第二节 能量方程实验
能量方程实验
一、实验目的
1、观察恒定流的情况下，当管道断面发生改变时水流的位置势能、压强势能、动能的沿程转化规律，加深对能量方程的物理意义及几何意义的理解。
2、观察均匀流、渐变流断面及其水流特征。
3、掌握急变流断面压强分布规律。
4、测定管道的测压管水头及总水头值，并绘制管道的测压管水头线及总水头线。
二、实验原理
实际液体在有压管道中作恒定流动时，其能量方程如下:
22pvpv,,111222 z，，,z，，，hw12g2gg2g,,
它表明:液体在流动的过程中，液体的各种机械能(单位位能、单位压能和单位动能)是可以相互转化的。但由于实际液体存在粘性，液体运动时为克服阻力而要消耗一定的能量，也就是一部分机械能转化为热能而散逸，即水头损失。因而机械能应沿程减小。
对于均匀流和渐变流断面，其压强分布符合静水压强分布规律:
pz，,C或p,p，,gh 0g,
但不同断面的C值不同。
对于急变流，由于流线的曲率较大，因此惯性力亦将影响过水断面上的压强分布规律:
上凸曲面边界上的急变流断面如图4-2(a)，离心力与重力作用相反，所以。 p,p动静
下凸曲面边界上的急变流断面如图4-2(b)，离心力与重力方向相同，所以。 p,p动静
三、实验设备
实验设备及各部分名称如图4-3所示。
四、实验步骤
1、分辨测压管与毕托管并检查橡皮管接头是否接紧。
2、启动抽水机，打开进水阀门，使水箱充水并保持溢流，使水位恒定。
3、关闭尾阀K，检查测压管与毕托管的液面是否齐平。若不平，则需检查管路中是否存在气泡并排出。
4、打开尾阀K，量测测压管及毕托管水头。
5、观察急变流断面A及B处的压强分布规律。
6、本实验共做两次。
五、注意事项
1、尾阀K开启一定要缓慢，并注意测压管中水位的变化，不要使测压管水面下降太多，以免空气倒吸入管路系统，影响实验进行。
2、流速较大时，测压管水面有脉动现象，读数时要读取时均值。
六、思
考题
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1、实验中哪个测压管水面下降最大,为什么,
2、毕托管中的水面高度能否低于测压管中的水面高度,
3、在逐渐扩大的管路中，测压管水头线是怎样变化的,
(十)水面曲线实验
一、实验目的
要求
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1、观察棱柱体渠道中非均匀渐变流的十二种水面曲线。
2、掌握十二种水面曲线的生成条件。
二、实验装置
为改变明槽底坡，以演示十二种水面曲线，本实验装置配有新型高比速直齿电机驱动的升降机构14。按下14的升降开关，明槽6即绕轴承9摆动，从而改变水槽的底坡。坡度值由升降杆13的标尺值()和轴承9与升降机上支点水平间距()算得;平坡可依,zL0
底坡水准泡8判定。实验流量由可控硅无级调速器3调控，并用重量法(或体积法)测定。槽身设有两道闸板，用于调控上下游水位，以形成不同水面线型。闸板锁紧轮11用以夹紧闸板，使其定位。水深由滑尺12量测。
三、实验原理
如图10..2所示，十二种水面线分别产生于五种不同底坡。因而实验时，必须先确定底坡性质，其中需测定的，也是最关键的是平坡和临界坡。平坡可依水准泡或升降标尺值判定。临界底坡应满足下列关系:
gPc i,c2,CBCC
P,B，2hCCC
12q,3 h,()Cg
116 C,RCCn
BhCC R,CB，2hCC
式中，、、、和分别为明槽临界流时的湿周、谢才系数、槽宽、水深PCBhRCCCCC
和水力半径:n为糙率。(以上公式单位均取米?秒)
)，缓坡临界底坡确定后，保持流量不变，改变渠槽底坡，就可形成陡坡(i,ic()，平坡()和逆坡()，分别在不同坡度下调节闸板开度，则可得到i,0i,00,i,ic
不同型式的水面曲线。
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