文档介绍：伯努利方程验证实验及装置改进
小组成员:
指导老师:龙天渝
目录

1. 前言

一、前言
伯努利方程采用能量守恒定律解决了流体的流动问题,明确了动能和势能、流速和压强相互转换的普遍规律,是流体力学中最基本、最重要的方程。
但是目前普遍采用的不可压缩流体恒定伯努利方程验证实验及实验仪最突出的问题是没有将理想恒定元流伯努利方程和实际恒定总流伯努利方程加以区分,将理想恒定流和实际恒定流混为一谈,不利于学生对伯努利方程基本原理的理解。
为此对现今广泛使用的伯努利方程验证实验及仪器进行了改进,改进后的伯努利方程验证实验目的明了,数据准确,能有效提高实验效果,帮助引导学生从更深层面去理解伯努利方程及其所体现出能量转换规律。
一、前言
改进前伯努利实验回顾
实验流程
试验前,先关闭试验导管出口调节阀,并将水灌满流水糟,然后开启调节阀,水由进水管送入流水槽,流经水平安装的试验导管后,试验导管排出水和溢流出来的水直接排入下水道。流体流量由试验导管出口阀控制。进水管调节阀控制溢流水槽内的溢流量,以保持槽内液面稳定,保证流动系统在整个试验过程中维持稳定流动。
一、前言
改进前伯努利实验装置图,如下图
二、实验原理
理想恒定元流伯努利方程
在惯性系中,当理想不可压缩流体在重力作用下稳定流动时,各空间点对应的压强、流速,不随时间改变,一定元流上各点的量值满足
—流速—位置水头,表示单位质量流体所具有的位能
—为压强水头,表示单位质量流体所具有的压强势能(压能)
—流速水头,表示单位质量流体所具有的动能
—测压管水头,表示单位质量流体所具有的总势能
—总水头,表示单位质量流体所具有的机械能
二、实验原理
实际恒定总流伯努利方程
实际流体运动时,黏滞力对运动有阻力。为了克服这个阻力,流体就必须消耗一部分机械能。因此,当流体质点沿元流运动时,每个质点所具有的机械能就不断减少而转变为其他形式的能量(主要是热能)。实际流体元流的伯努利方程可表示为:
--式中hw表示由元流的断面1到断面2为了克服阻力所损失的能力。对上式沿总流进行积分,便可得到实际流体恒定总流的伯努利方程:
二、实验原理
建立实际流体恒定总流的伯努利方程的目的是要求出断面
平均流速、压强和位置高度的沿程变化规律,因此,必须使
平均流速υ出现在方程内,为此,断面动能也应当用表
示,但是实际上并不等于,这就需要动能修正系数α来修正:
式中α取决于过流断面上的流速分布,一般α=~
通常取α=1,则有
则最终实际流体恒定总流的伯努利方程可以写成
二、实验原理
常用的伯努利方程验证实验管道
常用伯努利方程验证实验仪上的实
验管道如下图所示,进行实验时,先
是测定出测点①—③的值,再通过测定流量Q,计算出测点①—③的值,然后得出:
从而验证伯努利方程的正确性
图1常用的伯努利方程验证实验管道
二、实验原理
毕托管
毕托管是广泛用来测量流场中一点的速度的工具,其结构如
图2所示,是一个具有球形头部的细管,管体a处开有小孔,b
处一般开有多个小孔,流体由这些小孔进入,分别经过布置在管
内的2个槽道与测压管a′和b′连接。测定时,将毕托管头部
正对来流,管体轴线与来流平行。当流体绕过毕托管时,来流在
a 处受毕托管的阻滞使速度为零,称为驻点,这时动能全部转
化成压能,此时,测压管a′的测定值为,b处速度
增加,压强减少,称为静压。由于毕托管比较细小,只是微弱的
改变原来的流场,且a与b 间相距很短,可近似认为b处压强
就是a处的静压,a、b位于同一条流线上(元流上),此
时,测压管b′的测定值为。