恒定流单位重水体的能量方程与恒定总流全部重量流体的能量.docx

1、恒定流单位重水体的能量方程与恒定总流全部重量流体的能量恒定流单位重水体的能量方程与恒定总流全部重量流体的能量方程的适用性实验分析指导老师： 毛根海 实验成员： 张娜思 黄超 李勇泉 班级学号: 结构01(3011231004 3011211124) 岩土（3011211128) 实验日期: 2003年12月 7日 恒定流单位重水体的能量方程与恒定总流全部重量流体的能量方程的适用性实验分析一、 实验目的以自制的分流和汇流系统为实验对象分析恒定流单位重水体的能量方程与恒定总流全部重量流体的能量方程的适用性二、 实验装置实验原理实验步骤数据处理（一） 分流系统1、 装置图俯视（见俯图1）2、 实验原

2、理利用单位重水体的能量方程计算其中，；P1、P2、P3由电测仪测出，Q1由体积法测出。两个未知数（v2、v3）两个方程，解出v2、v3，求出Q2、Q3。利用全部重量水体能量方程计算 其中；P1、P2、P3由电测仪测出，Q1由体积法测出。两个未知数（Q2、Q3）两个方程，解出Q2、Q3。3、 实验步骤使电测仪高、低压两端都通大气，对电测仪调零。开启水泵向系统供水，调节阀门2、3使系统形成满管流。关闭阀门2、3，对电测仪排气。1)将阀门2、3开到最大a.调节水泵，使其作用水头最大。测量测压管水头 用电测法测量测压管水头P1、P2、P3，记录数据。测量流量 用重量法测流量Q2、Q3（每次时间大于10

3、秒），记录数据。b.调节水泵，使其作用水头适中。测量测压管水头和流量。c.调节水泵，使其作用水头较小。测量测压管水头和流量。2)调节阀门2、3到分流管流量近似相等 重复 1) 中ac步3)调节阀门2、3，使分流管一端流量相对较小重复 1) 中ac步利用前述公式处理数据，计算出每组的Q2、Q3与理论值进行比较。实验常数L1=L2=L3=L=48.0cm ；d1=d2=d3=d=0.672cm ;备注：1、 加*的数据组用于标定2、3。2、 沿用沿程水头损失实验的实验结果，=0.02。分流实验结果2号分流管V2(cm3)3号分流管V3(cm3)V1(cm3)时间T(s)P1(cm)P2(cm)P3

4、(cm)Q1(cm3/s)Q2(cm3/s)Q3(cm3/s)将阀门2、3开到最大时37242528625220.603592-63-37303.45180.75122.7030162084510020.464398-6-8249.22147.38101.8419741414338820.229182-10-10167.4897.5869.90*26241830445420.547318-9-9216.77127.7189.06调节阀门2、3到分流管流量近似相等29043310621420.690643113-35300.34140.36159.9822942678497220.5064639

5、3-35242.47111.87130.6020142434444823.89323848-23186.1684.29101.87*18542360421420.46031869-27205.9690.62115.34调节阀门2、3，使分流管一端流量相对较小12363502473816.3937334281289.0375.40213.6310343086412020.644396212-42199.5750.09149.498422458330020.469248142-31161.2241.14120.08*12723878515020.201538317-27254.9462.97191

6、.97数据处理Q2实验值(cm3/s)Q2理论值(单位重)(cm3/s)(%)Q2“理论值(总重)(cm3/s)(%)Q3实验值(cm3/s)Q3理论值(单位重)(cm3/s)(%)Q3“理论值(总重)(cm3/s)(%)将阀门2、3开到最大时180.75181.370.34179.450.72122.70123.150.37124.001.04147.38140.365.00146.560.56101.8498.213.70102.660.8097.5897.600.0298.631.0869.9068.062.7068.851.53*127.71127.712=1.393292、3=5.4

7、2251789.0689.06调节阀门2、3到分流管流量近似相等140.36132.236.15144.392.87159.98159.960.01155.952.58111.87111.940.06115.523.26130.60139.306.25126.952.8884.2978.028.0488.905.47101.8799.282.6197.264.74*90.6290.622=3.007058、3=2.739350115.34115.35调节阀门2、3，使分流管一端流量相对较小75.4076.391.30213.63218.582.2650.0964.4322.26149.4917

