能量方程(伯努利方程)实验

1、第3章能量方程伯努利方程实验3.1实验目的1掌握用测压管测量流体静压强的技能。2验证不可压缩流体静力学根本方程，通过对诸多流体静力学现象的实验分析，进一步加深对根本概念的理解，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实验装置能量方程伯努利方程实验装置见图3.1。11压计测压点开关或询速器实验台供水水縉图3.1能量方程伯努利方程实验装置图调节阀I I I2 4 5?9突脸管道1 37101516 10说明：本实验装置由供水水箱及恒压水箱、实验管道共有三种不同内径的管道、测压计、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7根皮托管测压管测

2、量总水头或12根普通测压管测量测压管水头，其中测点1、6、8、12、14、16和18均为皮托管测压管示意图见图3.2，用于测量皮托管探头对准点的总水头见图3.3，用于测量测压管水头。2H '=Z子，其余为普通测压管示意图3.3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i的能量方程式为：Zp11r2V1Pi-乙2gr22g hf常数3.1式中：i=2,3, ,n；Z -位置水头；Pr压强水头；2 V2g速度水头；hf进口断面1至另一个断面i的损失水头。从测压计中读出各断面的测压管水头Z 卫，通过

3、体积时间法或重量时间法测出管道流量,r2计算不同管道内径时过水断面平均速度V及速度水头 ，从而得到各断面的测压管水头和总水头。2g3.4实验方法与步骤1观察实验管道上分布的 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 o2翻开供水水箱开关，当实验管道充满水时反复开或关流量调节阀，排除管内气体或测压管 内的气泡，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，那么用 吸气球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，否那么实验数据不准确。3翻开流量调节阀并观察测压管液面变化，当

4、最后一根测压管液面下降幅度超过50%时停止调节阀门。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的读数即总水头，取标尺零点为基准面，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2、3、4、5、7、9、10、11、13、15、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、11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 o4继续增大流量，待流量稳定后测记第二

5、组数据普通测压管液面读数和测记实验流量。5重复第4步骤，测记第三组数据，要求19号测压管液面接近标尺零点。6实验结束。关闭水箱开关，使实验管道水流逐渐排出。2 27和总水头Z 分别记录于表3.4和表3.5。2gr 2g操作要领与考前须知：、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1 记录有关常数 表3.1各测点断面管径数据表单位：cm测点 编号12、3456、7& 910、1112、1314、1516、1718、19管径均匀段D1缩管段D2均匀段D1扩管段Da均匀段D1cmcmcmcmcm2测记测

6、压管静压水头Z E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：cm和流量Q单位：cm3/sr测点 编号23457913151719流量Qcm3/s第一组第二组第三组2表3.3皮托管测点总水头Z 单位：cmr 2g测点 编号16812141618第一组第二组第三组3 计算速度水头和总水头。2表3.4各断面速度水头 单位：cmg=980 cm/s22g管径(cm)第一组流量Q =cm%第二组流量 Q =cm3/s第三组流量Q = cm3/sAcm2V (cm/s)2 v2g(cm)Acm2V (cm/s)2 v2g(cm)Acm2V (cm/s)2 v2g(cm)D1 =D

7、2 =D3 =2表3.5各断面总水头Z 卫单位：cmr 2g测点 编号23457913151719流量Qcm3/s第一组第二组第三组图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。4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

8、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。如下列图，测点5至测点7,管渐缩，局部势能转换成动能，测压管水头线降低，JP>0。，测点7至测点9，管渐扩，局部动能又转换成势能，测压管水头线升高，JP<0。而据能量方程 E仁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线不可能上升。E-E线下降的坡度越大，即J越大，说明单位流程上的水头损失越大，如图上的渐扩段和阀门等处，说

9、明有较大 的局部水头损失存在。流量增加，测压管水头线总水头E及管道过流断面面积5流量增加，测压管水头线如何变化？为什么？P-P总降落趋势更显著。这是因为测压管水头Q2,任一断面起始的A为定值时，Z必减小。而且随流量的增加，阻力损失亦增大，管道任一过 2g水断面上的总水头 E相应减小，故Z p的减小更加显著。6分析同一断面测点 2、3是否读数一致？同一断面测点10、11是否读数一致？为什么？测点2、3位于均匀流断面，测点高差0.7cm，HP Z p均为37.1cm偶有毛细影响相差 0.1mm，说明均匀流各断面上，其动水压强按静水压强规律分布。测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，说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