伯努利实验指导书

伯努利方程实验指导书一、实验目的1、掌握流体流动中各种能量或压头的定义及其相互转化关系，加深对Bernoulli方程（能量方程）的理解，加深对流动过程中能量损失的了解；2、观察静压头、位压头、动压头相互转换的规律。3、掌握流速、流量、压强等流动参量的实验测量技能。二、基本原理1.不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件的变化，会引起流动过程中三种机械能（位能、动能、静压能）的相应改变及相互转换。对理想流体在系统内任一截面处，虽然三种能量不一定相等，但能量之和是守恒的。2.对于实际流体，由于存在内摩擦，流体在流东时总有一部分机械能损耗。3.以上机械能均可用测压管中的液柱高度表示。当测压孔正对流体流动方向时测压管中的液柱高度为动压头和静压头之和，测压孔处流体的位压头由测压孔的几何高度确定。三、实验装置图实验测试导管的结构尺寸见图二中标绘四、实验的操作方法1.将低位槽灌有一定数量的蒸馏水，关闭离心泵出口调节阀门及实验测试导管出口调节阀门而后启动离心泵。2.逐步开大离心泵出口调节阀当高位槽溢流管有液体溢流后，调节导管出口调节阀为全开位置。3.流体稳定后读取A、B、C、D截面静压头和冲压头并记录数据。4.关小导管出口调节阀重复上述步骤。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果。6.关闭离心泵，实验结束。五、使用设备时应注意的事项1．不要将离心泵出口调节阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。2．当导管出口调节阀开大应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当开大泵出口调节阀。3．导管出口调节阀须缓慢地关小以免造成流量突然下降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．离心泵不要空转和出口阀门全关的条件下工作。六、观察现象及实验结果(第009套)H1=111毫米，H2=113毫米A截面B截面C截面D截面水流量(L/h)静压头(mm)冲压头(mm)静压头(mm)冲压头(mm)静压头(mm)冲压头(mm)静压头(mm)冲压头(mm)100（标尺读数）767770764765761764872875以桌面为0基准面读数991994990991988991983986相应截面的冲压头与静压头之差3133200（标尺读数）以桌面为0基准面读数相应截面的冲压头与静压头之差300（标尺读数）以桌面为0基准面读数相应截面的冲压头与静压头之差400（标尺读数）以桌面为0基准面读数实验分析：(以009实验装置为例)A截面的直径14mm；B截面的直径28mm；C截面、D截面的直径14mm；以桌面为零基准面ZD=0。桌面到D截面的距离为H1=111毫米，A截面和D截面的距离为H2=113毫米。A截面B截面C截面D截面水流量(L/h)静压头(mm)冲压头(mm)静压头(mm)冲压头(mm)静压头(mm)冲压头(mm)静压头(mm)冲压头(mm)400（标尺读数）598656591603528596566626以桌面为0基准面读数822880817829755823677737由以上实验数据可以分析到1．冲压头的分析，冲压头为静压头与动压头之和。从实验观测到在A、B截面上的冲压头依次下降，这符合下式所示的从截面1流至截面2的柏努利方程。21,21222)2()2(1fHgugpgugp2.A、B截面间静压头的分析，由于两截面同处于一水平位置，截面面积比A截面面积大。这样B处的流速比A处小。设流体从A流到B的压头损失为Hf，A-B以A-B面列柏努利方程。BAfBBAAHgugpgugp,22)2()2(ZA=ZBBAfBAABHgugugpgp,22)22()(1即两截面处的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。BAfBAHgugu,22221使得：在实验导管出口流量开400(L/h)时，A处的静压头为822mmH2O柱，B处的静压头为817mmH2O柱，PAPB。说明B处的动能转化为静压能。3．C、D截面间静压头的分析：出口流量开400(L/h)时，C处和D处的静压头分别为755和677mmH2O柱，从C到D静压头降低了78mmH2O柱。这是因为，在C、D间列柏努利方程。由于D、C截面积相等即动能相同。DCfDCCDHzzgpgp,)()(从C到D的降低值，决定于（ZC-ZD）和Hf，C-D。当（ZC-ZD）小于和Hf，C-D时，静压头的增值为负，反之，静压头的增值为正。4．压头损失的计算：。(以009为例)以流量开到400(L/h)时从C到D的压头损失和Hf，C-D为例。因为在C、D两截面间列柏努利方程。DCfDDDCCCHZgugpZgugp,2222所以，压头损失的算法之一是用冲压头来计算：)()2()2(22,DCDDCCDCfZZgugpgugpH=（596-626）+（113-0）=83（mmH2O柱）压头损失的算法之二是用静压头来计算：（uC=uD）)()(,DCDCDCfZZgpgpH=（528-566）+（113-0）=75（mmH2O水柱）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。同时也可以根据流量等进行计算动压头，以此衡算。各部分阻力损失计算：以一个流量为例，列式计算，其他的流量直接填写在表中：阻力损失A-B/(mm水柱)B-C/(mm水柱)C-D/(mm水柱)A-D/(mm水柱)100（标尺读数）200（标尺读数）300（标尺读数）400（标尺读数）误差分析：由数据分析误差的原因，如果有不合理的数据说明理由。【思考题】1关闭流量调节阀时，旋转各测压管的手柄，液位高度有无变化？这一现象说明什么？这一高度的物理意义又是什么？2关闭流量调节阀时，各测压管内液位高度是否相同，为什么？3本实验如何观察静压头，点D的静压头为什么比点C的大？4流量调节阀开度一定时，转动测压手柄，各测压管内液位高度有何变化？变化的液位表示什么？5同4题条件，A、C两点及B、C两点有液位变化是否相同，为什么？6同4题条件，为什么可能出现B点液位高于A点液位？7流量调节阀开度不变，且各测压孔方向相同，A点液位高度h，与C点液位高度h′之差表示什么？9、为什么稳压水箱中要保持水始终溢流？10、测压管测量的压强是绝对压强还是相对压强？11、实验时发现管道中有气泡，你怎么办？气泡是否对实验有影响？12、流体静止时，各测压管中的水面高度是否与稳压水箱高度在同一平面上，为什么？八、参考资料1、王英,谢晓晴,李海英.《流体力学实验》.中南大学出版社2、陈克诚.《流体力学实验计数》.浙江大学出版社3、朱仁庆,杨松林,杨大明.《实验流体力学》.国防工业出版社4、毛根海.《应用流体力学实验》.高等教育出版社5、毛根海.《奇妙的运动流体力学科学》.浙江大学出版社