8、3.1113.6441.1447.0112.50120.08137.8612.90*62.9762.942=4.651032、3=0.684655191.97191.85（二） 汇流系统1、 装置图（见俯图2）2、 实验原理取O-O为基准面，取1、2、3为1.0列1-1、4-4、3-3断面全部重量水体能量方程列1-1、2-2断面单位重流体能量方程（忽略这两个断面间的沿程水头损失） （，A0 为收缩断面的面积）列4-4、5-5断面单位重流体能量方程列连续性方程 其中z1=z3=z3=0 , z4=h， ，z5=0 , P5=P2。P1、P2 由电测仪测出，v1由体积法测出，h 用毫米刻度尺测出。

9、四个未知数（Q1、Q2、Q3、），四个方程，解出Q3 。 3、 实验步骤使电测仪高、低压两端都通大气，对电测仪调零。开启水泵向系统供水，调节阀门2使系统形成满管流。关闭阀门2，对电测仪排气。将阀门2开到最大a. 调节水泵，使其作用水头最大。b. 测量测压管水头 用电测法测量测压管水头P1、P2，记录数据。c. 测量流量 用重量法测流量Q2（每次时间大于10秒），记录数据。 夹紧止水夹，停止向恒压水箱内供水。用体积法测出系统的抽水量Q4，记录数据。调节水泵，使其作用水头适中。重复 中b、c步调节水泵，使其作用水头较小。重复 中b、c步利用前述公式处理数据，计算出每组的Q2与理论值进行比较。实验常

10、数：L32.5+37.5=40.0cm备注：1、 加*的数据组用于标定2、3。2、 因为Q2较小，所以2对计算结果影响不大，于是在理论计算中将其忽略。3、 沿用沿程水头损失实验的实验结果，=0.02。汇流实验结果及数据处理3号管V1(cm3)时间T1 (s)H1(cm)H0(cm)时间T2(s)P1(cm)P2(cm)Q2(cm3/s)Q3实验值(cm3/s)Q3理论值（总重）(cm3/s)（%）135909.79810.507.0017.692235724.90366.40300.6321.882447020.74010.508.0025.73822012.23215.53217.010.6

11、83261820.49210.428.0034.773958.76127.76130.942.434*370611.19210.536.6024.432304120.24331.13331.13三、 实验分析1、分流系统1 经比较，用恒定流单位重水体的能量方程与恒定总流全部重量流体的能量方程计算出的理论流量Q2、Q3与实验值符合良好。说明在分流系统中，恒定流单位重水体的能量方程与恒定总流全部重量流体的能量方程均适用。2 当逐渐关小阀2时，2逐渐增大，3逐渐减小。3 当关闭旁通阀，全开阀1时，Q1逐渐减小（303.45300.34289.03），P1逐渐增大（592643733）。4 当“调节阀

12、门2、3，使分流管一端流量相对较小”时，利用“恒定总流全部重量流体的能量方程”做出的理论值比较荒谬，因此处理后的数据没有附上。2、 汇流系统1 经比较，由于实验装置对实验的影响有很多不确定性（比如，过流管的、难以确定），且实验仪器的测量准确度尚有可疑之处（当旁通阀全关，阀1全开时，作用水头P1=223cm不是实验中的最大值），所以在误差允许范围内用恒定总流全部重量流体的能量方程计算出的理论流量Q2、Q3与实验值符合较好。2 随着Q3的增大，Q2也逐渐增大。3 当恒压水箱中的水被吸上的同时，这部分水体的能量被提高，即有能量的输入，因此我们不能直接对4-4、3-3断面列恒定流单位重水体的能量方程。

13、其具体错解见附录二。四、结论 总流的全部重量流体的伯努利方程对于各种管流系统总是适用的，而单位重量的能量方程，则对于管道合流时，在不同流股水流之间有能量交换。这对于管网的水力计算提出了一个新的问题。附录一：程序一：（c语言）#include #include main() double I=0.02,j2,j3; float q1,q2,q3,p1,p2,p3,t; double a1,a2,a3,g,L,d; g=980; L=48; d=.675; a1=3.1415*d*d/4; a2=3.1415*d*d/4; a3=3.1415*d*d/4; printf(please input

14、q2:); scanf(%f,&q2); printf(please input q3:); scanf(%f,&q3); q1=q2+q3; printf(please input time:); scanf(%f,&t); q1=q1/t;q2=q2/t;q3=q3/t; printf(please input p1:n); scanf(%f,&p1); printf(please input p2:n); scanf(%f,&p2); printf(please input p3:n); scanf(%f,&p3); j2=(p1-p2)*a2*a2*2*g+(1-I*L/d)*q1*q

