)測壓孔垂直水流方向時,測得的數(shù)值為靜壓頭(hp);與位壓頭(hz)之和。在試驗裝置二中,靜壓頭測量管測得的是靜壓頭,而動壓頭測量管測得的是沖壓頭,即靜壓頭和動壓頭之和。又由于玻璃管管徑不同,測點的位置和順序不同,通過試驗就可獲得不可憐況下的能量變化。

5.任何兩個截面上,位壓頭、動壓頭、靜壓頭三者總和之差即為損失壓頭,它表示流體流經(jīng)這兩個截面之間時機(jī)械能的消失。

四、試驗方法

1.開動循環(huán)水泵,關(guān)閉測量管上的調(diào)理閥,旋轉(zhuǎn)測壓管,觀測并記錄各測壓管中的液位高度H。2.開測量管調(diào)理閥至一定大小,將測壓孔轉(zhuǎn)到正對水流方向,觀測并記錄各測壓管的液位高度。3.不改變調(diào)理閥開度,將測壓孔轉(zhuǎn)到垂直水流方向,觀測測壓管液位變化,并記錄各測壓管的液位高度。

4.繼續(xù)開大調(diào)理閥,觀測測壓管液位變化,并記錄各測壓管的液位高度5.利用秒表和量筒測出每一次的流量。水溫:℃

測頭讀數(shù)序號正對1垂直正對2垂直正對3垂直正對4垂直正對5垂直正對6垂直流量(ml/s)水量時間流量123456表中:“正對〞表示測壓孔正對水流方向;“垂直〞表示測壓孔垂直水流方向。(對試驗裝置二“正對〞則是指動壓頭測量管讀數(shù),“垂直〞則是指靜壓頭測量管讀數(shù))

五、試驗數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析

1.三項能量的相互轉(zhuǎn)化狀況

⑴.分析零流速下各測點的能量及測頭位置的關(guān)系。

⑵.運(yùn)用柏努利方程,確定各測點的各項能量:靜壓能(hp)、動能(hw)和位能(hz)。其中位能根

據(jù)試驗中確定的基準(zhǔn)計算。

⑶.運(yùn)用柏努利方程,分析各測點的各項能量變化。例如:同一流速下,各測點之間的能量關(guān)系;同

一個測點,在不同流速下各項能量之間的變化等。2.阻力損失和流速的關(guān)系

u2根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析,流速增加對摩擦損失的變化狀況,驗證hf??。

2g取一組試驗數(shù)據(jù)說明如下:

靜止時測壓管截面高為565mmH2O

流量為0.0865l/s時,測壓管液面高443mmH2O流量為0.136l/s時,測壓管液面高280mmH2O根據(jù)以上數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):

兩者流速增加1.57倍,即u2/u1=v2/v1=0.136/0.0865=1.57

但壓頭損失卻增加了2.3倍,即hf2/hf1=(565-280)/(565-443)=2.34可見壓頭損失與流速平方成正比,即hf2/hf1=(u2/u1)2=1.572=2.47

u2這樣就驗證了hf??符合實際。

2g3.驗證測速管(畢托管)原理

本試驗中的活動測頭可以測得總壓頭、靜壓頭與位壓頭之和,因而能起到一只畢托管的作用。在我們的具體狀況下,首先求出各測點管中心的點速度(最大流速umax):

u2max?h?(hp?hz)?hw即:umax?2ghw2g然后利用Remax和umax查圖求出u,與實測的平均流速比較,分析產(chǎn)生偏差的可能原因。4.確定摩擦系數(shù)和局部阻力系數(shù)⑴.摩擦系數(shù)的測定

在管徑均勻的一段直管中,將相鄰的兩測點的總壓頭差近似為管子的摩擦損失,則可利用此試驗確定摩擦系數(shù)λ。

例:要確定1、2測頭間均勻直管的摩擦系數(shù),則hf1?2lu2?h1?h2??d2g式中:h1—測點1處的總壓頭;

h2—一致流速下,測點2處的總壓頭;l—測點1、2間的距離;d—直管的管徑。

可以確定摩擦系數(shù)λ;另外再根據(jù)Re的范圍,由經(jīng)驗公式求出λ理論值,與試驗值進(jìn)行比較,分析產(chǎn)生誤差的可能原因。

⑵.局部阻力系數(shù)的確定(以突然縮小為例)

相鄰兩測點間有一段突然縮小的管路,我們將兩測點間總壓頭差近似為管路突然縮小之阻力損失,則可在此設(shè)備上確定局

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