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1、伯努利方程流体能量转换实验 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、实验目的n n实验观察流体流动时的各种形式机械能互相转实验观察流体流动时的各种形式机械能互相转化现象化现象.n n实验验证不可压缩流体的机械能衡算方程实验验证不可压缩流体的机械能衡算方程(柏柏努利方程努利方程).).二、基本原理n n对于不可压缩流体对于不可压缩流体,在导管内作稳定流动在导管内作稳定流动,系统与环系统与环境又无功的交换时境又无功的交换时,若以单位质量流体为衡算基准若以单位
2、质量流体为衡算基准,则为确定的系统即可列出机械能方程则为确定的系统即可列出机械能方程:若以单位重量流体为衡算基准时，则又可表达为：若以单位重量流体为衡算基准时，则又可表达为：式中：式中：z-z-流体的位压头，流体的位压头，m m液柱液柱 ；p-p-流体的压强，流体的压强，Pa;Pa;u-u-流体的平均流速，流体的平均流速，m.s-1;m.s-1;流体的密度，流体的密度，kg.m-3 kg.m-3 hf-hf-流体系统内因阻力造成的能量损失流体系统内因阻力造成的能量损失,Jkg-1;Jkg-1;Hf-Hf-流体系统内因阻力造成的压头损失流体系统内因阻力造成的压头损失,m,m液柱；液柱；下标下标1
3、 1和和2 2 分别为系统的进口和出口两个截面。分别为系统的进口和出口两个截面。不可压缩流体的机械能衡算方程，应用于各种不可压缩流体的机械能衡算方程，应用于各种情况下可做适当简化，例如：情况下可做适当简化，例如：1.1.当流体为理想液体时，于是式（当流体为理想液体时，于是式（1 1）和（）和（2 2）可简化为：可简化为：2 2当流体流经的系统为一水平装置的管道时，则当流体流经的系统为一水平装置的管道时，则 （1 1）和（）和（2 2）式又可简化为：）式又可简化为：3.3.当流体处于静止状态时，则（当流体处于静止状态时，则（1 1）和（）和（2 2）式又）式又 可简化为：可简化为：或将上式改写为
4、：或将上式改写为：这就是流体静力学基本方程。三、实验装置 本实验装置主要有实验导管，稳压溢流水槽和本实验装置主要有实验导管，稳压溢流水槽和三对测压管组成。三对测压管组成。实验导管为一水平装置的变径圆管，沿程分三实验导管为一水平装置的变径圆管，沿程分三处装有测压管。每处测压管由一对并列的测压处装有测压管。每处测压管由一对并列的测压管组成，分别测量该截面处的静压头和冲压头。管组成，分别测量该截面处的静压头和冲压头。实验装置的流程如图实验装置的流程如图1 1，液体由稳压水槽流入，液体由稳压水槽流入实验导管。途经直径分别为实验导管。途经直径分别为20mm20mm、30mm30mm和和20mm20mm的
5、管子，最后排出装置。流量直接由计时称量的管子，最后排出装置。流量直接由计时称量测定。测定。图图1 1 柏努力实验装置流程柏努力实验装置流程1.1.稳压水槽；稳压水槽；2.2.实验导管；实验导管；3.3.出口调节阀；出口调节阀；4.4.静压头测量管；静压头测量管；5.5.冲压头测量管冲压头测量管 四、实验步骤n n实验前，先缓慢开启进水阀，将水充满稳压水槽实验前，先缓慢开启进水阀，将水充满稳压水槽并保持有适量溢流水流出，使槽内液面平稳不变。并保持有适量溢流水流出，使槽内液面平稳不变。最后，该法排尽设备内的空气泡。实验可按如下最后，该法排尽设备内的空气泡。实验可按如下步骤进行：步骤进行：n n1.
