2不可压缩流体恒定流能量方程

不可压缩流体恒定流能量方程伯诺里方程实验 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。 自循环伯努利方程实验装置图 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.实验管道11.测压点12. 毕托管13.实验流量调节阀 二、实验原理 在实验管路中沿管内水流方向取n个过断面。可以列出进口断面⑴至另一断面i 的能量方程式i23, ” 项 zPlL z r 2g 1 ,Pi ,aivi rr Y 2g Z 巳 取al2新 1,选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出V 值，测出通 过管路的流量，即可计算出断面平均流速v及2g.,从而即可得到各断面测管水头和 总 O 三、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）当流量增加或减少时测管水头如何变化 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。 四、实验分析与讨论 问题一测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同为什么 参韬案测压管水头线（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J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。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JpOo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，JM）。 而据能量方程ElE2-hwl-2, hwl-2为损失能量，是不可逆的，即恒有hwl-20,故E2恒小于 El, （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23的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。 问题二流量增加，测压管水头线有何变化为什么 参考答案有如下二个变化 （1）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 HfZ- E- E--- 7 2g 2gA ,任一断面起始时的总水头E及管道过流断面面 撰Z P 积A为定值时，Q增大，2义壬就增大，职儿必减小。而且随流量的增加阻力损失亦增 Z 巳 大，管道任一过水断面上的总水头E相应减小，故 广的减小更加显著。 ⑵测压管水头线（P-P）的起落变化更为显著。 因为对于两个不同直径的相应过水断面有 p v, V 2g 勇 A（Z S Y 2g （1 广茅）1 式中为两个断面之间的损失系数。管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面 为定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）线的起落变化就更为显著。 问题三测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题 2 巳 参整案 测点2、3位于均匀流断面（图2.2）,测点高差0.7an,皿 Y -均为37.1cm （偶 有毛细影响相差0.1mm）,表明均匀流同断面上，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,表明急颊断面上离心惯性力对 测压管水头影响很大。由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”， 而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面不能选作能 量方程的计算断面。在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃。 问题四试问避免喉管（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。 参韬案下述几点措施有利于避免喉管（测点7）处真空的形成 ⑴减小流量，②增大喉管管径，⑶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）、（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 能任得以增大（Z）,从而可能避免点7处的真空。至于措施（4）其增您果是有条件的， 现分析如下 Z E 当作用水头增大h时，测点7断面上/值可用能量方程求得。 取基准面及计算断面1、2、3,计算点选在管轴线上（以下水柱单位均为cm）。于是由 2 Zj AA H 力wl-2 断面1、2的能量方程（取a22l）有Y 2g XI） 因hwl-2可表示成此处cl.2是管段1-2总水头损失系数，式中e、s分别为进口和渐缩局 部损失系数。 2,2 21 （冬 y 2k 又由连续性方程有2g 2g Z2 i -［（j1）4 i,2 故式（1）可变为 72⑵ 式中讨/2引可由断面1、3能量方程求得，即 ZiM Z3 弟 2g 2g （3） 由此得v3/2 （Z1-Z3 AA）/（1 13）；代入式⑵有⑷ （Z2p）随h递增还是递减，可由（Z2pWi）加以判别。因 兵彳//）_］（乌/刈尸氏“ 伏曲）一（5） 若l-［（d3/d212］/（mi.3）X），则断面2上的（ZpO随h同步递增。反之，则递减。文丘里实验 为递减情况，可供空化管设计参考。 在实验报告解答中，d3/d21.37/l, Z17O, Z3-1O,而当hO时，实验的（Z2圮2/）6, v/2g 33.19, / 2g 9.42 r,将各值代入式⑵、（3），可得该管道阻力系数分别为 妇 〃）1-也 o.267 。 cL215 cl.35.37。再将其代入式5）得厌A/）1 5.37 表明本实验管道喉管的测压管水头随水箱水位同步升高。但因（Z2p2/Xh）接近于零， 故水箱水位的升高对提割侯管的压强（减小负压）效果不显著。变水头实验可证明该结 论正确。 问题五由毕托管测量显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都有差异，试 分析其原因。 参韬案与毕托管相连通的测压管有1、6、8、12、14、16和18管