不可压缩流体恒定流能量方程.doc
(二)不可压缩流体恒定流能量方程
(伯诺里方程)实验及问题分析
一、实验目的要求
1(验证流体恒定总流的能量方程;
2(通过对动水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动水力学的能量转换特性;
3(掌握流速、流量、压强等动水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2.1所示。
图2—1自循环伯诺里方程实验装置图
1.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.流量调节阀;
说明
本仪器侧压管有两种:
1(毕业托管测压管(
表
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2.1中标*的测压管)，用以测读毕托管探头对准点的
2pu,H,HZ总水头，须注意一般情况下与断面总水头,，，,2g
2pvu,,H,Z，，不同(因一般)，它的水头线只能定性表示总水头变化(),g2
趋势;
*者)，用以定量量测测压管水头。 2(普通测压管(表2.1未标
实验流量用阀13调节，流量由体积时间法(量筒、秒表另备)、重量时间法(电子称另备)或电测法测量(以下实验类同)。
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)
22pa,pa,iii111，，,，，，ZZhw,ii1122gg,,
,,？,1,,,取，，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出12n
2pv,值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速及，从而即可Z，v,2g得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1)测压管水头线和总水头线的变化趋势;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)当流量增加或减少少测管水头如何变化,
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。
五、实验成果及要求
No.1(
记录
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有关常数 实验装置台号
Dcm,Dcm,Dcm,均匀段 缩管段 扩管段 231
cm,,,, 上管道轴线高程 水箱液面高程cm0z表2.1 管径
记录表
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2 6* 8* 10 12* 14* 16* 18* 测点编号 1* 4 5 3 7 9 11 13 15 17 19
cm 管径
两点间距4 4 6 6 4 13.5 6 10 29 16 16 cm
DDD注:(1)测点6、7所在断面内径为，测点16、17为，余均为。 312
(2)标“ * ”者为毕托管测点(测点编号见图2.2)。
(3)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。
p2(测量并记入表2.2。 ()Z，,
p表2.2 测记()数值表 (基准面选在标尺的零点上) 单位: Z，cm,
测点 3Q2 3 4 5 7 9 10 11 13 15 17 19 (cms) 编号
1 实
验 2 次
序
3
3(计算流速水头和总水头。
4(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2.2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2.2上)。
提示:
1(P-P线依表2.2数据绘制，其中测点10、11、13数据不用; 2(E-E线依表2.3(2)数据绘制，其中测点10、11数据不用; 3(在等直径管段E-E与P-P线平行
图2—2
六、成果分析及讨论
1(测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同,为什么, 测 压 管 水 头 线(P-P)沿 程 可 升 可 降 ，线 坡JP可 正 可 负。而 总 水 头 线(E-E)沿 程 只 降 不 升 ，线 坡J恒 为 正 ，即J>0。这 是 因 为 水 在 流 动 过 程 中 ，依 据 一 定 边 界 条 件 ，动 能 和 势 能 可 相 互 转 换。 测 点5 至 测 点7， 管 收 缩， 部 分 势 能 转 换 成 动 能， 测 压 管 水 头 线 降 低，Jp>0。 测 点7至 测 点9，管 渐 扩，部 分 动 能 又 转 换成 势 能 ，测 压 管 水 头 线 升 高 ，JP<0。而 据 能 量 方 程E1=E2+hw1-2, hw1-2
为 损 失 能 量 ，是 不 可 逆 的 ，即 恒 有 hw1-2>0，故 E2恒 小 于E1，(E-E)线 不 可 能 回 升。(E-E) 线 下 降 的 坡 度 越 大 ，即J越 大 ，表 明 单 位 流 程 上 的 水 头 损 失 越 大 ，如 图2.3的 渐 扩 段 和 阀门 等 处 ，表 明 有 较 大 的 局 部 水 头 损 失 存 在 。 2(流量增加，测压管水头线有何变化,为什么,
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, ?4(试问避免喉管(测点7)处形成真空有哪几种技术
措施
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,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。
下 述 几 点 措 施 有 利 于 避 免 喉 管(测 点7)处 真 空 的 形 成 : (1)减 小 流 量 ，(2)增 大 喉 管 管 径 ，(3)降 低 相 应 管线 的 安 装 高 程 ，(4)改 变 水 箱 中 的 液 位 高 度 。
显 然(1)、(2)、(3)都 有 利 于 阻 止 喉 管 真 空 的 出 现 ，尤 其(3)更 具 有 工 程 实 用 意 义 。因 为 若 管 系 落 差 不 变 ，单 单 降 低 管 线 位 置 往 往 就 可 完 全 避 免 真 空 。例 如 可 在 水 箱 出 口 接 一 下 垂90 弯 管 ，后 接 水 平 段 ，将 喉 管 的 高 程 降 至 基 准 高 程00，比 位 能 降 至 零 ，比 压 能 p/ 得 以 增 大 (Z)，从 而 可 能 避 免 点 7处 的 真 空 。至 于 措 施 (4)其 增 压效 果 是 有 条 件 的 ，现 分 析 如 下 :
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。
表2.3计算数值表
1)流速水头 (
333Qcms,(/)Qcms,(/)Qcms,(/)
管 径 d 222vvvAAA vvv(cm) 2g2g2g222 () () () cmcmcmcmcmcm() () ()
() () () cmcmcm
2pv,Z(2)总水头 单位: (，，)cmg2,
Q测 点 编 号 3cms/ 实 1 验 2 次 3 序
浙公网安备 33021202002483