1、能量方程伯努利方程实验能量方程(伯努利方程)实验能量方程(伯努利方程)实验 姓名:史亮 班级:9131011403 学号:913101140327处的7根皮托管测压管测量总水头或12根普通测压管测量测压管水头,其中测点1、6、8、12、14、16和18均为皮托管测压管(示意图见图3.2),用于测量皮托管探头对准点的总水头H(=),其余为普通测压管(示意图见图3.3),用于测量测压管水头。 图3.2 安装在管道中的皮托管测压管示意图 图3.3安装在管道中的普通测压管示意图3.3 实验原理当流量调节阀旋到一定位置后,实验管道内的水流以恒定流速流动,在实验管道中沿管内水流方向取n个过水断面,从进口断
2、面(1)至另一个断面(i)的能量方程式为:=常数 (3.1)式中:i=2,3, ,n; 位置水头;压强水头;速度水头; 进口断面(1)至另一个断面(i)的损失水头。从测压计中读出各断面的测压管水头(),通过体积时间法或重量时间法测出管道流量,计算不同管道内径时过水断面平均速度及速度水头,从而得到各断面的测压管水头和总水头。3.4 实验方法与步骤1) 观察实验管道上分布的19根测压管,哪些是普通测压管,哪些是皮托管测压管。观察管道内径的大小,并记录各测点管径至表3.1。2) 打开供水水箱开关,当实验管道充满水时反复开或关流量调节阀,排除管内气体或测压管内的气泡,并观察流量调节阀全部关闭时所有测压
3、管水面是否平齐(水箱溢流时)。如不平,则用吸气球将测压管中气泡排出或检查连通管内是否有异物堵塞。确保所有测压管水面平齐后才能进行实验,否则实验数据不准确。3) 打开流量调节阀并观察测压管液面变化,当最后一根测压管液面下降幅度超过50%时停止调节阀门。待测压管液面保持不变后,观察皮托管测点1、6、8、12、14、16和18的读数(即总水头,取标尺零点为基准面,下同)变化趋势:沿管道流动方向,总水头只降不升。而普通测压管2、3、4、5、7、9、10、11、13、15、17、19的读数(即测压管水头)沿程可升可降。观察直管均匀流同一断面上两个测点2、3测压管水头是否相同?验证均匀流断面上静水压强按动
4、水压强规律分布。弯管急变流断面上两个测点10、11测压管水头是否相同?分析急变流断面是否满足能力方程应用条件?记录测压管液面读数,并测记实验流量至表3.2、表3.3。4) 继续增大流量,待流量稳定后测记第二组数据(普通测压管液面读数和测记实验流量)。5) 重复第4步骤,测记第三组数据,要求19号测压管液面接近标尺零点。6) 实验结束。关闭水箱开关,使实验管道水流逐渐排出。7) 根据表3.1和表3.2数据计算各管道断面速度水头和总水头()(分别记录于表3.4和表3.5)。操作要领与注意事项:、实验前必须排除管道内及连通管中气体。、流量调节阀不能完全打开,要保证第7根和第8根测压管液面在标尺刻度范
5、围内。3.5 实验成果与分析1) 记录有关常数表3.1 各测点断面管径数据表(单位:cm)测点编号12、3456、78、910、1112、1314、1516、1718、19管径均匀段缩管段均匀段扩管段均匀段 1.39 cm1.02 cm1.39 cm2.00 cm 1.39 cm2) 测记测压管静压水头()和流量,测计皮托管测点读数。表3.2 各测点静压水头()(单位:cm)和流量(单位:cm3/s)测点编号23457913151719流量(cm3/s)第一组40.540.54039.52228.525.721.523.518152.89第二组46.346.346.246.24343.743.
6、14242.541.369.55第三组表3.3 皮托管测点总水头()(单位:cm)测点编号16812141618第一组47.545.735.932.527.525.524.6第二组47.547.445.344.543.342.742.7第三组3) 计算速度水头和总水头。表3.4 各断面速度水头(单位:cm)(g=980 cm/s2)管 径(cm)第一组流量= 152.89(cm3/s)第二组流量= 69.55(cm3/s)第三组流量= (cm3/s)A(cm2)V(cm/s)(cm)A(cm2)V(cm/s)(cm)A(cm2)V(cm/s)(cm)=1.391.52100.585.161.5
7、245.761.07=1.020.82186.4517.740.8284.823.67=2.003.1448.691.213.1422.150.25表3.5 各断面总水头()(单位:cm)测点编号23457913151719流量(cm3/s)第一组45.6645.6645.1644.6639.7433.6630.8626.6624.7123.16152.89第二组47.3747.3747.3647.3746.6744.7744.1743.0742.7542.3769.55第三组P-P线 第一组 第二组E-E线 第一组 第二组图3.4 总水头线E-E线和测压管水头线P-P线注:图中横向表示测点在
8、管道中的位置,纵向表示某测点的总水头或测压管水头(单位均为cm)。测压管水头线P-P线依表3.2数据绘制,总水头线E-E线依表3.5数据绘制,将所有测点数据用线段连接,在连线时要考虑同一管径的线段应平行(沿程水头损失大小随管道长度线性变化)。4) 根据最大流量时的数据绘制总水头和测压管水头沿管道变化趋势线(总水头线E-E线和测压管水头线P-P线绘制于图3.4中)。并分析总水头和测压管水头沿管道变化趋势线有何不同?为什么?答:测压管水头线是沿水流方向各个测点的测压管液面的连线,它反应的是流体的势能,测压 管水头线可能沿线可能下降,也可能上升(当管径沿流向增大时),因为管径增大时流速减小,动能减小
9、而压能增大,如果压能的增大大于水头损失时,水流的势能就增大,测压管水头就上升。总水头线是在测压管水头线的基线上再加上流速水头,它反应的是流体的总能量,由于沿流向总是有水头损失,所以总水头线沿程只能的下降,不能上升。5) 流量增加,测压管水头线如何变化?为什么?答:测压管水头线降低 从流量公式知,管道的流量随着测压管水头线坡度的平方根成正比,测压管水头线坡度越大流量越大,坡度为起端的测压管水头减去末端的测压管水头,而起端测压管水头不变,所以末端测压管水头线越低,所以流量越大,测压管水头线越低。6) 分析同一断面测点2、3是否读数一致?同一断面测点10、11是否读数一致?为什么?答:2、3读数一致表明流过同一断面上,其动水压强按静水压强规律分布 10、11读数不一致 表明在急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。 7) 皮托管所显示的总水头与实测总水头是否一致,为什么?答:与皮托管相连的测压管为总压管,显示的为总水头线。 而实际绘测的总水头线为z+p/r值加断面平均流速v2/2g绘制的。 本实验皮托管的探头布置在管轴附近,其点流速水头大于断面平均流速水头,所以由皮托管测量显示的总水头线,一般比实际绘测的总水头偏高。
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