畢托管佰努利方程試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、（二）不可壓縮流體恒定流能量方程（伯努利方程）實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 驗(yàn)證流體恒定總流的能量方程；2. 通過對(duì)動(dòng)水力學(xué)諸多水力現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析研討，進(jìn)一步掌握 有壓管流中動(dòng)水力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換特性；3. 掌握流速、流量、壓強(qiáng)等動(dòng)水力學(xué)水力要素的實(shí)驗(yàn)量測(cè)技能。二、實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n 個(gè)過水?dāng)嗝?，在恒定流?dòng)時(shí)可以列出進(jìn)口斷面（1）至另一斷面（i）的能量方程式（i=2,3,n）取 ai=a2=an=1，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測(cè)壓管中讀出Z衛(wèi)值，測(cè)出通過管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速及2，從而即可得到各斷面測(cè)管水頭和總水頭2g三、實(shí)驗(yàn)裝置1實(shí)驗(yàn)裝置如圖 2.1 所示。2ai i

2、2g2a： i2ghw1i2. 裝置說明（1）本儀器測(cè)壓管有兩種：1畢托管測(cè)壓管（表 2.1 中標(biāo)*的測(cè)壓管），用以測(cè)量畢托管探2頭對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)的總水頭值H（ Z衛(wèi)），須注意一般情況下H與斷面平2g2均總水頭值H（ Z R）不同（因一般u）,它的水頭線只能定2g性表示總水頭變化趨勢(shì)，不能用于定量計(jì)算；2普通測(cè)壓管（表 2.1 未標(biāo)*者），用以定量量測(cè)測(cè)壓管水頭值。（2）流量測(cè)量一一稱重法或量體積法稱重法或量體積法是在某一固定的時(shí)間段內(nèi)，計(jì)量流過水流的 重量或體積，駅；:.：;踽甞豐爲(wèi) w 豐轟：丁 進(jìn)而得出單位時(shí)間內(nèi)流過的流體量，是依據(jù)流量定義 的測(cè)量方法。本實(shí)驗(yàn)流量用閥 13 調(diào)節(jié)，流量用稱重法或

3、量體積法測(cè)量。用秒 表計(jì)時(shí)，用電子秤稱重，小流量時(shí)也可用量筒測(cè)量流體體積。為保 證測(cè)量精度，一般要求計(jì)時(shí)大于 1520&（3）測(cè)點(diǎn)所在管段直徑測(cè)點(diǎn) 6*、7 所在喉管段直徑為 d2，測(cè)點(diǎn) 16*、17 所在擴(kuò)管段直 徑為 d3，其余直徑均為 di。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1. 熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，分清哪些測(cè)管是普通測(cè)壓管，哪些是畢托管 測(cè)壓管，以及兩者功能的區(qū)別。2.打開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流，全開調(diào)節(jié)閥13, 將實(shí)驗(yàn)管道 7 中氣體完全排盡，再檢查調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后所有測(cè)壓管水 面是否齊平。如不平則需查明故障原因（例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等）并加以排除，直至調(diào)平。3. 打開閥 13,觀察思

4、考：1）測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化 趨勢(shì)；2）位置水頭、壓強(qiáng)水頭之間的相互關(guān)系；3）測(cè)點(diǎn) 2、3 測(cè)管 水頭同否？為什么？ 4）測(cè)點(diǎn) 12*、13 測(cè)管水頭是否不同？為什么？5）當(dāng)流量增加或減少時(shí)測(cè)管水頭如何變化？4. 調(diào)節(jié)閥 13 開度，待流量穩(wěn)定后，測(cè)記各測(cè)壓管液面讀數(shù)， 同時(shí)測(cè)記實(shí)驗(yàn)流量（畢托管供演示用，不必測(cè)記讀數(shù)）。5. 改變流量 2 次，重復(fù)上述測(cè)量。其中一次閥門開度大至使 19 號(hào)測(cè)管液面接近標(biāo)尺零點(diǎn)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理1. 記錄有關(guān)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：_實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：_均勻段 d1=_cm 喉管段 d2=_cm 擴(kuò)管段 d3= cm水箱液面高程0=_cm上管道軸線高程x=_cm（基

