伯努利方程實驗

1、伯努利方程實驗一、目的和要求1、 熟悉流體流動中各種能量和壓頭的概念及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，掌握柏努利方程；2、 觀察流速變化的規(guī)律；3、觀察各項壓頭變化的規(guī)律。二、實驗原理1、流體在流動中具有三種機械能：位能、動能、靜壓能。當(dāng)管路條件如管道位置高低、管徑大小等發(fā)生變化時，這三種機械能就會相應(yīng)改變以及相互轉(zhuǎn)換。2、如圖所示，不可壓縮流體在導(dǎo)管中做穩(wěn)態(tài)流動，由界面1-1流入，經(jīng)粗細不同或位置高低不同的管道，由截面2-2流出：以單位質(zhì)量流體為基準，機械能衡算式為：式中：ul、u2一分別為液體管道上游的某截面和下游某截面處的流速，ms； P1、P2一分別為流體在管道上游截面和下游截面處的壓強，

2、Pa； zl、z2一分別為流體在管道上游截面和下游截面中心至基準水平的垂直距離，m; 一流體密度，Kgm3； g一重力加速度，ms2； hf一流體兩截面之間消耗的能量，JKg。3、hf是流體在流動過程中損失的機械能，對于實際流體，由于存在內(nèi)摩擦，流體在流動中總有一部分機械能隨摩擦和碰撞轉(zhuǎn)化為熱能損耗（不能恢復(fù)），因此各截面上的機械能總和不相等，兩者之差就是流體在這兩截面之間流動時損失的機械能。4、對于理想流體（實際上并不存在真正的理想流體，而是一種假設(shè)，對解決工程實際問題有重要意義），不存在因摩擦而產(chǎn)生的機械能損失，因此在管內(nèi)穩(wěn)定流動時，若無外加能量，得伯努利方程： 表示1kg理想流體在各截面

3、上所具有的總機械能相等，但各截面上每一種形式的機械能并不一定相等，各種形式的機械能可以相互轉(zhuǎn)換。式時伯努利方程的引伸，習(xí)慣上也稱為伯努利方程（工程伯努利方程）。5、流體靜止，此時得到靜力學(xué)方程式：所以流體靜止狀態(tài)僅為流動狀態(tài)一種特殊形式。6、將式中每項除以g，可得以單位重量流體為基準的機械能守恒方程：其中各項單位為m（ ），即以上幾種機械能均可用測壓管中的液柱高度來表示，分別稱為位壓頭、動壓頭、靜壓頭， Hf為壓頭損失。m雖是長度單位，但在這里卻反映了一定物理意義，表示單位重量流體所具有的機械能，可以把它自身從基準水平面升舉的高度。選好基準面，從各截面處已設(shè)置的測壓測管中讀出測管壓頭的值（位壓

4、頭和靜壓頭之和）；通過測量管路的流量（體積時間法），計算出各斷面的平均流速u和動壓頭的值，最后即可得到各斷面的總壓頭的值。三、實驗裝置見實驗室實際裝置四、實驗步驟1熟悉實驗設(shè)備，了解測壓管的布置情況；2打開調(diào)速器向水箱進水；溢流板使水箱水位恒定，孔板使水箱水面靜止；待水箱溢流，檢查調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后所有測壓管水面是否齊平。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，待測壓管的液面完全靜止后，觀察測量測壓管的液面高度，并記錄在表2；4調(diào)節(jié)閥13的開度，待流量穩(wěn)定后，測量并記錄各測壓管液面的高度，同時備量筒、秒表，用體積時間法測流量，記錄此時的管道流量于表2

5、；5改變流量1次，重復(fù)上述測量。五、實驗結(jié)果記錄與分析1 有關(guān)常數(shù)記入表1。表1 常數(shù)記錄表格（表中原點指測量管路起始處）測點編號234612141618管徑 (cm)1.501.501.501.501.501.502.201.50距離原點的距離 (cm)4.008.158.1511.8028.8039.2047.2057.202 測量流量Q和并記入表2。表2 實驗記錄表格 (基準面選在標尺的零點上)g測點編號 測壓管讀數(shù)Z+P/g ( cm)測量流量Q234612141618體積/ml時間/sQ平均值cm3/s實驗次數(shù)12備注：注意測點3處所測壓頭為總壓頭；3 計算動壓頭和總壓頭，填入表3。

6、表3 動壓頭及總壓頭計算表格管徑及截面積Q1= (cm3/s)Q2= (cm3/s)測點編號管徑d(cm)截面積A(cm2)流速u(cm/s)動壓頭u2/2g(cm)靜壓頭+位壓頭(cm)總壓頭(cm)流速u(cm/s)靜壓頭+位壓頭(cm)動壓頭u2/2g(cm)總壓頭(cm)234612141618六、結(jié)果分析及討論1畫出本實驗裝置中各個管道測壓點的布置情況。2以各個測點與原點的距離為橫坐標，以各流量下（包括Q1和Q2）的總壓頭和測壓管所測壓頭為縱坐標，繪制壓頭線于圖2上（注意單位），并分析：沿管長方向，測壓管壓頭線和總壓頭線的變化趨勢有何不同？為什么？3水箱水位恒定，流量增加，總壓頭和測壓管壓頭線發(fā)生哪些變化？簡要說明原因。4利用測點6和測點12處的測壓管讀數(shù)及總壓頭值，分析位置高低不同的管道測點處壓頭的變化；5利用測點14和測點16處的測壓管讀數(shù)及總壓頭值，分析管徑粗細不同的管道測點處壓頭的變化；63號測壓管所測壓頭是什么壓頭？若忽略4號測點與管路中心線間的距離差，能否通過3號測壓管與4號測壓管讀數(shù)計算出該點處的動壓頭？與通過測流量計算出的動壓頭有何區(qū)別？為什么？7計算相鄰兩個測壓點之間的壓頭損失