毕托管佰努利方程实验指导书.docx
《毕托管佰努利方程实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕托管佰努利方程实验指导书.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕托管佰努利方程实验指导书
（二）不可压缩流体恒定流能量方程（伯努利方程）实验
一、实验目的
1．验证流体恒定总流的能量方程；
2．通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性；
3．掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。
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）的能量方程式（i=2,3,……,n）
取a1=a2=…an=1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出
值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速
及
，从而即可得到各断面测管水头和总水头。
三、实验装置
1.实验装置如图2.1所示。
2.装置说明
（1）本仪器测压管有两种：
毕托管测压管（表2.1中标*的测压管），用以测量毕托管探头对准点的总水头值
，须注意一般情况下
与断面平均总水头值
不同（因一般
），它的水头线只能定性表示总水头变化趋势，不能用于定量计算；
普通测压管（表2.1未标*者），用以定量量测测压管水头值。
（2）流量测量——称重法或量体积法
称重法或量体积法是在某一固定的时间段内，计量流过水流的重量或体积，进而得出单位时间内流过的流体量，是依据流量定义的测量方法。
本实验流量用阀13调节，流量用称重法或量体积法测量。
用秒表计时，用电子秤称重，小流量时也可用量筒测量流体体积。
为保证测量精度，一般要求计时大于15~20s。
（3）测点所在管段直径
测点6*、7所在喉管段直径为d2，测点16*、17所在扩管段直径为d3，其余直径均为d1。
四、实验方法与步骤
1．熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。
2．打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，全开调节阀13，将实验管道7中气体完全排尽，再检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。
如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。
3．打开阀13，观察思考：
1）测压管水头线和总水头线的变化趋势；2）位置水头、压强水头之间的相互关系；3）测点2、3测管水头同否？
为什么？
4）测点12*、13测管水头是否不同？
为什么？
5）当流量增加或减少时测管水头如何变化？
4．调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管供演示用，不必测记读数）。
5．改变流量2次，重复上述测量。
其中一次阀门开度大至使19号测管液面接近标尺零点。
五、实验数据及处理
1．记录有关常数
实验设备名称：
实验台号：
均匀段d1=cm喉管段d2=cm扩管段d3=cm
水箱液面高程
=cm上管道轴线高程
=cm
（基准面选在标尺的零点上）
表2.1管径记录表
测点编号
1*
2
3
4
5
6*
7
8*
9
10
11
12*
13
14*
15
16*
17
18*
19
管径/cm
两点间距/cm
4
4
6
6
4
13.5
6
10
29．5
16
16
注：
（1）标“*”者为毕托管测点（测点编号见图2.2）。
（2）测点2、3为直管均为流段同一断面上的两个测压点，10、11为弯管非均匀流段同一断面上的两个测点。
2．量测（
）并记入表2.2。
表2.2测记（
）数值表（基准面选在标尺的零点上）单位：
cm
测点
编号
2
3
4
5
7
9
10
11
13
15
17
19
V/cm3
t/s
实验次序
1
2
3
3．计算流速水头和总水头。
表2.3计算数值表
（1）流速水头
管径d/cm
Q=V/t=（cm3/s）
Q=（cm3/s）
Q=（cm3/s）
A/
cm2
v
cm/s
/cm
A/cm2
v
cm/s
/cm
A/cm2
v
cm/s
/cm
（2）总水头（
）单位：
cm
测点编号
2
4
5
7
9
13
15
17
19
Q
（cm3/s）
实验次序
1
2
3
4．绘制上述成果中最大流量下的总水头线E-E和测压管水头线P-P（轴向尺寸参见图2.2，总水头线和测压管水头线可以绘制在图2.2上）
提示：
1．P-P线依表2.2数据绘制，其中测点10、11、13数据不用；
2．E-E线依表2.3
（2）数据绘制，其中测点10、11数据不用；
3．在等直径管段E-E与P-P线平行。
图2.2
六、成果分析及讨论
1．测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？
为什么？
2．毕托管所显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都略有差异，试分析其原因。
3.为什么急变流断面不能被选作能量方程的计算断面？
（四）毕托管测速实验
一、实验目的和要求
1．通过对管嘴淹没出流点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；
2．了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体力学量测仪器的现实作用。
二、实验原理
图4.1毕托管结构图
图4.2毕托管原理图
毕托管的结构图、原理图如图4.1、4.2所示，它是一根两端开口的90°弯管，下端垂直指向上游，另一端竖直，并与大气相通。
沿流线取相近两点1、2，点1处未受毕托管干扰，流速为u，点2在毕托管驻点处，流速为零。
流体质点自点1流到点2其动能转化为位能，使竖直液面升高，超出静压强为△h水柱高度。
列沿流线的伯努利方程，忽略1、2两点间的能量损失，有
及
由此得
考虑到水头损失及毕托管在生产过程中产生的结构误差，以及在水中引起的扰动影响等原因，用毕托管测得的流速可能会偏离实际流速，故毕托管测速公式为
（a）
式中
毕托管测点处的点流速；
c—毕托管的修正系数，简称毕托管因数；
—毕托管全压水头与静水压头之差。
又由于，对于管嘴淹没出流，管嘴作用水头、流速因数与流速之间又存在着如下关系：
（b）
联解上两式可得
式中：
—测点处点流速，由毕托管测定；
—测点流速系数；
—管嘴的作用水头。
故本实验仪只要测出
和
，便可测出点流速系数
，与实际流速系数比较（经验值
=0.995），便可得出测量精度。
若需标定毕托管因数c，则有
。
三、实验装置
1.实验装置如图4.2所示。
图4.2毕托管实验装置图
1．自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.水位调节阀；5.恒压水箱；6.管嘴；7.毕托管；8.尾水箱与导轨；9.测压管；10.测压计；11.滑动测量尺（滑尺）；12.上回水管
2.装置说明
经淹没管嘴6，将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值。
测压计10的测压管1、2用以测量高、低水箱位置水头，测压管3、4用以测量毕托管的全压水头和静压水头，水位调节阀4用以改变测点的流速大小。
四、实验方法与步骤
1．准备（a）熟悉实验装置各部分名称、作用性能，搞清构造特征、实验原理。
（b）用医塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。
（c）将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约2~3cm，上紧固定螺丝。
2．开启水泵顺时针打开调速器开关3，将流量调节到最大。
3．排气待上、下游溢流后，用吸气球（如医用洗耳球）放在测压管口部抽吸，排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平可能是空气没有排尽，必须重新排气。
4．测记各有关常数和实验参数，填入实验表格；
5．改变流速操作调节阀4并相应调节调速器3，使溢流量适中，共可获得三个不同恒定水位与相应的不同流速。
改变流速后，按上述方法重复测量。
6．完成下述实验项目：
（1）分别沿垂向和沿流向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布；
（2）在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6~10倍以内时，误差在2~5%以上，不宜使用。
度将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。
7．实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。
五、实验数据及处理
1．记录有关常数
实验设备名称：
实验台号：
毕托管校正系数c=k=cm0.5/s
2．实验数据记录及计算结果
表4.1毕托管测速实验记录计算表
实验次序
上、下游水位差（cm）
毕托管水头差（cm）
测点流速
测点流速系数
计算测定管嘴出流点流速因数
。
升级会员 