5、準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）表 2.1 管徑記錄表測(cè)點(diǎn)編號(hào)1*23456*78*9101112*1314*1516*1718*19管徑/cm兩點(diǎn)間距/cm4466413.561029.51616注：（1）標(biāo)“*”者為畢托管測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)編號(hào)見圖 2.2）。（2）測(cè)點(diǎn) 2、3 為直管均為流段同一斷面上的兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn),10、11 為彎管非均勻流段同一斷面上的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。2.量測(cè)（Z衛(wèi)）并記入表 2.2。表 2.2 測(cè)記（Z）數(shù)值表（基準(zhǔn)面選在標(biāo)尺的零點(diǎn)上）單位：cm測(cè)點(diǎn)編號(hào)234579101113151719V/cm3t/s實(shí) 驗(yàn)次 序1233.計(jì)算流速水頭和總水頭。表 2.3 計(jì)算數(shù)值表（1）流速水頭管徑d/

6、cmQ=V/t=(cm3/s)Q=(cm3/s)Q=(cm3/s)A/ cm2vcm/s2v/cm2gA/ cm2vcm/s2v/cm2gA /cm2vcm/s2v/cm2g2(2)總水頭(H z衛(wèi)竺)單位：cmr 2g測(cè)點(diǎn)編號(hào)2457913151719Q(cm3/s)實(shí)驗(yàn)次序1234.繪制上述成果中最大流量下的總水頭線E-E 和測(cè)壓管水頭線 P-P(軸向尺寸參見圖 2.2，總水頭線和測(cè)壓管水頭線可以繪制在圖2.2上)提示：1.P-P 線依表 2.2 數(shù)據(jù)繪制，其中測(cè)點(diǎn) 10、11、13 數(shù)據(jù)不用；2.E-E 線依表 2.3 (2)數(shù)據(jù)繪制，其中測(cè)點(diǎn) 10、11 數(shù)據(jù)不用；3 .在等直徑管段

7、E-E 與 P-P 線平行。圖 2.2六、成果分析及討論口s1+4060. 60 401. 測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有何不同？為什么？2 .畢托管所顯示的總水頭線與實(shí)測(cè)繪制的總水頭線一般都略有差異，試分析其原因。3. 為什么急變流斷面不能被選作能量方程的計(jì)算斷面？（四）畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?. 通過對(duì)管嘴淹沒出流點(diǎn)流速系數(shù)的測(cè)量， 掌握用畢托管測(cè)量 點(diǎn)流速的技能；2. 了解普朗特型畢托管的構(gòu)造和適用性，并檢驗(yàn)其量測(cè)精度， 進(jìn)一步明確傳統(tǒng)流體力學(xué)量測(cè)儀器的現(xiàn)實(shí)作用。二、實(shí)驗(yàn)原理 7叫-H1u圖 4.2 畢托管原理圖畢托管的結(jié)構(gòu)圖、原理圖如圖 4.1、4.2 所示，它是一根兩端

8、開口 的 90彎圖 4.1 畢托管結(jié)構(gòu)圖d管，下端垂直指向上游，另一端豎直，并與大氣相通。沿 流線取相近兩點(diǎn) 1、2,點(diǎn) 1 處未受畢托管干擾，流速為 u,點(diǎn) 2 在 畢托管駐點(diǎn)處，流速為零。流體質(zhì)點(diǎn)自點(diǎn)1 流到點(diǎn) 2 其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為位能，使豎直液面升高，超出靜壓強(qiáng)為Ah 水柱高度。列沿流線的伯努利方程，忽略 1、2 兩點(diǎn)間的能量損失，有20 21 U_ 0 P 02g及B匕h由此得u 2g h考慮到水頭損失及畢托管在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)誤差，以及在 水中引起的擾動(dòng)影響等原因，用畢托管測(cè)得的流速可能會(huì)偏離實(shí)際 流速，故畢托管測(cè)速公式為u c、2g h k. h-1（ a）k c. 2g式中u畢托

