伯努利方程——流体能量转换实验

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1、伯努利方程——流体能量转换实验化工原理实验教学研究室一、实验目的实验观察流体流动时的各种形式机械能互相转化现象.实验验证不可压缩流体的机械能衡算方程(柏努利方程).二、基本原理对于不可压缩流体,在导管内作稳定流动,系统与环境又无功的交换时,若以单位质量流体为衡算基准,则为确定的系统即可列出机械能方程:若以单位重量流体为衡算基准时，则又可表达为：式中：z---流体的位压头，m液柱；p---流体的压强，Pa;u---流体的平均流速，m.s-1;ρ—流体的密度，kg.m-3Σhf---流体系统内因阻力造成的能量损失,J·kg-1;ΣHf---流体系

2、统内因阻力造成的压头损失,m液柱；下标1和2分别为系统的进口和出口两个截面。不可压缩流体的机械能衡算方程，应用于各种情况下可做适当简化，例如：1.当流体为理想液体时，于是式（1）和（2）可简化为：2当流体流经的系统为一水平装置的管道时，则（1）和（2）式又可简化为：3.当流体处于静止状态时，则（1）和（2）式又可简化为：或将上式改写为：这就是流体静力学基本方程。三、实验装置本实验装置主要有实验导管，稳压溢流水槽和三对测压管组成。实验导管为一水平装置的变径圆管，沿程分三处装有测压管。每处测压管由一对并列的测压管组成，分别测量该截面处的静压头和

3、冲压头。实验装置的流程如图1，液体由稳压水槽流入实验导管。途经直径分别为20mm、30mm和20mm的管子，最后排出装置。流量直接由计时称量测定。图1柏努力实验装置流程1.稳压水槽；2.实验导管；3.出口调节阀；4.静压头测量管；5.冲压头测量管四、实验步骤实验前，先缓慢开启进水阀，将水充满稳压水槽并保持有适量溢流水流出，使槽内液面平稳不变。最后，该法排尽设备内的空气泡。实验可按如下步骤进行：1.关闭实验导管出口调节阀，观察和测量液体处于静止状态下各测试点（A,B,C）的压强。2.开启实验导管出口调节阀，观察比较液体在流动情况下的各测试点压头

4、的变化。3.缓缓开启实验导管出口调节阀，测量流体在不同流量下的各测试点的静压头，动压头和损失压头。五、实验过程中注意事项1.实验前一定要将实验导管和测压管中的空气泡排除干净否则会干扰实验现象和测量的准确性。2.开启进水阀向稳压水槽注水，或开关实验导管出口调节阀时，一定要缓慢的调节开启程度，并随时注意设备内的变化。3.实验过程中须根据测压管量程范围，确定最小和最大流量。4.为了便于观察侧压管的液柱高度，可在实验测定前，向各侧压管滴入几滴红墨水。六、实验记录及数据处理1.测量并记录实验基本参数流体种类：实验导管内径：dA=ΦmmdB=ΦmmdC=

5、Φmm实验系统的总压头：H=mmH2O2.非流动体系的机械能分布及其转换（1）实验数据记录：实验序号（列）12345行水的温度T/℃1水的密度ρ/(kg/m3)2各静压头测量管的水柱高度A点rA/mm3B点rB/mm4C点rC/mm5（2）实验数据整理：实验序号（列）12345行各测试点的静压头A点（pA/ρ）/m1B点（pB/ρ）/m2C点（pC/ρ）/m3各静压头测量管的水柱高度A点pA/Pa4B点pB/Pa5C点pC/Pa63.流动体系的机械能分布及其转换(1)实验数据记录实验序号（列）123456行水的流量qm/(kg/s)1各静压

6、头测量管的水柱高度A点hA/mm2B点hB/mm3C点hC/mm4各冲压头测量管的水柱高度A点RA/mm5B点RB/mm6C点RC/mm7各阶段损失压头的水柱高度A点h(1-A)/mm8B点h(1-B)/mm9C点h(1-C)/mm10（2）实验数据整理；实验序号（列）123456行各测试点的静压头A点（pA/ρg）/m1B点（pB/ρg）/m2C点（pC/ρg）/m3各测试点的动压头A点(u2A/2g)/m4B点(u2B/2g)/m5C点(u2C/2g)/m6各测试点的冲压头A点Hf(1-A)/m7B点Hf(1-B)/m8C点Hf(1-C)

7、/m9各测试点的总压头A点HA/m10B点HB/m11C点HC/m12七、实验结果及问题讨论1.验证流体静力学方程；2.验证流动流体的机械能衡算方程；3.问题讨论（1）关闭出口调节阀，可以观察到，实验导管上的所有测压管中的水柱高度都是相同的（H），这一现象说明什么？这一高度的物理意义又是什么？（2）打开出口调节阀，观察各截面上右侧测压管中的液位高度H，，问：①H的物理意义是什么？②对于同一点而言，为什么H>H,?这一现象说明了什么？③为什么距离稳压水草越远，（H-H，）差距越大？这一差值的物理意义是什么？④各截面上右侧测压管中的液面高度是否相

8、等？为什么？（3）当不断开大调节阀时，流速增大，动压头应该增大，为什么各截面右侧测压管的液位从A截面至C截面反而下降？4.试列举出利用能量转换的原理强化流体流动过程