能量方程伯努利方程实验

1、能量方程（伯努利方程）实验作者:日期:第3章能量方程（伯努利方程）实验掌握用测压管测量流体静压强的技能。验证不可压缩流体静力学基本方程，通过对诸多流体静力学现象的实验分析，进一步加深3.1实验目的1）2）对基本概念的理解，提高解决静力学实际问题的能力。3）掌握流速、流量等动水力学水力要素的实验量测技能。3.2实验装置12、1 4、实验台等组成，流体在管道内流动时通过分布在实验管道各处的 2根普通测压管测量测压管水头 ，其中测点1、6、8、7根皮托管测压管测量总水头或11 6和18均为皮托管测压管（示意(=Z卫 r图见图3.2），用于测量皮托管探头对准点的总水头H图3.2安装在管道中的皮托管测压

2、管示意图u2）,其余为普通测压管（示意图2g3.3实验原理当流量调节阀旋到一定位置后，实验管道内的水流以恒定流速流动，在实验管道中沿管内水流 方向取n个过水断面，从进口断面（1）至另一个断面22gPi（i）的能量方程式为：2vhf =常数2gPi(3.1)式中:i=2 , 3, ,n;Z 位置水头；P压强水头；r2v2ghf - 口断面（1）至另一个断面（速度水头;i）的损失水头。从测压计中读出各断面的测压管水头（计算不同管道内径时过水断面平均速度Z -），通过体积时间法或重量时间法测出管道流量r2，从而得到各断面的测压管水头和总水头。2gv及速度水头3 .4实验方法与步骤1）观察实验管道上分

3、布的 19根测压管，哪些是普通测压管， 哪些是皮托管测压管。观察管道内径的大小，并记录各测点管径至表3.1。，排除管内气体或测压管内 则用吸气球,否2）打开供水水箱开关，当实验管道充满水时反复开或关流量调节阀的气泡，并观察流量调节阀全部关闭时所有测压管水面是否平齐（水箱溢流时）。如不平，将测压管中气泡排出或检查连通管内是否有异物堵塞。确保所有测压管水面平齐后才能进行实验 则实验数据不准确。50%时停止3）打开流量调节阀并观察测压管液面变化,当最后一根测压管液面下降幅度超过调节阀门。待测压管液面保持不变后，观察皮托管测点1、6、8、12、14、16和18的读数（即总2、3、水头，取标尺零点为基准

4、面，下同）变化趋势：沿管道流动方向，总水头只降不升。而普通测压管4、5、7、9、10、11、13、1 5、17、19的读数（即测压管水头）沿程可升可降。观察直管均匀流同一断面上两个测点2、3测压管水头是否相同？验证均匀流断面上静水压强按动水压强规律分布。弯管急变流断面上两个测点10、1 1测压管水头是否相同？分析急变流断面是否满足能力方程应用条件？记录测压管液面读数,并测记实验流量至表 3.2、表3. 3。继续增大流量，待流量稳定后测记第二组数据（普通测压管液面读数和测记实验流量） 重复第4步骤，测记第三组数据，要求1 9号测压管液面接近标尺零点。 实验结束。关闭水箱开关，使实验管道水流逐渐排

5、出。V2P根据表3.1和表3.2数据计算各管道断面速度水头 和总水头（Z 上2gr4)5)6)7)2v）（分别记录于2g表3. 4和表3 .5）。操作要领与注意事项：、实验前必须排除管道内及连通管中气体。、流量调节阀不能完全打开，要保证第7根和第8根测压管液面在标尺刻度范围内。3. 5 实验成果与分析测点 编号12、3|456、78、910、1112、1314、1 516、171 & 19管径均匀段D1缩管段D2均匀段D1扩管段d3均匀段D11.3 9cm1.02 cm1 .39cm2.0 0cm1.39cm1）记录有关常数表3 .1各测点断面管径数据表（单位：cm）2）测记测压管静压

