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1、能量转换（伯努利方程） 演示实验装置说明书天津大学化工基础实验中心201309、实验目的：1. 演示流体在管内流动时静压能、动能、位能相互之间的转换关系，加深对伯努 利方程的理解。2. 通过能量之间变化了解流体在管内流动时其流体阻力的表现形式。3. 可直接观测到当流体经过扩大、收缩管段时，各截面上静压头的变化过程，形 象直观，说服力强。二、实验内容:1. 测量几种情况下的压头，并作分析比较。2. 测定管中水的平均流速和点 C、D 处的点流速，并做比较。三、实验原理：在实验管路中沿管内水流方向取 n 个过水断面。运用不可压缩流体的定常流 动的总流Bernoulli方程，可以列出进口附近断面（1）
2、至另一缓变流断面G）的 伯努利方程：p a v 2pa v 2Z +1 +二 Z + 匚 +ii- + h1 y2 gi y2 gwi-i其中 i=2， 3， 4，n；取a =a =a = 1。1 2 n选好基准面，从断面处已设置的静压测管中读出测管水头z + P的值；通过测量y管路的流量，计算出各断面的平均流速v和匚？的值，最后即可得到各断面的 2 g总水头z +匕+巴2的值。y 2 g四、实验装置基本情况：1. 实验设备流程图（如图一、图二所示）：ECAnn2- =! 基淮 Ojtutl测压点标号14153 4 5 6 7 89100血图二 实验测试导管管路图序号名称规格（尺寸）材料1主体
3、设备离心泵型号：WB50/025不锈钢2水箱880X370X550不锈钢3咼位槽445X445X730有机玻璃ABLI循坏水阀离心泵2.实验设备 表一 设备主要技术参数水箱图一能量转换实验流程示意图五、实验方法及步骤：1. 将水箱灌入一定量的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量 调节阀、排气阀、排水阀，打开回水阀和循环水阀后启动离心泵。2. 逐步开大离心泵出口上水阀，当高位槽溢流管有液体溢流后，利用流量调节阀 调节出水流量。稳定一段时间。3. 待流体稳定后读取并记录各点数据。4. 逐步关小流量调节阀，重复以上步骤继续测定多组数据。5. 分析讨论流体流过不同位置处的能量转换关系并得
4、出结论。6. 关闭离心泵，结束实验。六. 实验注意事项：1. 离心泵出口上水阀不要开得过大，以免水流冲击到高位槽外面，导致高位槽液 面不稳定。2. 调节水流量时，注意观察高位槽内水面是否稳定，随时补充水量保持稳定。3. 水流量减小时阀门调节要缓慢，以免水量突然减小使测压管中的水溢出管外4. 注意排除实验导管内的空气泡。5. 离心泵不要空转和在出口阀门全关的条件下工作。七、实验数据处理：(测量点结果图见图三、图四、图五、图六) A 截面的直径 14mm ； B 截面直径 28mm ；C 截面、 D 截面直径 14mm ；以 D 截面的中心为零基准面；D 截面中心距基准面为 Z=0mm 。 A 截
5、面和 D 截面间距离为 100mm ；DA、B、C 截面 Z =Z =Z =100(即标尺为 100 毫米)ABC对这些实验数据分析如下表二 数据记录表X流量 500 (l/h)流量 400 (l/h)流量 300 (l/h)压强测 量值(mmHO)2压头(mmH O2 )压强测 量值 (mmH O2 )压头(mmH O2 )压强测 量值 (mmH O2 )压头(mmH O2 )1静压头、8866362冲压头9326823静压头8716214静压头8686185静压头8385886静压头7535037静压头8275778静压头8375879静压头84259210静压头84359311冲压头84
6、759712静压头80355313冲压头84459414静压头75761715冲压头7976571.冲压头分析：(数据为例) 冲压头为静压头与动压头之和。实验中观测到，从测压点2至 11截面上的 冲压头依次下降，这符合下式所示的从截面 2 流至截面 11的柏努利方程。(舊+2g)二佥+斜+Hf -pu 2pu 2H = (2 + 2 )-(-11 + h) =660-559=101 (mmH2o) f，2-iip g 2 gp g2 g2. 截面间静压头分析:(同一水平面处静压头变化)截面1与10，由于两截面处于同一水平位置，截面面积10比1处大，这样10处的流速比1处小。设流体从1流到10的
7、压头损失为H 以1-10面列柏 f，1-10 ，努利方程。pu 2pu 2(pi + 1 ) = (pio + io) + HZ=ZPg2 gpg2 gf，1-101 10p p u2 u2(旳-3 =(才-卄 -Hpgpg2g2gf ,1-10即两截面处静压头之差是由动压头减小和两截面间的压头损失来决定的，既u2 u2丄-亠H。当实验导管出口调节阀全开时，1截面处的静压头为610mmH O2g 2gf ,1-102柱, 10截面处的静压头为554mmHO 柱, P P。说明A处动能转化为了静压能。2A B3. 截面间静压头分析：(不同水平面处静压头变化)截面12至14,当出口流量为600 (
8、l/h)时，12处和14处的静压头分别为459和407mmH O 柱,流体从12测量点流到14测量点，静压头降低了 45mmH O柱。22由于12、14截面积相等即动能相同。在C、D间列柏努利方程如下pp(14 -12)= (z - z ) - Hpg pg1214f ,12-14可以看出，从12到14静压头的降低值，决定于(Z -Z )和H 。当(Z -Z ) 12 14f , 12-1412 14大于 H 时，静压头增值为正，反之静压头增值为负。f，12-144. 压头损失的计算：以出口流量为600 (l/h)时从C到D的压头损失和H为例。现在对C、Df，C-D两截面间列柏努利方程。冬 +
9、 U1 + Z =冬 + UD + Z + Hpg2g Cpg 2gDf ,C-D压头损失的算法之一是用冲压头来计算：HJ化+ui） -（d + ui） +（Z - Z）f，C-D L pg 2gpg 2g c D= （ 557-100 ） -499+100 =58 （ mmHO 柱）2压头损失的算法之二是用静压头来计算：（u =u ）CDH=（佟jPd） + （Z Z ） = （505-100） -450+100=55 （mmH O 柱）f ,c -Dpg pgc D2两种计算方法所得结果基本一致，说明所得实验数据是正确的。5. 文丘里测量段分析结论：本实验 39 测量段为文丘里管路。36 横截面积依次减小，69 横截面 积依次增大。测量点 6 为喉径，横截面积最小。通过测量数据我们可以看出， 由于横截面积不断减小，通过测量点 36 的流速逐渐增大，静压能转化为动能， 得到结论 3-6 测量点静压头在不断降低，在测量点 6 处横截面积最小、流速最 大、静压头最小。反之 6-9 动能转化为静压能，静压能逐渐升高。压差计高度（mm水柱）图三 测量点高度示意图系列1系列2系列3压测试点标号图四 能量转换位置-压强图
