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一、实验目的和要求
,提高对动水力学诸多水力现象的实验分析能力;
,进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性,
验证流体恒定总流的伯努利方程,掌握测压管水头线的实验测量技能与
绘制方法;
,训练理论分析与实验研究相结合的科研能力。
二、实验原理
。在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面,在恒定流
动时,可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的伯努利方程式(i=2,3…,n)
pv2pv2
z111ziiih
1g2gig2gw1i
p
取==…=1,选好基准面,从已设置的各断面的测压管中读出z值,
12ng
v2
测出通过管路的流量,即可计算出断面平均流速v及,从而可得到各断面
2g
测管水头和总水头。
。均匀流或渐变流断面流体动压强符合静压强的分布规律,
p
即在同一断面上zC,但在不同过流断面上的测压管水头不同,
g
ppp
z1z2;急变流断面上zC。
1g2gg
三、实验内容与方法
(1)验证同一静止液体的测压管水头线是根水平线。
(2)观察不同流速下,某一断面上水力要素变化规律。
(3)验证均匀流断面上,动水压强按静水压强规律分布。
(4)观察沿流程总能坡线的变化规律。
(5)观察测压管水头线的变化规律。
(6)利用测压管水头线判断管道沿程压力分布。
——伯努利方程验证与测压管水头线测量分析实验
实验方法与步骤:在恒定流条件下改变流量2次,其中一次阀门开度大到使
○19号测管液面接近可读数范围的最低点,待流量稳定后,测记各测压管液面读
数,同时测记实验流量(毕托管测点供演示用,不必测记读数)。实验数据处理
与分析参考第五部分内容。
四、数据处理及成果要求
实验设备名称:伯努利方程实验仪实验台号:
实验者:___________A1组7人_____实验日期:_5月10日_
均匀段-2喉管段-2扩管段-2
d1=10md2=10md3=10m
水箱液面高程-2管道上轴线高程-2
0=10mz=10m
(基准面选在标尺的零点)上
表1管径记录表
②⑥*⑧*⑩○12*○14*○16*○18*
测点编号①*④⑤
③⑦⑨○11○13○15○17○19
管径d/10-
两点间距
l/10-2m
p
表2测压管水头h,流量测记表(其中hzi,单位10-2m,i为测点编号)
iiig
实
验q
hhhhhhhhhhhhV
次234579101113151719/(10-6m3/s)
数
表3计算数值表
(1)流速水头
qVtVt
V111V222
管径d/(10-6m3/s)/(10-6m3/s)
/10-2mAvv22gAvv22g
-42-42
/10m/(10-2m/s)/10-2m/10m/(10-2m/s)/10-2m
4
pv2
(2)总水头H(其中Hzii,单位10-2m,i为测点编号)
iiig2g
实验q
V
H2H4H5H7H9H13H15H17H19
次数/(10-6m3/s)
(1)回答定性分析实验中的有关问题。
(2)计算流速水头和总水头。见表3。
(3)绘制上述成果中最大流量下的总水头线和测压管水头线。(轴向尺寸参
见图5,总水头线和测压管水头线可以绘在图5上)。
/mm
400
300
128
610
200
7
3459110
10
4040606040135
1001312
0
500141618
10
0
15171980
195160160
050100200300400500600700800900100011001200/mm
图5绘制测压管水头线坐标图
第一次试验测压管水头线第一次试验总水头线
4060
30
40
20
20
10
00
1234567891011**********
五、分析思考题
?为什么?
答:测压管水头线沿程可升可降,线坡可正可负。而总水头线沿程只降不升,
线坡恒为正,即J>0。这是因为水在流动过程中,依据一定边界条件,动能和势
能可相互转换。测点5至测点7,管收缩,部分势能转换成动能,测压管水头线
降低。测点7至测点9,管渐扩,部分动能又转换成势能,测压管水头线升高。
而据能量方程EEhw,hw为损失能量,是不可逆的,即恒有hw>0,
12121212
故E恒小于E,总水头线不可能回升。总水头线下降的坡度越大,即J越大,
21
表明单位流程上的水头损失越大,如渐扩段和阀门等处,表明有较大的局部水头
损失存在。
P
但总水头线变化一直处于下降趋势,测压管水头为Z,而总水头为
PV2
Z。测压管水头对应液体流动的总势能,总水头对应机械能,液体是从
2g
总机械能大的地方流向总机械能小的地方。
,使流量增加,测压管水头线有何变化?为什么?
答:(1)流量增加,测压管水头线总降落趋势更显著。这是因为测压管水头
pv2Q2
HZEE,任一断面起始时的总水头E及管道过流断面
p2g2gA2
v2p
面积A为定值时,Q增大,就增大,则Z必减小。而且随流量的增加阻
2g
p
力损失亦增大,管道任一过水断面上的总水头E相应减小,故Z的减小更加
显著。
(2)测压管水头线的起落变化更为显著。
因为对于两个不同直径的相应过水断面,管中水流流速过快时为紊流,两个
断面之间的损失系数接近于常数,管道断面为定值,故Q增大,H亦增大,测
压管水头线的起落变化就更为显著。
有差异,试分析其原因。
答:与毕托管相连通的测压管有1、6、8、12、14、16和18管,称总压管。
总压管液面的连续即为毕托管测量显示的总水头线,其中包含点流速水头。而实
pv2
际测绘的总水头是以实测的Z值加断面平均流速水头绘制的。据经验资
2g
料,对于圆管紊流,,其点流速方能代表该断面的
平均流速。由于本实验毕托管的探头通常布设在管轴附近,其点流速水头大于断
面平均流速水头,所以由毕托管测量显示的总水头线,一般比实际测绘的总水线
偏高。
?
由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”,而在急变流断面
上其质量力,除重力外,还有离心惯性力,故急变流断面不能选作能量方程的计
算断面。
六、注意事项
:计量后的水必须倒回原实验装置的水斗内,
以保持自循环供水(此注意事项后述实验不再提示)。
,稳压效果越好。但稳压筒的水位必须淹没连通管的
进口,以免连通管进气,否则需拧开稳压筒排气螺丝提高筒内水位;若稳压筒的
水位高于排气螺丝口,说明有漏气,需检查处理。
,接管及进气口均不得有水体进
入,否则需清除。
~5分钟。