6、水头（Z -）和流量Q ,测计皮托管测点读数。r表3. 2各测点静压水头（Z ）（单位：C m）和流量Q （单位：cm 3/s） r测点 编号2345791 3151 719流量Q(cm3/s)第一组447.3147. 347 .446.3046.04 5.145.714 5 .4 1. 887. 3 113 17.70102 8第二组445. 8440. 24 2.44 1.6440. 735.80145.725 .501900. 2909. 0988.0 7第三组43. 943.5433335. 332. 2343.9383 .3133.607. 956 .584. 3060115. 40

7、测点 编号1681 2141618第一组47.7547. 6947.0246.5046.3146. 1145.92第二组47 .8147. 6044 .3243.624 1.9241. 4241.12第三组47.7247.0041. 3540.2737.523 6. 6136. 192)(单位：C m)2g表3. 3皮托管测点总水头（Z r表3 .5各断面总水头（Z r2g3） 计算速度水头和总水头。管径(cm)第一组流量Q =（cm3/s）41 . 88第二组流量Q =8 8.0 7第三组流量Q =/3(c m /s )=11 5.40(c m3/s)A2(c m )V(cm / s)2v2

8、g(cm)A(cm 2)V(cm/s)2v2g(C m)A(cm2)V(cm/s)2v2g(c m)D1=1.391 .5227 .550.3 91 . 5 257.9 41. 711. 5 27 5. 922. 9 4D2 =1.020.825 1. 071.330 .82107.405 .890.82140.7310.10D3=2.003.1413 .340.093.1428 .0 50. 403.143 6 .750.692v)(单位:cm)2表3. 4 各断面速度水头 (单位:cm) (g= 9 80 cm/s，)2g测点 编号23457913151719流量Q3(cm /s)第一组4

9、7. 7047 .7047 . 7047.7 049.0346.6946.4 045.494 5 .8045.674 1.8 8第二组47.5145.5247.4947 . 2146 .1044 .2043. 3142.0041. 1 040 . 808 8 .0 7第三组46.8 746 . 874 6.5 246. 2543.74 0 .8 939.5237.2436 .0535.1411 5.4 0liJO图3.4总水头线E -E线和测压管水头线P - P线注：图中横向表示测点在管道中的位置，纵向表示某测点的总水头或测压管水头（单位均为cm）。测压管水头线P-P线依表3.2数据绘制，总水

10、头线 E-E线依表3. 5数据绘制，将所有测点数据用线段连接 ，在连线时要考虑同一 管径的线段应平行（沿程水头损失大小随管道长度线性变化） 。_3 J9104）根据最大流量时的数据绘制总水头和测压管水头沿管道变化趋势线（总水头线E-E线和测压管水头线P-P线绘制于图3 .4中）。并分析总水头和测压管水头沿管道变化趋势线有何不同？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JP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。如图所示，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

11、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，JPV0。而据能量方程E1 = E 2+h w 1 2,hw1 2为损失能量，是不可逆的，即恒有 hw1-2> 0,故E2恒小于 回升。（E 巳线下降的坡度越大，即 J越大,表明单位流程上的水头损失越大， 阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。5）流量增加，测压管水头线如何变化？为什么 ？E1, （E 巳线不可能 如图上的渐扩段和流量增加，测压管水头线（P-P）总降落趋势更显著。这是因为测压管水头的总水头E及管道过流断面面积A为定值时，Z 必减小。而且随流量的增加，阻力损失亦增大，管2g水断面上的总水头 E相应减小，故Z P的减小更加显著。Q2任一断面起始道任一过6)分析同一断面测点 2、3是否读数一致？同一断面测点1 0、11是否读数一致？为什么?2、3位于均匀流断面，测点高差0.7 C m, H P Z p均为37. 1c m （偶有毛细影响相差,表明均匀流各断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、1 1在弯管的急变流测点0.1m m）断面上，测压管水头差