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。

二、实验装置

本实验的装置如图2.1所示。

图2.1  自循环伯诺里方程实验装置图

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。

说明：

本仪器测压管有两种：

1．毕业托管测压管（表2.1中标*的测压管），用以测读毕托管探头对准点的总水头，须注意一般情况下与断面总水头不同（因一般），它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；

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

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）

取，，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速及，从而即可得到各断面测管水头和总水头。

四、实验方法与步骤

1、熟悉实验设备，分清哪些测压管是普通测压管，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，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。

五、实验结果处理与要求

1.有关常数记录表                                                  实验装置台号  2      

均匀段D₁=  1.38 cm          缩管段D₂=  1.00  cm         扩管段D₃=   2.00  cm

水箱液面高程▽₀= 48.00  cm                        上管到轴线高程▽_z=  18.00  cm

表2.1  管径记录表

注：（1）.测点6、7所在断面内径为，测点16、17为，余均为。

   （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（）并记入表2.2。

表2.2  测记（）数值表       （基准面选在标尺的零点上）              单位：cm

3．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2.2数据绘制，其中测点10、11、13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

表2．2  测记（）数值表            （基准面选在标尺的零点）                                 单位：cm

表2．3 计算数值表

  （1）流速水头                                                                                                                

（2）总水头（Z+p/ρg+v2/2g）                                                                                          单位：cm                                   

4．绘制上述结果中最大流量下的总水头线E-E和测压管水头线P-P。

          

六、结果分析与讨论

1.测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？

答：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，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，JP<0。而据能量方程E1=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. 增加，测压管水头线有何变化？为什么？

答：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，任一断面起始时的总水头E及管道过流断面面积A为定值时，Q增大，就增大，则必减小。而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头E相应减小，故的减小更加显著。

（2）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

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。

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？

答：测点2、3位于均匀流断面（图2.2），测点高差0.7cm，H_P=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。

4．毕托管所显示的总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。

答：与毕托管相连通的测压管有1、6、8、12、14、16和18管，称总压管。总压管液面的连续即为毕托管测量显示的总水头线，其中包含点流速水头。而实际测绘的总水头是以实测的值加断面平均流速水头v²/2g绘制的。据经验资料，对于园管紊流，只有在离管壁约0.12d的位置，其点流速方能代表该断面的平均流速。由于本实验毕托管的探头通常布设在管轴附近，其点流速水头大于断面平均流速水头，所以由毕托管测量显示的总水头线，一般比实际测绘的总水线偏高。

因此，本实验由1、6、8、12、14、16和18管所显示的总水头线一般仅供定性分析与讨论，只有按实验原理与方法测绘总水头线才更准确。

第二篇：不可压缩流体恒定流动的能量方程实验实验报告

重庆大学

学生实验报告

实验课程名称        流体力学与水泵实验       

开课实验室    重庆大学城环学院流体力学实验室 

学       院 城环学院  年级  专业班班

学生姓名        学  号       

开课时间     至    学年第      学期

小组成员：

                   城环学院学院制

《不可压缩流体恒定流动的能量方程实验》实验报告

开课实验室：重庆大学第二实验楼A栋流体力学实验室                    年　  月　   日