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柏努利实验装置,伯努利实验装置,伯努利方程演示实验装置

2015-06-22 11:56

DB-BNL伯努利实验装置

伯努利实验装置

实验目的:
1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系,加深对柏努利方程式的理解。
2、观察各项能量(或压头)随流速的变化规律。
主要配置:
蓄水箱、水泵、高位水箱、转子流量计、文丘里管、测压管、不锈钢框架。
技术参数:
1、水泵为微型增压泵,功率:90W。
2、计量水箱:容积大于8L。
3、实验管道:Φ20与Φ40mm。
4、测压管 Φ8有机玻璃管 指示液为水,无毒、使操作更为安全。
5、高位水箱: 400×300×450 mm(透明有机玻璃水箱)。
蓄水箱: 600×400×400 mm(PVC或不锈钢水箱)。
6、实验所用的流体--水为全循环设计。
7、柏努利实验装置框架为不锈钢,结构紧凑,外形美观,流程简单,操作方便。
8、外形尺寸:1800×500×1500mm。




相关实验

 

伯努利方程实验

一.实验目的
1.观察恒定流情况下,水流所具的位置势能、压强势能和动能,以及在各种边界条件下能量的守恒和转换规律,加深对能量方程物理意义的理解。
2.观察测压管水头线和总水头线沿程变化的规律,以及水头损失现象。
3.验证测速管(毕托管)原理。
二.实验装置
本实验装置流程如图3-2所示,主要由高位水箱、供水箱、水泵、有机玻璃实验管道、铁架等部件组成。高位水箱内设有溢流装置,用以保持箱内水位恒定。液体由高位水箱经进口调节阀流入实验管路,管路管径不同,且高低不一,共有十组测压点,进口调节阀供调节流量用。
每组测压点都设置有普通测压管及测速管。测速管探头末端开有小孔,小孔位置与管道中心位置平齐。并正对流动方向,测速管可测出此截面上的总压头。普通测压管可测出此截面上的静压头与位压头之和。
出水管处可用秒表及量筒由体积时间法测量流量。整个系统中水是循环使用的。在管道下方装有一供水箱,出水口流出的水进入箱内再由泵抽取送至高位槽。

柏努利实验

图3-2 伯努利实验装置流程

三.实验原理
1.在管内流动的流体均具有位能、静压能和动能,取1N流体作为基准来进行能量衡算,并忽略流体在管内流动时的阻力损失,对不可压缩流体从1—1截面连续稳定地流至2—2截面,其柏努利方程式为:柏努利方程式 (1)
式中:Z — 流体的位压头,m;
流体的静压头— 流体的静压头,m;
流体的动压头— 流体的动压头,m;
下标1和2分别为系统的进口和出口两个截面。
同样,取1N流体作为基准来进行能量衡算,而流体在管内流动时的阻力损失能量不可忽略时,对不可压缩流体从1—1截面连续稳定地流至2—2截面,其柏努利方程式为:
柏努利方程式 (2)
式中:柏努利方程式—1N流体从1—1截面流至2—2截面时损失的能量,称损失压头,m。
2.在管内稳定连续流动的不可压缩流体,忽略流体流动的阻力损失能量时,在管路上任意截面的总压头均相等。
柏努利实验装置常数 (3)
柏努利实验装置常数 (4)
但是,任何两截面上的位压头、静压头和动压头并不一定相等,应视具体情况而定。根据管路条件的改变(如位置的高低、管径的大小),它们会自动转换。
在管内稳定连续流动的不可压缩流体,流体流动的阻力损失能量不可忽略时,管路中任意两截面上的总压头仍然相等。

柏努利方程式常数 (5)
但是,其位压头、静压头、动压头之和并不相等,其差值即为阻力损失压头:
柏努利实验装置m (6)
阻力损失压头柏努利实验装置是以热能的形式消失掉的,在管路中是不能再恢复的。
3.毕托管工作原理
测速管探头末端开孔处的位压头(h位)由测探头末端的几何高度决定。测压管内液位高度为位压头和静压头之和,用符号H1表示,即:
柏努利实验装置 (7)
当测压管小孔位置确定后,毕托管工作原理就已知,此时即将毕托管工作原理测量出来。
当测压管小孔正对流体流动方向时,测压管内液位高度为位压头、静压头和动压头之和,用符号H表示,即:
柏努利实验装置 (8)