6、1.关闭实验导管出口调节阀，观察和测量液体处关闭实验导管出口调节阀，观察和测量液体处于静止状态下各测试点（于静止状态下各测试点（A,B,CA,B,C）的压强。）的压强。n n2.2.开启实验导管出口调节阀，观察比较液体在流开启实验导管出口调节阀，观察比较液体在流动情况下的各测试点压头的变化。动情况下的各测试点压头的变化。n n3.3.缓缓开启实验导管出口调节阀，测量流体在不缓缓开启实验导管出口调节阀，测量流体在不同流量下的各测试点的静压头，动压头和损失压同流量下的各测试点的静压头，动压头和损失压头。头。五、实验过程中注意事项n n1.1.实验前一定要将实验导管和测压管中的空实验前一定要将实验导
7、管和测压管中的空气泡排除干净否则会干扰实验现象和测量的气泡排除干净否则会干扰实验现象和测量的准确性。准确性。n n2.2.开启进水阀向稳压水槽注水，或开关实验开启进水阀向稳压水槽注水，或开关实验导管出口调节阀时，一定要缓慢的调节开启导管出口调节阀时，一定要缓慢的调节开启程度，并随时注意设备内的变化。程度，并随时注意设备内的变化。n n3.3.实验过程中须根据测压管量程范围，确定实验过程中须根据测压管量程范围，确定最小和最大流量。最小和最大流量。n n4.4.为了便于观察侧压管的液柱高度，可在实为了便于观察侧压管的液柱高度，可在实验测定前，向各侧压管滴入几滴红墨水。验测定前，向各侧压管滴入几滴红
8、墨水。六、实验记录及数据处理 1.1.测量并记录实验基本参数测量并记录实验基本参数 流体种类：流体种类：实验导管内径：实验导管内径：dA=mmdA=mm dB=mm dB=mm dC=mm dC=mm 实验系统的总压头：实验系统的总压头：H=mmH2OH=mmH2O2.2.非流动体系的机械能分布及其转换非流动体系的机械能分布及其转换（1 1）实验数据记录：）实验数据记录：实验序号（列）实验序号（列）1 12 23 34 45 5行行水的温度水的温度T/T/1 1水的密度水的密度/(kg/m/(kg/m3 3)2 2各静各静压头压头测量测量管的管的水柱水柱高度高度A A点点r rA A/mm/m
9、m3 3B B点点r rB B/mm/mm4 4C C点点r rC C/mm/mm5 5（2 2）实验数据整理：）实验数据整理：实验序号（列）实验序号（列）1 12 23 34 45 5行行各测各测试点试点的静的静压头压头A A点点（p pA A/）/m/m1 1B B点点（p pB B/）/m/m2 2C C点点（p pC C/）/m/m3 3各静各静压头压头测量测量管的管的水柱水柱高度高度A A点点p pA A/Pa/Pa4 4B B点点p pB B/Pa/Pa5 5C C点点p pC C/Pa/Pa6 63.3.流动体系的机械能分布及其转换流动体系的机械能分布及其转换(1)(1)实验数据
10、记录实验数据记录实验序号实验序号（列）（列）1 12 23 34 45 56 6行行水的流量水的流量q qm m/(kg/s)/(kg/s)1 1各各静静压压头头测测量量管管的的水水柱柱高高度度A A点点 h hA A/mm/mm2 2B B点点 h hB B/mm/mm3 3C C点点 h hC C/mm/mm4 4各冲各冲压头压头测量测量管的管的水柱水柱高度高度A A点点 R RA A/mm/mm5 5B B点点R RB B/mm/mm6 6C C点点 R RC C/mm/mm7 7各阶各阶段损段损失压失压头的头的水柱水柱高度高度A A点点h h(1-(1-A)A)/mm/mm8 8B B
11、点点 h h(1-(1-B)B)/mm/mm9 9C C点点 h h(1-(1-C)C)/mm/mm1010（2 2）实验数据整理；）实验数据整理；实验序号（列）实验序号（列）1 12 23 34 45 56 6行行各测试各测试点的静点的静压头压头A A点点 （p pA A/g/g）/m/m1 1B B点点 （p pB B/g/g）/m/m2 2C C点点 （p pC C/g/g）/m/m3 3各测试各测试点的动点的动压头压头A A点点 (u(u2 2A A/2g)/m/2g)/m4 4B B点点 (u(u2 2B B/2g)/m/2g)/m5 5C C点点 (u(u2 2C C/2g)/m/
12、2g)/m6 6各测各测试点试点的冲的冲压头压头A A点点 H Hf(1-f(1-A)A)/m/m7 7B B点点 H Hf(1-f(1-B)B)/m/m8 8C C点点 H Hf(1-f(1-C)C)/m/m9 9各测各测试点试点的总的总压头压头A A点点 H HA/A/m m1 10 0B B点点 H HB B/m/m1 11 1C C点点 H HC C/m/m1 12 2七七、实验结果及问题讨论实验结果及问题讨论 1.1.验证流体静力学方程；验证流体静力学方程；2.2.验证流动流体的机械能衡算方程；验证流动流体的机械能衡算方程；3.3.问题讨论问题讨论（1 1）关闭出口调节阀，可以观察到
13、，实验导管上的）关闭出口调节阀，可以观察到，实验导管上的所有测压管中的水柱高度都是相同的（所有测压管中的水柱高度都是相同的（H H），这一），这一现象说明什么？这一高度的物理意义又是什么？现象说明什么？这一高度的物理意义又是什么？（2 2）打开出口调节阀，观察各截面上右侧测压管中）打开出口调节阀，观察各截面上右侧测压管中的液位高度的液位高度H H，问：，问：H H的物理意义是什么？的物理意义是什么？对于同一点而言，为什么对于同一点而言，为什么HH,?HH,?这一现象说明了什这一现象说明了什么？么？为什么距离稳压水草越远，（为什么距离稳压水草越远，（H-HH-H，）差距，）差距越大？这一差值的物理意义是什么？越大？这一差值的物理意义是什么？各截面上各截面上右侧测压管中的液面高度是否相等？为什么？右侧测压管中的液面高度是否相等？为什么？（3 3）当不断开大调节阀时，流速增大，动压头应该）当不断开大调节阀时，流速增大，动压头应该增大，为什么各截面右侧测压管的液位从增大，为什么各截面右侧测压管的液位从A A截面至截面至C C截面反而下降？截面反而下降？4.4.试列举出利用能量转换的原理强化流体流动过程试列举出利用能量转换的原理强化流体流动过程的例子的例子2-32-3个。个。