能量方程实验.doc

能量方程实验.doc 不可压缩流体定常流能量方程实验 班级学号,,,,,,,,,,,,,, 姓 名,,,,,,,,,,,,,, 实验日期,,,,,,,,,,,,,, 指导教师,,,,,,,,,,,,,, 北京航空航天大学流体所 不可压缩流体定常流能量方程实验 一、实验目的要求 1(验证不可压定常流的能量方程; 2(通过对流体动力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中的能量转换特性; 3(掌握流速、流量、压强等流体动力学水力要素的实验量测技能。 二、实验装置 本实验的装置如图,所示: 图, 自循环能量方程实验装置图 l 自循环供水器 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 10 实验管道 11 测压点 12 毕托管 13 实验流量调节阀 1 说明: 仪器测压管有两种: ? 毕托管测压管( 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1中标*的测压管)，用以测读毕托管探头对准点的 22pupv总水头H’(= Z+，)，须注意一般情况下H’与断面总水头H(=Z，，),2g,2g不同(因一般u ? v)，它的水头线只能定性表示总水头变化趋势; ? 普通测压管(表1中未标*者)，用以定量量测测压管水头。 实验流量用阀13调节，流量由体积时间法或重量时间法测量。 三、实验原理 在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式(i=2，3, „ „ ,n) 22pavpaviii111，，Z，= Z，+h iw1,i1,2g,2g 取= =„ „= a=1,选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出aan12 2avpZ+值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v及，从而即可得2g, 到各断面测管水头和总水头。 四、实验方法与步骤 1(熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。 2(打开开关供水，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。 3(打开阀13，观察思考: 2 1)测压管水头线(P--P)和总水头线(E--E)的变化趋势; 2)位置水头、压强水头之间的相互关系; 3)测点(2)、(3)测管水头同否,为什么, 4)测点(12)、(13)测管水头是否不同,为什么, 5)当流量增加或减少时测管水头如何变化, 4(调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(毕托管供演示用，不必测记读数)。 5(改变流量2次，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。 6(收拾实验台，整理数据。 五、实验报告要求 1(简要写出实验原理和实验步骤。 2(记录有关常数。 均匀段(cm)D1= 1.37 缩管段(cm)D2= 1.00 扩管段(cm)D3= 2.00 水箱液面高程(cm)?o = 44.5 上管道轴线高程(cm)?z = 16 表1 管径记录表 测点 2 4 5 6* 8* 10 12* 14* 16* 18* 1* 编号 3 7 9 11 13 15 17 19 管径 1.37 1.37 1.37 1.37 1.00 1.37 1.37 1.37 1.37 2.00 1.37 cm 两点 4 4 6 6 4 13.5 6 10 29 16 16 间距 注:? 测点6、7所在断面内径为D,测点16、17为D，其余均为D; 321 ? 标“*”者为毕托管测点(测点编号见图2); ? 测点 2、3为直管均匀流段同一断面上的两个测压点，10、11为弯管非均匀流段同一断面上的两个测点。 3 p 3(量测(Z，)并记入表2 , 表2 测记数值表 (基准面选在标尺的零点上) 单位:cm 3测2 3 4 5 7 9 10 11 13 15 17 19 Q cm/s 点 编 号 实1 48.00 48.00 48.00 47.80 46.00 46.55 46.50 46.15 46.10 45.60 45.58 45.00 47.26 验 2 43.80 43.80 43.40 43.00 30.00 35.30 34.80 32.00 33.40 30.20 31.60 37.20 130.956 次3 38.20 38.30 37.30 36.50 8.00 20.50 19.40 13.10 16.50 10.00 13.00 3.20 193.584 序 4(计算流速水头和总水头 表3(1) 流速水头 333 Q= 47.26 (cm/s) Q= 130.956(cm/s) Q=193.584 (cm/s) 管径 222avavavd A V V (cm/s) V (cm/s) AA 2g2g2g222(cm) (cm/s) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) 1.37 1.474 32.06 0.5244 1.474 88.844 4.027 1.474 131.332 8.80 1.00 0.785 60.20 1.849 0.785 166.823 14.199 0.785 246.604 31.027 2.00 3.142 15.04 0.1154 3.142 41.679 0.886 3.142 61.612 1.937 2pav， 表3(2) 总水头(Z，) ,2g 测2 4 5 7 9 13 15 17 19 Q 3点3 cm/s 编 号 实1 48.5244 48.5244 48.3244 47.849 47.074 46.624 46.1244 45.6954 45.5244 47.260 验 2 47.826 47.427 47.027 44.199 39.327 37.427 34.227 32.486 41.227 130.956 次3 47.00 46.10 45.30 39.027 29.30 25.30 18.80 14.937 12.00 193.584 序 5(绘制上述成果中最大流量下的总水头线 E,E 和测压管水头线 P,P (轴向尺寸参见图2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2 上) 4 提示: ? P,P 线依表2数据绘制，其中测点10、11、13数据不用; ? E,E 线依表3(2)数据绘制(其中测点10、11 数据不用; ? 在等直径管段 E,E 与 P,P 线平行。 图2 六、实验分析及讨论 1(测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同,为什么, 答:测压管水头线和总水头线的变化趋势的不同之处:测压管水头线会随管径变化有较大的波动。当管径减小时，测压管水头线下降;当管径变大时，测压管水头线上升。而总水头沿流线方向有减小的趋势，变化较为平缓。 原因是测压管水头线是沿水流方向各个测点的测压管液面的连线，它反应的是流体的势能。测压管水头线沿水流方向可能下降，也可能上升(当管径沿流向增大时)。因为管径增大时流速减小，动能减小而压能增大，如果压能的增大大于水头损失时，水流的势能就增大，测压管水头就上升。总水头线是在测压管水头线的基线上再加上流速水头，它反应的是流体的总能量，由于沿流向总是有水头损失，所以总水头线沿程只能的下降，不能上升。 5 2(流量增加，测压管水头线有何变化,为什么, 答:流量增加，测压管水头线下降。 22pvQ因为测压管水头,，,,,,，管道过流断面面积A为HZEEp2,22ggA 2v定值时，Q增大，就增大，而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一2g p过水断面上的总水头E相应减小，故的减小更加显著。 ，Z, 3(测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题, 答:测点2、3位于均匀流断面，同一流速的测压管读数基本相同，表明均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11在弯管的急变流断面上，同一流速的测压管读数相差较大，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，还有离心惯性力，故急变流断面不能选作能量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃。 *4(试问避免喉管(测点7)处形成真空有哪几种技术措施,分析改变作用水头(如抬高或降低水箱的水位)对喉管压强的影响情况。 *5(毕托管所显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都略有差异，试分析其原因。 6