能量转化演示实验(伯努利实验)装置实验说明书

1能量转换（伯努利方程）演示实验装置说明书天津大学化工基础实验中心2013．092—、实验目的：1.演示流体在管内流动时静压能、动能、位能相互之间的转换关系，加深对伯努利方程的理解。2.通过能量之间变化了解流体在管内流动时其流体阻力的表现形式。3.可直接观测到当流体经过扩大、收缩管段时，各截面上静压头的变化过程，形象直观，说服力强。二、实验内容:1.测量几种情况下的压头，并作分析比较。2.测定管中水的平均流速和点C、D处的点流速，并做比较。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。运用不可压缩流体的定常流动的总流Bernoulli方程，可以列出进口附近断面（1）至另一缓变流断面（i）的伯努利方程：iwiiiihgvpzgvpz122111122其中i=2，3，4……，n；取121n。选好基准面，从断面处已设置的静压测管中读出测管水头pz的值；通过测量管路的流量，计算出各断面的平均流速v和gv22的值，最后即可得到各断面的总水头gvpz22的值。四、实验装置基本情况：1.实验设备流程图（如图一、图二所示）：图二实验测试导管管路图3图一能量转换实验流程示意图2.实验设备主要技术参数：表一设备主要技术参数序号名称规格（尺寸）材料1主体设备离心泵型号：WB50/025不锈钢2水箱880×370×550不锈钢3高位槽445×445×730有机玻璃五、实验方法及步骤：1.将水箱灌入一定量的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量调节阀、排气阀、排水阀，打开回水阀和循环水阀后启动离心泵。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。3.待流体稳定后读取并记录各点数据。4.逐步关小流量调节阀，重复以上步骤继续测定多组数据。5.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。6.关闭离心泵，结束实验。六.实验注意事项：1.离心泵出口上水阀不要开得过大，以免水流冲击到高位槽外面，导致高位槽液面不稳定。42.调节水流量时，注意观察高位槽内水面是否稳定，随时补充水量保持稳定。3.水流量减小时阀门调节要缓慢，以免水量突然减小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。七、实验数据处理：（测量点结果图见图三、图四、图五、图六）A截面的直径14mm；B截面直径28mm；C截面、D截面直径14mm；以D截面的中心为零基准面；D截面中心距基准面为ZD=0mm。A截面和D截面间距离为100mm；A、B、C截面ZA=ZB=ZC=100（即标尺为100毫米）对这些实验数据分析如下：表二数据记录表流量500（l/h）流量400（l/h）流量300（l/h）压强测量值（mmH2O)压头（mmH2O)压强测量值（mmH2O)压头（mmH2O)压强测量值（mmH2O)压头（mmH2O)1静压头8866362冲压头9326823静压头8716214静压头8686185静压头8385886静压头7535037静压头8275778静压头8375879静压头84259210静压头84359311冲压头84759712静压头80355313冲压头84459414静压头75761715冲压头7976571.冲压头分析：（数据为例）冲压头为静压头与动压头之和。实验中观测到，从测压点2至11截面上的冲压头依次下降，这符合下式所示的从截面2流至截面11的柏努利方程。5)2(222gugp112,21111)2(fHgugp112,fH=)2(222gugp-)2(21111gugp=660-559=101（mmH2o）2.截面间静压头分析:（同一水平面处静压头变化）截面1与10，由于两截面处于同一水平位置，截面面积10比1处大，这样10处的流速比1处小。设流体从1流到10的压头损失为Hf，1-10，以1-10面列柏努利方程。101,21010211)2()2(fHgugpgugpZ1=Z10101,21021110)22()(1fHgugugpgp即两截面处静压头之差是由动压头减小和两截面间的压头损失来决定的，既101,21021221fHgugu。当实验导管出口调节阀全开时，1截面处的静压头为610mmH2O柱，10截面处的静压头为554mmH2O柱，PA﹥PB。说明A处动能转化为了静压能。3.截面间静压头分析：（不同水平面处静压头变化）截面12至14，当出口流量为600（l/h）时，12处和14处的静压头分别为459和407mmH2O柱，流体从12测量点流到14测量点，静压头降低了45mmH2O柱。由于12、14截面积相等即动能相同。在C、D间列柏努利方程如下1412,14121214)()(fHzzgpgp可以看出，从12到14静压头的降低值，决定于（Z12-Z14）和Hf，12-14。当（Z12-Z14）大于Hf，12-14时，静压头增值为正，反之静压头增值为负。4.压头损失的计算：以出口流量为600（l/h）时从C到D的压头损失和Hf，C-D为例。现在对C、D两截面间列柏努利方程。DCfDDDCCCHZgugpZgugp,22226压头损失的算法之一是用冲压头来计算：)()2()2(22,DCDDCCDCfZZgugpgugpH=（557-100）-499+100=58（mmH2O柱）压头损失的算法之二是用静压头来计算：（uC=uD）)()(,DCDCDCfZZgpgpH=（505-100）-450+100=55（mmH2O柱）两种计算方法所得结果基本一致，说明所得实验数据是正确的。5.文丘里测量段分析结论：本实验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。通过测量数据我们可以看出，由于横截面积不断减小，通过测量点3—6的流速逐渐增大，静压能转化为动能，得到结论3--6测量点静压头在不断降低，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。400450500550600650700123456789101112131415测试点标号压差计高度（mm水柱）系列1系列2系列3图三测量点高度示意图70200400600800100012000246810121416测试点标号压强(mmH2O)图四能量转换位置--压强图