柏努利方程实验

1、实验三柏努利方程实验 、实验目的 1. 观察和测试流体（水）在流动时压力的变化。 2. 观察和测试流体流过不同管径和位置时压力的变化。 3. 验证流体流动和静止时所遵循的规律。 4. 熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及其相互转换关系，在此基础上掌握柏努利方程。 、实验装置 本实验有两套实验设备。 设备1:设备由玻璃管、测压管、活动测压头、水槽、水泵等组成。活动测压头的小管端部封闭，管 身开有小孔，小孔位置与玻璃管中心线平齐，小管又与测压管相通。测量各点的压头由活动测头和水位 计标尺共同完成。 柏努利方程仪玻璃管规格如下: （1、2号测头距离0.25米；3、4号测头距离0.5米） 设备I 测头

2、编号 1 2 3 4 5 6 玻璃管内径（m） 0.0129 0.0129 0.0212 0.0212 0.0134 0.0134 设备n 测头编号 1 2 3 4 玻璃管内径（m） 0.0134 0.0220 0.0130 0.0130 图一第一套实验装置 设备2：设备有低位槽、高位槽、测试导管等构成。测试导管的结构尺寸见图二。A截 面的直径14mm B截面的直径28mm C截面、D截面的直径14mm以D截面中心线为零基准 面（即标尺为-325毫米）Zd=0。a截面和D截面的距离为120mm A B C截面Za=ZB=ZC=120 mm（即标尺为-205毫米） 團二实验耳管结构團 亠霄 溢流

3、 出口週节阀 -W 图三第二套实验装置 三、实验原理 1. 流体在流动时具有三种机械能：即位能，动能，压力能。这三种能量是可以相互转换的。当 管路条件改变时（如位置高低、管径大小），它们便会自行转化。如果是粘度为零的理想流体，因为不存 在因摩擦和碰撞而产生机械能的消失，因此同一管路的任何两个截面上，尽管三种机械能彼此不一定相 等，但这三种机械能的总和是相等的。 2. 对实验流体来说，则因为存在内摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞而消失，即转化 为热能了。而转化为热能的机械能，在管路中是不能恢复的，这样，对实际流体来说，两个截面上的机 械能总和也是不相等的，两者的差额就是流体在这两个截

4、面之间因摩擦和碰撞转化成热的机械能，因此 在进行机械能的衡算时，就必须将这部分消失的机械能加到第二个截面上去，其和才等于流体在第一个 截面上的机械能总和。 3. 上述几种机械能都可以用测压管中的一段液体柱的高度来表示。在流体力学中，把表示各种机械能 hfo 的流体柱的高度称之为“压头”。表示位能的，称为位压头 hz；表示动能的，称为动压头 hw ;表示压力 能的，称为静压头 hp；表示已消失的机械能的，称为损失压头 4.实验装置一中，当活动测头的测压孔正对水的流动方向时，测得的数值为总压头（h）；当测压孔垂 直水流方向时，测得的数值为静压头（hp）；与位压头（hz）之和。在实验装置二中，静压头

5、测量管测得 的是静压头，而动压头测量管测得的是冲压头，即静压头和动压头之和。又由于玻璃管管径不同，测点 的位置和顺序不同，通过实验就可获得不同情况下的能量变化。 5任何两个截面上，位压头、动压头、静压头三者总和之差即为损失压头，它表示流体流经这两个截 面之间时机械能的消失。 Ho 四、实验方法 1. 开动循环水泵，关闭测量管上的调节阀，旋转测压管，观察并记录各测压管中的液位高度 2. 开测量管调节阀至一定大小，将测压孔转到正对水流方向，观察并记录各测压管的液位高度。 3. 不改变调节阀开度， 将测压孔转到垂直水流方向，观察测压管液位变化， 并记录各测压管的液位高 度。 4.继续开大调节阀，观察

6、测压管液位变化，并记录各测压管的液位高度 5. 利用秒表和量筒测出每一次的流量。 水温: 序号 1 2 3 4 5 6 流量（ml/s） 正对 垂直 正对 垂直 正对 垂直 正对 垂直 正对 垂直 正对 垂直 水量 时间 流量 1 2 3 4 5 6 表中：“正对”表示测压孔正对水流方向；“垂直”表示测压孔垂直水流方向。（对实验装置二“正 对”则是指动压头测量管读数， “垂直”则是指静压头测量管读数） 五、实验数据处理和结果分析 1.三项能量的互相转化情况 分析零流速下各测点的能量及测头位置的关系。 运用柏努利方程，确定各测点的各项能量：静压能（ 据实验中确定的基准计算。 hp）、动能（hw）

7、和位能（hz）。其中位能根 . 运用柏努利方程，分析各测点的各项能量变化。例如：同一流速下，各测点之间的能量关系；同 一个测点，在不同流速下各项能量之间的变化等。 2.阻力损失和流速的关系 根据实验数据分析，流速增加对摩擦损失的变化情况，验证 取一组实验数据说明如下： 静止时测压管截面高为565mmH 2O 流量为0.0865I/S时，测压管液面高 443mmH2O 流量为0.136I/S时，测压管液面高 280mmH2O 根据以上数据发现： 两者流速增加 1.57 倍，即 U2/U1 =v2/v 1=0.136/0.0865=1.57 但压头损失却增加了 2.3 倍，即 hf2/hf1=（

8、565-280）/（ 565-443）=2.34 可见压头损失与流速平方成正比，即hf2/hf1 =（ U2/u1）2=1.572=2.47 -U2 这样就验证了 hf符合实际。 2g 3. 验证测速管（毕托管）原理 本实验中的活动测头可以测得总压头、静压头与位压头之和，因而能起到一只毕托管的作用。 在我们的具体情况下，首先求出各测点管中心的点速度（最大流速 2 U max 2g =h-(h p +hz) =hw 即：Umax Umax): = j2ghw 然后利用Remax和Umax查图求出U，与实测的平均流速比较，分析产生偏差的可能原因。 4. 确定摩擦系数和局部阻力系数 摩擦系数的测定 在管径均匀的一段直管中，将相邻的两测点的总压头差近似为管子的摩擦损失，则可利用此实验确 定摩擦系数入。 例：要确定1、2测头间均匀直管的摩擦系数，则 h K h I U2 hf 1 2 = 11 - h2 =2 d 2g 式中：h1测点1处的总压头； h2 相同流速下，测点 2处的总压头; I测点1、2间的距离; d直管的管径。 可以确定摩擦系数 入；另外再根据Re的范围，由经验公式求出 入理论值，与实验值进行比较，分析 产生误差的可能原因。 局部阻力系数的确定（以突然缩小为例） 相邻两测点间有一段突然缩小的管路，我们将两测点间