在流动条件不变的情况下,显然,此时测速管内液位高度H比测压管液位高度H1高,两者之差为小孔处的动压头(h动),即:
柏努利实验装置 (9)
柏努利实验装置,则柏努利实验装置 (10)
由此,我们可以用这一原理来测量小孔处流体流动的点速度(u点),在具体计算时,各物理量应注意统一单位。

柏努利实验装置

柏努利实验装置cm/s (11)

四.实验操作步骤
1.熟悉实验设备,分清哪些测管是普通测压管,哪些是毕托管测速管,以及两者功能的区别。记录各段管路的内直径及位置高度。
2.接通水泵电机电源,打开开关供水,使高位水箱充水,待高位水箱溢流,检查实验管路入口调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因(连通管受阻、漏气或夹气泡等)并加以排除。如果连接橡皮管中有气泡,可不断用手挤握橡皮管,使气泡排出;如测速管测头上挂有杂物,可转动测头使水流将杂物冲掉。
3.高位水箱开始溢流后,调节实验管道阀门,使测压管、测速管中水面升至便于观测的高度,在测压板上用粉笔画出该流量时的水头线,对照水头线的变化规律观察思考:
1)断面1上测点(1)、(2)测管水头是否相同?为什么?
2)断面3和断面4的测点(5)、(7)测速管水头是否相同?为什么?
3)总结下不同管径动压头的变化规律;
4)当流量增加或减少时测管水头如何变化?
5)总水头线在不同管径段的下降坡度,即水力坡度的变化规律。
4.调节实验管路入口阀开度,改变流量,待流量稳定后,测记各测压管液面读数。
5.不改变阀门开度,利用秒表、盛水容器、量筒,测定一定时间内管口流出水量,并记录所用时间和出水量(体积)数据,以测记实验流量。
6.调节实验管路阀门开度,改变流量,使1号测管液面接近标尺最高点,重复上述测量。实验过程中,注意高位水箱始终应保持微小溢流。
7.切断水泵电机电源,收拾实验台,整理数据。 
五.实验记录与数据整理

均匀段(cm)D1=1.4
扩管1段(cm)D2=1.9
缩管段(cm)D3=0.8
扩管2段(cm)D4=2.6
上管道段(cm)D5=1.4
上管道轴线高程(cm)▽z =17
注:①每个断面上均有两个测点,标“*”者为毕托管测点;
②对应的断面内径见表1。

1.实验记录
表1实验记录表(基准面选在标尺的零点上)单位:cm


断面号 1 2 3 4 5 量水体积 时间
管径cm 1.4 1.4 1.9 0.8 1.9 V t
测点编号 1* 2 3* 4 5* 6 7* 8 9* 10 (cm3) (s)
实验1                        
实验2                        
断面号 6 7 8 9 10
管径cm 2.6 2.6 1.4 1.4 1.4
测点编号 11* 12 13* 14 15* 16 17* 18 19* 20
实验1                    
实验2                    
2.实验数据整理
表2动压头及流速

断面号 流量(cm/s)    
管径d (cm) A(cm) 动压头(cm) 平均流速(cm/s) 点速度(cm/s) 动压头(cm) 平均流速(cm/s) 点速度(cm/s)
1                
2                
3                
4                
5                
6                
7                
8                
9                
10                

实验数据
图3-3
实验数据
图3-4
六.思考题

1.请总结流体流过不同管径流速压头的变化规律。
2.为什么总水头线H大于测压管水头线H1(对同一点而言)?(H-H1)差值的物理意义是什么?为什么距离入口阀越远,总水头线沿程下降?
3.改变阀门开度,流量增加或减少时测管水头如何变化?
4.总结下总水头线在不同管径段的下降坡度,即水力坡度的变化规律。
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