![]()
1、熟悉流体流动中各种能量形式和压头的概念,及其之间的转换关系,掌握伯努力方程;
2、利用伯努力实验装置,观察水在导管内静止和流动时,上下游各截面压头的变化情况;
3、验证伯努力方程能量守恒。
1、测定流体流动时各截面的静压头、冲压头(动压头与静压头的和)。求出A截面处的总压头,判断是否守恒。
2、通过两种方式确定B-C截面、C-D截面的损失压头是否相等,从而确定截面间的能量守恒情况。
3、流体流经文丘里管时,通过测定各点的静压头,理解各能量之间的相互转化。
1、实验设备流程,见图1

图1 能量转换实验流程示意图

图2 实验测试导管管路图
2、实验设备主要技术参数:
主体设备离心泵:型号WB50/025。
流体在流动时具有以下几种能量形式:位能、动能、静压能和因摩擦造成的机械能损失。当管路条件改变时(如位置变化,管径大小变化等),这些能量形式间可相互转换,但总能量是守恒的。为计算方便,能量用压头形式。
对不可压缩流体;取稳压水槽的恒位面为1截面(上游截面),A、B、C、D为3个下游截面。实验验证上、下游各截面压头间的关系。
流体流动时:伯努力方程(m)
流体静止时:流体静力学方程(m)
下面讨论伯努力方程的验证:
上游截面:总压头
下游各截面:(以A、B、C为基准面时)
A面总压头=
B面总压头=
C面总压头=
(1) 静压头:为各截面处左侧测压管水柱高度,读数 mmH2O柱。
(2) 冲压头:冲压头为静压头与动压头之和,为各截面处右侧测压管水柱高度,读数 mmH2O柱。
(3) 动压头:采用转子流量计计量出水的体积流量 l/h。即:
(4) 压头损失:ua →
若湍流,
注:管道截面突然缩小(入口管) ζ = 0.5 ,截面突然增大(出口管) ζ = 1
(5) 结论:
求出各截面处的总压头,判断是否守恒及各压头转化情况。
1-A截面,能量守恒验证,分别计算等式中各项数值,验证等式左右是否相等。

B-C截面,能量守恒验证,通过两种计算方法计算损失压头,从而验证能量守恒

第一种计算方法:通过静压头、动压头计算损失压头
第二种计算方法:通过冲压头计算损失压头
C-D截面,能量守恒验证,通过两种计算方法计算损失压头,从而验证能量守恒

第一种计算方法:通过静压头、动压头计算损失压头
第二种计算方法:通过冲压头计算损失压头
(6) 文丘里测量段压强转换分析:
本实验中,3-9测量段为文丘里管路。3-6横截面积依次减小,6-9横截面积依次增大。测量点6为喉径,横截面积最小。通过测量点3-6的流速逐渐增大,静压能转化为动能,在测量点6处横截面积最小、流速最大、静压头最小。反之6-9动能转化为静压能,静压能逐渐升高。
1、实验前准备:
(1) 先缓慢打开进水阀,恒位水槽注满水并且保证有适量溢流水流出。
(2) 设法将导管和测压管中的气泡排除。
2、流体静止时:
关闭流量调节阀,观察和测量液体静止时2~11各截面的静压头。
3、流体流动时
(1) 打开流量调节阀,待流量稳定后,观察、比较流体流动时各点的各种压头的变化情况。
(2) 逐步开大离心泵出口上水阀,当高位槽溢流管有液体溢流后,利用流量调节阀调节出水流量。稳定一段时间,测量该阀门开度时水的流量,记录此时各截面处的静压头,计算流体在的各截面处的静压头、动压头和压头损失,每个流量重复三次,求平均值。
(3) 逐步关小流量调节阀,重复以上步骤继续测定多组数据。
(4) 分析讨论流体流过不同位置处的能量转换关系并得出结论。
4、注意事项
(1) 不要将离心泵出口上水阀开得过大,以免使水流冲击到高位槽外面,导致高位槽液面不稳定。
(2) 水流量增大时,应检查一下高位槽内水面是否稳定,当水面下降时要适当开大上水阀补充水量。
(3) 水流量调节阀调小时要缓慢,以免造成流量突然下降使测压管中的水溢出管外。
(4) 注意排除实验导管内的空气泡。
(5) 离心泵不要空转和在出口阀门全关的条件下工作。
1、基本参数:
A截面的直径14mm;B截面直径28mm;C截面、D截面直径14mm;
以 基准面;A、B、C截面位压头ZA=ZB=ZC=_____mm;D截面位压头为ZD=_____mm。
高位槽出口至A截面管路长度_____mm,90度弯头的当量长度____mm(管道直径14mm,化原书P60页查图,3个90度弯头);
体系总压头(高位槽持恒液面)Z1:____mmH2O柱;
水温:____℃;ρ=____( kg/m3):μ=_________(pa.s)
2、数据记录:
(1) 静止状态时,高位槽溢流状态,数据记录Z1。
(2) 流动时,记录3个流量的数据(每流量须称三次→求平均),同时记录三测压管数据。
(3) 文丘里测量段压强转换分析
(4) 数据处理 


(5) 绘制文丘里测量段压强随位置的变化曲线
数据处理举例:水温 19 ℃; 查得ρ = 1000 kg/m3; μ=1.005×10-3 Pa.s; 水的流量 972 L/h,A, B, C 的静压头分别为:395, 373, 330 mmH2O。

1、关闭出水阀时,两测压管液位高度是否相等?此高度的物理意义是什么?
2、水流动时,两测压管液位高度不相等,其液位高度的物理意义分别是什么?二者的液位差代表什么?
3、三组(ABC)冲压头测量管的液位为什么距水槽越远,与恒位水槽液面差值越大?这一差值的物理意义是什么?
4、观察冲压头测量管,开大出水调节阀,流速增大,动压头增大,为什么测压管的液位反而下降?
5、同一流量时,试比较A、B两处各压头的变化
6、出水阀门关小,流体在流动过程中,沿程各点的机械能如何变化?系统的总阻力损失如何变化?各测压点的静压头如何变化?
7、流体在管道中流动时涉及哪些能量?实验中如何测得某截面上的静压头和冲压头,又如何得到某截面上的动压头?
8、当流量调节阀关闭时,各个测压管读数是怎样的?为什么?
9、当流体在管道中流动时,同一测压点静压头测压管和冲压头测压管液位高度是否致?为什么?
10、当流体在管道中流动时,不同测压点静压头测压管读数是否一致?动压头测压管液位高度是否一致?为什么?
11、如何根据两个测压点的读数计算压头损失?
12、如何利用所得的数据验证伯努力方程?