9、管測(cè)點(diǎn)處的點(diǎn)流速；C畢托管的修正系數(shù)，簡(jiǎn)稱畢托管因數(shù)；h畢托管全壓水頭與靜水壓頭之差。又由于，對(duì)于管嘴淹沒出流，管嘴作用水頭、流速因數(shù)與流速 之間又存在著如下關(guān)系：u ,2g H（b）聯(lián)解上兩式可得,c、飛 F式中：u測(cè)點(diǎn)處點(diǎn)流速，由畢托管測(cè)定；測(cè)點(diǎn)流速系數(shù)；h管嘴的作用水頭。故本實(shí)驗(yàn)儀只要測(cè)出h和H，便可測(cè)出點(diǎn)流速系數(shù)，與實(shí)際流速系數(shù)比較（經(jīng)驗(yàn)值 =0.995），便可得出測(cè)量精度。若需標(biāo)定畢托管因數(shù) c,則有c , H/ ho三、實(shí)驗(yàn)裝置1.實(shí)驗(yàn)裝置如圖 4.2 所示。圖 4.2 畢托管實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器；2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3.可控硅無級(jí)調(diào)速器；4.水位調(diào)節(jié)閥；5. 恒壓水箱；6.管嘴；7

10、.畢托管；8.尾水箱與導(dǎo)軌；9.測(cè)壓管；10.測(cè)壓計(jì)；11.滑 動(dòng)測(cè)量尺（滑尺）；12.上回水管2.裝置說明經(jīng)淹沒管嘴 6,將高低水箱水位差的位能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，并用畢托 管測(cè)出其點(diǎn)流速值。測(cè)壓計(jì) 10 的測(cè)壓管 1、2 用以測(cè)量高、低水箱 位置水頭，測(cè)壓管 3、4 用以測(cè)量畢托管的全壓水頭和靜壓水頭，水 位調(diào)節(jié)閥 4 用以改變測(cè)點(diǎn)的流速大小。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1. 準(zhǔn)備（a）熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱、作用性能，搞清構(gòu)造特 征、實(shí)驗(yàn)原理。（b）用醫(yī)塑管將上、下游水箱的測(cè)點(diǎn)分別與測(cè)壓計(jì) 中的測(cè)管 1、2 相連通。（c）將畢托管對(duì)準(zhǔn)管嘴，距離管嘴出口處約 23cm,上緊固定螺絲。2. 開啟水泵 順時(shí)針打

11、開調(diào)速器開關(guān) 3,將流量調(diào)節(jié)到最大。3.排氣待上、下游溢流后，用吸氣球（如醫(yī)用洗耳球）放在測(cè)計(jì)算測(cè)定管嘴出流點(diǎn)流速因數(shù)0壓管口部抽吸，排除畢托管及各連通管中的氣體，用靜水匣罩住畢 托管，可檢查測(cè)壓計(jì)液面是否齊平可能是空氣沒有排盡，必須重新 排氣。4. 測(cè)記各有關(guān)常數(shù)和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，填入實(shí)驗(yàn)表格；5. 改變流速 操作調(diào)節(jié)閥 4 并相應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)速器 3,使溢流量適 中，共可獲得三個(gè)不同恒定水位與相應(yīng)的不同流速。改變流速后，按上述方法重復(fù)測(cè)量。6. 完成下述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：(1) 分別沿垂向和沿流向改變測(cè)點(diǎn)的位置， 觀察管嘴淹沒射流 的流速分布；(2) 在有壓管道測(cè)量中，管道直徑相對(duì)畢托管的直徑在 610 倍以內(nèi)時(shí)，誤差在 25%以上，不宜使用。度將畢托管頭部伸入到管 嘴中，予以驗(yàn)證。7.