伯努利方程流体能量转换实验(参考课件)

伯努利方程
——流体能量转换实验
1
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).
2
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:
5
不可压缩流体的机械能衡算方程百度文库应用于各种 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：
g1 ZP 11 2u1 2g2 ZP 21 2u2 2....J ./.K .(.3)g ..
Z1P g 12 u1 g 2Z2Pg 22 ug 2 2.........m ...液 ..... 柱 4）（
14
2.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 ）
1
水的温度T/℃
水的密度 ρ/(kg/m3)
各静 压头 测量 管的 水柱 高度
A点 rA/mm
B点 rB/mm
C点 rC/mm
2 3 4 5行 1 2 3 4 5 15
（2）实验数据整理：
实验序号（列） 1 2 3 4 5 行
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。
12
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。
10
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
11
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。
A点 （pA/ρg） /m
1
各测试 点的静
压头
B点 （pB/ρg） /m
2
C点 （pC/ρg） /m
3
A点 (u2A/2g)/m
4
各测试 点的动
压头
B点 (u2B/2g)/m
5
C点 (u2C/2g)/m
6
19
A点 Hf(1A)/m
7
各测
试点 B点 Hf (1的冲 B)/m
8
压头
C点 Hf (1C)/m
A点（pA/ρ）
各测
/m
1
试点 B点（pB/ρ）
的静
/m
2
压头 C点（pC/ρ） /m
3
各静 压头
A点pA/Pa
4
测量 管的
B点pB/Pa
5
水柱
高度 C点pC/Pa
6 16
3.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）
1
2
3
4
5
6
行
水的流量 qm/(kg/s)
各 A点
静 hA/m 压m
6
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：
P 11 2u1 2P 21 2u2 2 hf.......J./.K ..(.5g ).
Pg 12 u1g2Pg 22 ug 22 Hf.......m ..液 .. 柱 6）（
7
3.当流体处于静止状态时，则（1）和（2）式又 可简化为：
9
A点
1
HA/m
0
各测
试点 B点
1
的总 HB/m
1
压头
C点
1
HC/m
2
20
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？
g1Z P 1g2Z P 2..............J../.K ...(7 .g ). Z1P g 1Z2Pg 2.........m .水 ...(.8柱 )
8
或将上式改写为：
P 2P 1g(Z 1Z 2).............9 .)...(.....
这就是流体静力学基本方程。
9
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的管子，最后排出装置。流量直接由计 时称量测定。
g1 Z P 11 2u 1 2g2 Z P 21 2u 2 2h f..J ./.K .(1 .)g .
3
若以单位重量流体为衡算基准时，则又可表达为：
Z1P g 12 u1 g 2Z2P g 22 ug 2 2 Hf....m .液 ....柱 2）（
4
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-3 Σhf---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 分别为系统的进口和出口两个截面。
头 B点
测 量
hB/m m
管
的 C点
1 2 3
17
A点
各冲 压头
RA/m m
测量 B点
管的 水柱
RB/mm
高度 C点
RC/mm
各阶 段损 失压 头的 水柱 高度
A点h(1A)/mm
B点 h(1B)/mm C点 h(1C)/mm
5
6
7
8
9
1
0
18
（2）实验数据整理；
实验序号（列）
1 2 3 4 5 6行
21
（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等？为什么？
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。
13
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=Φ mm
dB=Φ mm dC=Φ mm 实验系统的总压头：H= mmH2O