不可压缩流体恒定流能量方程实验分析

不可压缩流体恒定流能量方程实验 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 不可压缩流体恒定流能量方程实验分析 《机电技术》2007年第1期经验交流 不可压缩流体恒定流能量方程实验分析 蔡礼权 (福建 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院环境|--,L备工程系,福建福州350007) 摘要:通过白循环们努利方程实验仪进行实验,将测量的实验数据进行计算处理,绘制测压管水头线和总水 头线,并对实验成果进行分析,指导和帮助学生实验,更好地理解和掌握能量方程. 关键词:流体力学们努利方程实验装置测压管水头总水头流速水头 中图分类号:TV313文献标识码:A文章编号:1672-4801(2007)01-79-03 O前言体的各种能量之间的相互转换关系和规律,而伯 流体动力学方程是研究流体的流动状态,运努利方程实验的验证是理工科及相关专业实验 动规律,能量转换以及流体与同体壁面间的相互课程必开的实验之一.对于实验,学生往往只侧 作用力等问题的方程,包括连续性方程,伯努利重实验数据测量利记录,忽略了对实验成果的分 方程和动量方程等三大方程,他们分别解释了流析,讨论.为便于教师指导利学生参考,本文对 体的质量,能量及动量的关系与规律.其中,伯以实验测量数据构成的图,表进行分析,帮助引 努利方程采用能量守恒定律解决了液体的流动导学生从更深层面去理解和掌握该方程所体现 问题,在液体动力学中占据十分重要的地位.在的规律性. 我系主要的专业基础课"流体力学"中,讲述伯l实验 努利方程占有相当多的篇幅,该方程J{j来描述流1.1实验装置 1.白循环供水器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l0.实验管道?.测压点l2.毕托管l3.实验流量训节 阀 图l自循环伯努利方程实验装置示意图 水籍膏(c且) 图2沿实验管道各测点分布示意图 实验装置是采用自循环伯努利方程实验仪,不作为实验记录测点. 其结构示意图如图1所示.实验管道各测点分布1.2实验原理 如图2所示.各测点中的1,6,8,12,14,16,根据伯努利方程,在实验管路中沿水流方向 18为毕托管测点,只供观察,定性分析使用,取n个过水截面.可以列出进口截面(1) 至截 79 经验交流 面(i)的能量方程式(i=1,2,3…..,n). 22 Z1+P_L+:z, +旦++ '2g2g…….f1, 式中:Zi——选定的第i个渐变流断面上任 一 点相对于选定基准面的高程: P——相应断面同一选定点的压强; u——相应断面的平均流速; 0;——相应断面的动能修正系数; hw?——1,i两个断面间的平均单位水头损 失; p——液体的密度 g——重力加速度 根据这个方程,选好基准面(图1中标尺的 滑动测量尺零刻度位置),从如图2所示设置的 各测点位置截面的测压管中读出测压管水头值, 应用体积时间法测出通过管路的流量,即可计算 出截面平均流速V及流速水头(u2/2g),从而 可得到各测点位置截面测管水头和总水头. 1.3实验方法步骤 (1)开可控硅无级调速器供水,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. (2)开阀13,观察测压管水头线和总水头线 的变化趋势及位置水头,压强水头之间的相互关 系,观察当流量增加或减少时测管水头的变化情 况. (3)调节阀13开度,待流量稳定后,记录各 测压管液面读数,同时测出实验流量(毕托管供 演示用,不必测记读数). (4)改变流量,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. 2实验成果及分析 2.1实验数据 通过对实验管道的2,3,4,5,7,9,10, 11,13,15,17,19等测点在两种流量状态下 的测量得到测压管水头,具体数据见表1. 表l测压管水头(Z+p/pg)测量数据表(cm) 注:(基准面选在滑动测量尺的零刻度上) 对不同管径实验管道以两种流量状态的进行流速水头计算,计算结果见表2. 表2流速水头计算 = 22625cm150而0cm/SQ..(/s)Q.() 将表1各测点的测压管水头加各测点对应管径的流速水头得到总水头,总水头计 算数据见表3. 表3总水头计算(cm) 148.248.247.546.643.934.227.922.216.515.7 247.347.346.646.141.337.835.832.230.228.6 226.3 l50 根据表1,3可做出(实验次序1)火流量 下的沿实验管道方向的各测点距离与各测压点 的测压管水头和总水头的曲线,即总水头线和测 80 压管水头线,如图3所示.由实验次序2做出的 总水头线和测压管水头线的变化趋势与次序1 完全类似,此省略. 《机电技术》2007年第l期经验交流 5O . 40 3O 乓 2O 1O O 实验管道长度,c口 图3实验管道长度方向上对应的测压管水头线p-p和总头线E—E 2.2实验分析 分析表中不同流量下的两组总水头数据,流 量越大,流速越高,沿程流动能量损失越大,从 而定性定量验证了不可压缩流体恒定流能量方 程. 由图3可见,测压管水头线(p-p)沿程有升 有降,斜率可正可负,而总水头线(E-E)沿实验 管道逐渐下降,由此可见流体在流动过程中,依 据一定的边界条件,动能和势能可相互转换.如 图2所示,测点5至测点7,管渐缩,部分势能 转换成动能,测压管水头线降低,测点7至测点 9,管渐扩,部分动能义转换成势能,测压管水 头线升高,而依据能量方程: El=E2+h卜2 式中E1为第一截面上的能量,E2为第二截 面上的能量,h一.为沿程损失能量,h:是不可 逆的,即恒有h.1-2>0,故E2恒小于E.,总水头 线不可能回升.总水头线下降的坡度越大,说明 单位 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 上的水头损失越大.同时从图3的总水 头线变化趋势也定性的证明了伯努利能量方程. 我们注意到,测点2,3位于均匀流断面(见 图1),测点高差0.7cm,均为37.Ocm,表明均 匀流各断面上,动水压强按静水压强规律分布. 由表1数据可知,实验管道上的测点7的测 压管液面低于管轴线,表明7点附近流断是真空 参考文献 皮管,也会发现水不是 区,即使拔下测点7处的 往下流,这说明是气体跑到实验管道中去了.原 因是测点7点处的管径小造成该处的流速水头 变大,即大部分的势能转换成了动能,而测点9 的测压管液面高出管轴线,表明测点9处在正压 下.同理拔下测点9处的皮管,测点有水流出, 原因是测点7至测点9是水流由小管径到大管径 的过程,流速水头由小变大即动能又基本转换成 势能了,联系到生活中的自来水供水情况,在同 一 根给水管道上,离水塔远的地方有水,离水塔 近的地方反而可能无水,这完全是能量转换引起 的. 观察测管10和11,由表1中的测压管数值 可见,两点的测管中的液面高低相差比较大,且 流量越大相差也越大,10管高,11管低,与2, 3测点的测压管水头显着.这是由于急变流断面 上,除重力外,还有离心惯性力作用.因此不能 作为总水头的计算断面.在绘制总水头线时,测 点10,11应舍弃. 3结束语 伯努利方程的实质是能量守恒定律在流体 力学中的表现形式,该实验通过对数据的处理, 分析讨论,旨在对教师指导和启发学员深入思考 起到抛砖引玉的作用. [1]蔡增基,龙天渝主编.流体力学泵与风机[M].北京:中国建筑工业出版社,1999. [2]毛根海.工程流体力学实验[M].浙江大学水利实验室 作者简介:蔡礼权,(1974年,)男,福建工程学院工程师,主要从事流体力学实验教 学 8l