能量方程(伯努利方程)实验

能量方程(伯努利方程)实验
能量方程（伯努利方程）实验姓名：史亮
班级：9131011403
学号：913101140327
处的7根皮托管测压管测量总水头或12根普通测压管测量测压管水头，其中测点1、6、8、12、14、16和18均为皮托管测压管（示意图见图3.2），用于测
量皮托管探头对准点的总水头H ’（=2g
u
2
+
+r p Z ），其余为普通测压管（示意图见图3.3），用于测量测压管水头。

图3.2 安装在管道中的皮托管测压管示意图 图3.3安装在管道中的普通测压管示意图
3.3 实验原理
当流量调节阀旋到一定位置后，实验管道内的水流以恒定流速流动，在实验管道中沿管内水流方向取n 个过水断面，从进口断面（1）至另一个断面（i ）的能量方程式为：
2g v
2
1
1
1
++r p Z =f
i
i
h r p Z +++2g
v 2
i
=常数 （3.1） 式中：i=2，3，······ ，n ；
Z ──位置水头；
r
p
──压强水头； 2g
v 2──速度水头；
f
h ──进口断面（1）至另一个断面（i ）的损失水头。

从测压计中读出各断面的测压管水头（r p
Z +），通过体积时间法或重量时间法测出管道流量，计算不
v2，从同管道内径时过水断面平均速度v及速度水头
2g
而得到各断面的测压管水头和总水头。

3.4 实验方法与步骤
1)观察实验管道上分布的19根测压管，哪些是普通测压管，哪些是皮托管测压管。

观察管道内径的大小，并记录各测点管径至表3.1。

2)打开供水水箱开关，当实验管道充满水时反复开或关流量调节阀，排除管内气体或测压管内的气泡，并观察流量调节阀全部关闭时所有测压管水面是否平齐（水箱溢流时）。

如不平，则用吸气球将测压管中气泡排出或检查连通管内是否有异物堵塞。

确保所有测压管水面平齐后才能进行实验，否则实验数据不准确。

3)打开流量调节阀并观察测压管液面变化，当最后一根测压管液面下降幅度超过50%时停止调节阀门。

待测压管液面保持不变后，观察皮托管测点1、6、8、12、14、16和18的读数（即总水头，取标尺零点为基准面，下同）变化趋势：沿管道流动方向，总水头只降不升。

而普通测压管2、3、4、5、7、9、10、11、13、15、17、19的读数（即测压管水头）沿程可升可降。

观察直管均匀流同一断面上两个测点2、3测压管水头是否相同？验证均匀流断面上静水压强按动水压强规律分布。

弯管急变流断面上两个测点10、11测压管水头是否相同？分析急变流断面是否满足能力方程应用条件？记录测压管液面读数，并测记实验流量至表3.2、表3.3。

4) 继续增大流量，待流量稳定后测记第二组数据（普通测压管液面读数和测记实验流量）。

5) 重复第4步骤，测记第三组数据，要求19号测压管液面接近标尺零点。

6) 实验结束。

关闭水箱开关，使实验管道水流逐渐排出。

7) 根据表3.1和表3.2数据计算各管道断面速度水头2g v 2
和总水头(2g
v 2
+
+r p Z )（分别记录于表3.4和表3.5）。

★操作要领与注意事项：①、实验前必须排除管道内及连通管中气体。

②、流量调节阀不能完全打开，要保证第7根和第8根测压管液面在标尺刻度范围内。

3.5 实验成果与分析
1) 记录有关常数
2) 测记测压管静压水头（r Z +）和流量Q ，测计
皮托管测点读数。

表3.2 各测点静压水头（p
Z
+
）(单位：cm)和流量Q （单位：cm 3/s ）
表3.3 皮托管测点总水头（u +
+p Z ）(单位：cm)
第二组 47.5 47.4 45.3 44.5 43.3 42.7 42.7 第三组
3) 计算速度水头和总水头。

表3.4 各断面速度水头2g
v 2
（单位：cm ）(g=980 cm/s 2)
管 径
(cm)
第一组流量Q = 152.89（cm 3/s ） 第二组流量Q = 69.55（cm 3/s ） 第三组流量Q = （cm 3/s ）
A （cm 2） V (cm/s) 2g
v 2
(cm) A （cm 2） V
(cm/s) 2g
v 2
(cm) A （cm 2）
V (cm/s) 2g
v 2
(cm) 1D =1.39 1.52 100.58 5.16 1.52 45.76 1.07 2D =1.02 0.82 186.45 17.74 0.82 84.82 3.67 3D =2.00
3.14
48.69
1.21
3.14
22.15
0.25
表3.5 各断面总水头（2g
v +
+r p Z ）（单位：cm ） 测点 编号 2 3 4 5 7 9 13 15 17 19 流量Q （cm 3/s ） 第一组 45.66 45.66 45.16 44.66 39.74 33.66 30.86 26.66 24.71 23.16 152.89 第二组 47.37 47.37 47.36 47.37 46.67 44.77 44.17 43.07 42.75 42.37 69.55 第三组
图3.4 总水头线E-E 线和测压管水头线P-P 线
注：图中横向表示测点在管道中的位置，纵向表示某测点的总水头或测压管水头（单位均为cm ）。

测压管水头线P-P 线依表3.2数据绘制，总水头线E-E 线依表3.5数据绘制，将所有测点数据用线段连接，在连线时要考虑同一管径的线段应平行（沿程水头损失大小随管道长度线性变化）。

P-P 线 第一组
4)根据最大流量时的数据绘制总水头和测压管水头沿管道变化趋势线（总水头线E-E线和测压管水头线P-P线绘制于图3.4中）。

并分析总水头和测压管水头沿管道变化趋势线有何不同？为什么？
答：测压管水头线是沿水流方向各个测点的测压管液面的连线，它反应的是流体的势能，测压
管水头线可能沿线可能下降，也可能上升（当管径沿流向增大时）,因为管径增大时流速减小，动能减小而压能增大，如果压能的增大大于水头损失时，水流的势能就增大，测压管水头就上升。

总水头线是在测压管水头线的基线上再加上流速水头，它反应的是流体的总能量，由于沿流向总是有水头损失，所以总水头线沿程只能的下降，不能上升。

5)流量增加，测压管水头线如何变化？为什么？答：测压管水头线降低从流量公式知，管道的流量随着测压管水头线坡度的平方根成正比，测压管水头线坡度越大流量越大，坡度为起端的测压管水头减去末端的测压管水头，而起端测压管水头不变，所以
末端测压管水头线越低，所以流量越大，测压管水头线越低。

6)分析同一断面测点2、3是否读数一致？同一断面测点10、11是否读数一致？为什么？
答：2、3读数一致表明流过同一断面上，其动水压强按静水压强规律分布10、11读数不一致表明在急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。

7)皮托管所显示的总水头与实测总水头是否一致，为什么？
第一部分基础性实验
答：与皮托管相连的测压管为总压管，显示的为总水头线。

而实际绘测的总水头线为z+p/r值加断面平均流速v^2/2g绘制的。

本实验皮托管的探头布置在管轴附近，其点流速水头大于断面平均流速水头，所以由皮托管测量显示的总水头线，一般比实际绘测的总水头偏高。

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