15、1*a2*a2/(a1*a1)/q2/q2-I*L/d-1; j3=(p1-p3)*a3*a3*2*g+(1-I*L/d)*q1*q1*a3*a3/(a1*a1)/q3/q3-I*L/d-1; printf(j2=%fn,j2); printf(j3=%fn,j3);程序说明: 本程序用于标定分流系统中2号分流管的局部阻力系数和3号分流管的局部阻力系数。程序中I沿程阻力系数，j2局部阻力系数， j3局部阻力系数，输入时q1V1 q2V2 q3V3 处理后q1Q1 q2Q2 q3Q3 t时间T 标定出的和见数据处理。程序二：（c语言）#include #include main() double

16、 I=0.02,j2=1.393292,j3=5.422517; float q1,p1,p2,p3,t; double a1,a2,a3,q2,q3,g,L,d; g=980; L=48; d=.675; a1=3.1415*d*d/4; a2=3.1415*d*d/4; a3=3.1415*d*d/4; printf(please input q1:); scanf(%f,&q1); printf(please input time:); scanf(%f,&t); q1=q1/t; printf(please input p1:n); scanf(%f,&p1); printf(plea

17、se input p2:n); scanf(%f,&p2); printf(please input p3:n); scanf(%f,&p3); q2=sqrt(p1-p2)*a2*a2*2*g+(1-I*L/d)*q1*q1*a2*a2/(a1*a1)/(1+j2+I*L/d); q3=sqrt(p1-p3)*a3*a3*2*g+(1-I*L/d)*q1*q1*a3*a3/(a1*a1)/(1+j3+I*L/d); printf(q2=%fn,q2); printf(q3=%fn,q3);_程序说明： 本程序是用单位重水体的能量方程解出在分流系统中，2号分流管流量Q2、3号分流管流量Q3 。

18、本程序与程序一注释相同，其中j2，j3是用程序一计算出来的代入。适用于将阀门2、3开到最大时。其他两种情况程序略。程序三：（MathCAD）程序说明： 由于用C语言解一元三次方程较为复杂，我们改用MathCAD程序解总流全部重量流体的能量方程。 一元三次方程式中给予不同的初值，可得到不同的三个解。经我们分析，发现应取其中较为靠近真解的两个根的平均值作为最终的q3。而且与实验结果符合的较好，故采用此种方法求解。该程序是将阀门2、3开到最大时的第一组数据。其他数据同此法处理，程序略。 iI， rL， hg。程序四：（MathCAD）程序说明： 本程序用于标定汇流系统中局部阻力系数。 经分析，2对于

19、整个方程影响很小，所以此方程中求出j即是3 j3 程序五：（MathCAD）程序说明： 本程序求出q3即是用总流全部重量流体的能量方程算出的Q3。 该程序求出的是第一组数据的Q3，其余二组略。附录一：附录二：3、射流器图为射流器示意图。其工作原理是利用水箱的水经过喷嘴流出后，由于流速增加，压力降低，便将真空室抽成真空。利用真空室形成的真空度，可以将一定深度的池水吸上，并与吸水管水流混合后从出水管一起流出。已知：H略去水头损失，试求真空室中的真空值及出水管流量。解 取断面1-1、2-2、3-3、4-4、5-5五个渐变流断面。在池水未吸上之前，以喷嘴轴线0-0为基准面，取写断面1-1和3-3的总流

20、能量方程。 以绝对压强计算，水箱水面上点，。将已知数据代入上式，。由连续方程 而写断面1-1和2-2的总流能量方程，取，以绝对压强计算， 水柱。则相对压强水柱。所以真空室的真空值在池水被吸上之后，写出水池水面断面4-4和吸水管断面5-5的总流能量方程。将基准面取在水池水面，设，因水池断面较大，故 ；以相对压强计算水面上点，则 。所以吸水管中的流速 则出水管总流量为 。本题由于略去水损失，故H=1m即可把池水吸至m高。离心式水泵启动前，须衔在泵壳内灌满水，以排除空气，然后才能启动水泵，达到抽水的目的。在生产实践中排除泵内空气的过程常借助射流器来完成。图2-36b所示为其装置的示意图，射流前将泵内抽成真空，水池中的水即被吸出充满泵壳内。