不可压缩流体恒定流能量方程

1、（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、实验装置二、实验装置本实验的装置如图 2.1 所示。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.实险管道：11.测压点：12.毕托管：13.流员调节说明本仪器侧压管有两种：1 .毕业托管测压管（表 2.1 中标*的测压管），

2、用以测读毕托管探头对准点的2总水头H=Z+R+,须注意一般情况下H与断面总水头/2gH（=Z+?+t）不同（因一般UWD）,它的水头线只能定性表示总水头变化/2g趋势：2 .普通测压管（表 2.1 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（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）7Pi,=+-LJ-+h/2g取，ax=ai=-a=,选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出Z+2 值，测出

3、通过管路的流量，即可计算出断面平均流速 v 及丝，从而即可/2g得到各断面测管水头和总水头。四、实验方法与步骤四、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

4、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。PiaR72g五、实验成果及要求五、实验成果及要求1 .记录有关常数实验装置台号 No.均匀段 D1=cm 缩管段 D?=cm 扩管段 D3=cm水箱液面高程 cm 上管道轴线高程/=表 2.1 管径记录表测点编号1*23456*78*9101112*1314*1516*1718*19管径 cm两点间距，cm4466413.561。291616注：（1）测点 6、7 所在断面

5、内径为 D2,测点 16、17 为 D3,余均为 Dj（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。2 .测量（Z+?）并记入表 2.2。y表 2.2 测记（Z+E）数值表（基准面选在标尺的零点上）单位：cmy测点编号234579101113151719Q(cm3/s),丈验次序1233 .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

6、 2.2 数据绘制,其中测点依、11、数数据不用;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050100200400500600700800900100011001200图 22六、成果分析及讨论六、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（PP）沿程可升可降，线坡 JP 可正可负。而总水头线（EE）沿程只降不升，线坡 J 恒为正，即 J0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，Jp0o

7、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=E2+hw12,hw1-2 为损失能量， 是不可逆的， 即恒有 hw1-20,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？2.流量遭总I,的压臂水头线存同文比Y为什么7可切下二个变化.（1）沆三：看加，包压管水改线（P-P）3降落趋势更且暮这是因为物压管水去2戈，任一断面起始时的总木头吸管亘过沆断面面撷为定

8、值时，Q增大，2片就考大则，打出小而且港汽量的增加除力损失和增大管道任一过小断面上倒总水头 B 相应 Q 小.FTJ 屈,八 X.川 JLL 的（0 冽压百水头线（P0的起忑变化更为丘考因为次于两个不周直税的相应过水断面有式中飞商个断直之间的损失系数。吉中水荒为专范时，挎近于常匏,又苦道断直为定值，始增大,13 增大.（P-P）线的胆苕变化就更为工品，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?7前 3？,7配物,a/C,较理 fF 华奥我分交说阳丁汁匕阿伊 7测点 2.3位于埼句流蜥面（E2.2），恻点高寺,7mHP 二，均 R$7.1有毛细匏响相*0.ln）,我明

9、烟习沆同断面上，K动水压强枝杼水压强规律分布泊点 m1济碍者的急交沆断面上测量普小女控为 7.35,表明 2T流的曲上通心假性力对冽压含小美把咱很大.由于能呈方栏喔导时的限制条件之一是“质证力只有市力工而在笆受或断面上耳质县力陈市力外.尚有离心惯性力酸急变商断面不能送作俄三方程的计算所面石绘市总水火线时,测点li及舍弃。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。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）、

10、（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：z*B故，的诚小更加显普江实瑜报告解管中,d3/d2=1.3T/l.21=50.ZS=-1Q,而当片呵.实爱的&加2/）=，这2g-沏 9,这，2g-2.将各值代入式.可存谖管道眼力系数分刖为 cl.2=1.5.cl.5.37.再将其代入式得表明本令您省密喉管

11、的测序背水头前水箱水仔同步升高,但因（刀切 2力接近于零,故水箱水仃的升岛对提酒管的压强（减小负压）效果不显着。变水头劣蟹可证明该结论正演。Z工当作用小夫增大时初点曲面上产值可用能量方程求得.期紧垄面及计中断面 1.2.3,计 V点族在管球线上（以下水柱单位均为 m）,于是由断面 1.2的能量方程 6 心小 D有因 hriT 可表示成此处 7.2 是 mg2总水头损失系数，式中 c.6 分别为进口和潮缩局加报失及鼓。又由注缥性方程有枚式可变为式 O4/2g 可由断面 1.3 能三方程求得.即由此带山 2s 0Z/41+夕必代入式（2）有3,随砧增还是递减，可由出力的则以判别。因-Zf 叫L次纳

12、）1*或13（5）1-（43/d2）4tcl.2/（Hcl.3）0.则匕鼠上的（2+）随 h同步递帘，反之则通场文坛里安眩为逸病情况，可供空化管设计参考.QL.er在买沧报告静管中.（13/421.3T/LZl50.Z5-10.而当 E 町,买脸的亿如2/）,环2 甘-D：%*，2 甘-942.将各值代入式（2）（3）.可将该管道型力系数分刖为cl.2=1.5.cl.3=5.37.常将其代入式得邂 13】15=Q267。表明本实达曾值强管的山生管水队随水箱水位同步升高,但因。2%2 力接近于零,故水箱水位的升高对裸高联管的压强但小负压）鼓果不甘苦变水头安安可证明该结论正烧，5.毕托管所显示的总

13、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。5由中轮管科量g系的电水头色与实更泠制的水头次殿然有堂界.武分析其导因.与毕托者相连通的物压百有 1、6.8.12.14、16和 1结，秫息氏百忌氏百武重的连续即为毕 R百刑(Z4MN 示的总水火线.其中包含点流速水生。而实际恻绘的总水头是以实削的丫值加断面平均苏速水我心会续刊的。据经资粗， 对于园管索汽.只有在苜管壁豺 0.12曲位芸，其点流速方能代表诙断面的平均沆建.由于本买怆中托管的琼大通常布设在管岫附近.其点流流水头大于断面平均市麦木头，所以由半托管侧壁显示的总水头线，一般比实际恻绘的总水线偏芯 9空，上 2便 7分 2g7。川&)1*537