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1、实验二 伯努利方程能量分布与转换的测定,（一） 实验目的 1、观察动、静、位压头随管径、位置、流量的变化情况，验证连续性方程和伯努利方程； 2、定量考察流经收缩、扩大管段时流体流速与管径的关系； 3、定量考察流体流经直管段时流体流速与管径的关系 4、定性观察流体流经节流件、弯头等压损情况。,二、实验原理 化工生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流体在管道中的流动是化学工程中一个重要的课题。任何流动的流体，仍然遵循质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体力学性质的基本出发点。 1、连续性方程 对于流体在管内稳定流动时的质量形式表现为：,根据平均流速的定义：,对于均质、不可压缩流体：,
2、对于圆形管道：,2、机械能衡算方程 运动的流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律。 对于均质、不可压缩流体，在管内稳定流动时，其机械能衡算方程（以单位质量流体为基准）为：,上式中各项单位为m，所以都称之为压头,对于理想流体，由于没有内摩擦力产生，所以损失压头一项可以忽略，若在流动过程中没有外加功加入，则上式变为”,对于静止的流体，流速为零，则上式变为：,所以说流体静力学方程是流体动力学方程的一个特例,3、管内流动分析 按照流体流动时的流速以及其它与流动有关的物理量是否随时间而变化，可将流体的流动分为两类：稳定流动和不稳定流动。连续生产过程中流体的流动多视为稳定流动。在开工或停工阶段
3、多以属于不稳定流动。 流体的流动有两种不同形态：层流和湍流 流体的流动形态可以通过雷诺准数来判断，在圆形管道中，雷诺数可以用下式表示：,三、装置流程,该装置为有机玻璃材料制作的管路系统，通过泵使流体循环流动。管路内径为30mm，节流件变截面处管内径为15mm。单管压力计1和2可用于验证变截面连续性方程，单管压力计1和3可用于比较流体经节流件后的能头损失，单管压力计3和4可用于比较流体经弯头和流量计后的能头损失及位能变化情况，单管压力计4和5可用于验证直管段雷诺数与流体阻力系数关系 ，单管压力计6与5配合使用，用于测定单管压力计5处的中心点速度。,四、实验方法和步骤 1.先在下水槽中加满清水，保
4、持管路排水阀、出口阀关闭状态，通过循环泵将水打入上水槽中，使整个管路中充满流体，并保持上水槽液位一定高度，可观察流体静止状态时各管段高度。 2.通过出口阀调节管内流量，注意保持上水槽液位高度稳定（即保证整个系统处于稳定流动状态），并尽可能使转子流量计读数在刻度线上。观察记录各单管压力计读数和流量值。,3.改变流量，观察各单管压力计读数随流量的变化情况。注意每改变一个流量，需给予系统一定的稳流时间，方可读取数据。 4.结束实验，关闭循环泵，全开出口阀排尽系统内流体，之后打开排水阀排空管内沉积段流体。 注意：（1）若不是长期使用该装置，对下水槽内液体也应作排空处理，防止沉积尘土，否则可能堵塞测速管
5、。（2）每次实验开始前，也需先清洗整个管路系统，即先使管内流体流动数分钟，检查阀门、管段有无堵塞或漏水情况。,五、数据分析 1. h1和h2的分析 由转子流量计流量读数及管截面积，可求得流体在1处的平均流速u1（该平均流速适用于系统内其他等管径处）。 若忽略h1和h2间的沿程阻力，适用理想流体柏努利方程，即： 且由于1、2处等高，则有：,其中，两者静压头差即为单管压力计1和2读数差（mH2O），由此可求得流体在2处的平均流速u2。令u2代入公式 中，验证连续性方程。 2. h1和h3的分析 流体在1和3处，经节流件后，虽然恢复到了等管径，但是单管压力计1和3的读数差说明了能头的损失（即经过节流
6、件的阻力损失）。且流量越大，读数差越明显。,3. h3和h4的分析 流体经3到4处，受弯头和转子流量计及位能的影响，单管压力计3和4的读数差明显，且随流量的增大，读数差也变大，可定性观察流体局部阻力导致的能头损失。 4. h4和h5的分析 直管段4和5之间，单管压力计4和5的读数差说明了直管阻力的存在（小流量时，该读数差不明显），根据,可推算得阻力系数，然后根据雷诺准数，作出两者关系曲线。,5. h5和h6的分析 单管压力计5和6之差指示的是5处管路的中心点速度，即最大速度uc，有 考察在不同雷诺准数下，与管路平均速度u的关系。 六、记录实验数据,写出实验结论,1说明各测压管中高度的含义 2流体静止时和流动时的能量分布 3验证连续性方程 4局部阻力损失如何随流量的变化面变化 5画出直管阻力系数与雷诺准数的关系曲线 6平均流速与最大流速之间的关系,
