毕托管佰努利方程实验指导书.docx
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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
。