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---流体系统内因阻力造成的压头损失,m液柱；下标1和2分别为

2、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

3、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

4、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=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/m

5、m3B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

6、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)/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）

7、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