毕托管、佰努利方程实验指导书汇编

（二）不可压缩流体恒定流能量方程（伯努利方程）实验

一、实验目的

1．验证流体恒定总流的能量方程；

2．通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性；

3．掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。 二、实验原理

在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面，在恒定流动时可以列出进口断面（1）至另一断面（i ）的能量方程式（i =2,3,……,n ）

22

1

111122i i i i i P a P a Z Z hw g g

υυγγ-++=+++

取a 1=a 2=…a n =1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出p

Z γ

+值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速υ及

2

2g

αυ，从而即可得到各断面测管水头和总水头。 三、实验装置

1.实验装置如图

2.1所示。

2.装置说明

（1）本仪器测压管有两种：

① 毕托管测压管（表2.1中标*的测压管），用以测量毕托管探

头对准点的总水头值2

()2p

u H Z g

γ'=++，须注意一般情况下H '与断面平

均总水头值2

()2p H Z g

υγ

=++

不同（因一般u υ≠），它的水头线只能定

性表示总水头变化趋势，不能用于定量计算；

② 普通测压管（表2.1未标*者），用以定量量测测压管水头值。 （2）流量测量——称重法或量体积法

称重法或量体积法是在某一固定的时间段内，计量流过水流的重量或体积，进而得出单位时间内流过的流体量，是依据流量定义的测量方法。

本实验流量用阀13调节，流量用称重法或量体积法测量。用秒表计时，用电子秤称重，小流量时也可用量筒测量流体体积。为保证测量精度，一般要求计时大于15~20s。

（3）测点所在管段直径

测点6*、7所在喉管段直径为d2，测点16*、17所在扩管段直径为d3，其余直径均为d1。

四、实验方法与步骤

1．熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。

2．打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，全开调节阀13，将实验管道7中气体完全排尽，再检查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（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。

3．打开阀13，观察思考：1）测压管水头线和总水头线的变化趋势；2）位置水头、压强水头之间的相互关系；3）测点2、3测管水头同否？为什么？4）测点12*、13测管水头是否不同？为什么？5）当流量增加或减少时测管水头如何变化？

4．调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管供演示用，不必测记读数）。

5．改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大至使19号测管液面接近标尺零点。

五、实验数据及处理

1．记录有关常数

实验设备名称：实验台号：

均匀段d1= cm 喉管段d2= cm 扩管段d3= cm

水箱液面高程0∇= cm 上管道轴线高程x ∇= cm （基准面选在标尺的零点上）

表2.1 管径记录表

（2）测点2、3为直管均为流段同一断面上的两个测压点，

10、11为弯管非均匀流段同一断面上的两个测点。

2．量测（p

Z γ

+）并记入表2.2。

表2.2 测记（p

Z γ

+

）数值表 （基准面选在标尺的零点上） 单位：cm

表2.3计算数值表 （1）流速水头

（2）总水头（g

av

r p z H 22

++=） 单位：cm

测点编号

2 4 5 7 9 1

3 15 17 19 Q (cm 3/s) 实验次序

1

2 3

（轴向尺寸参见图2.2，总水头线和测压管水头线可以绘制在图2.2上）

提示：

1．P-P 线依表2.2数据绘制，其中测点10、11、13数据不用； 2．E-E 线依表2.3（2）数据绘制，其中测点10、11数据不用； 3．在等直径管段E-E 与P-P 线平行。

图 2.2

六、成果分析及讨论

1．测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？ 2．毕托管所显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都略有

差异，试分析其原因。

3.为什么急变流断面不能被选作能量方程的计算断面？

（四）毕托管测速实验

一、实验目的和要求

1．通过对管嘴淹没出流点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；

2．了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体力学量测仪器的现实作用。

二、实验原理

图4.1毕托管结构图

毕托管的结构图、原理图如图4.1、4.2所示，它是一根两端开口的90°弯管，下端垂直指向上游，另一端竖直，并与大气相通。沿流线取相近两点1、2，点1处未受毕托管干扰，流速为u，点2在毕托管驻点处，流速为零。流体质点自点1流到点2其动能转化为位能，使竖直液面升高，超出静压强为△h水柱高度。列沿流线的伯

努利方程，忽略1、2两点间的能量损失，有

002022

1

++=++γ

γp g u p

及

h p p ∆=-

γ

γ

2

1

由此得 h g u ∆=2

考虑到水头损失及毕托管在生产过程中产生的结构误差，以及在水中引起的扰动影响等原因，用毕托管测得的流速可能会偏离实际流速，故毕托管测速公式为

u k === （a ）

式中 u -毕托管测点处的点流速；

c —毕托管的修正系数，简称毕托管因数； h ∆—毕托管全压水头与静水压头之差。

又由于，对于管嘴淹没出流，管嘴作用水头、流速因数与流速之间又存在着如下关系：

u ϕ= （b ） 联解上两式可得

,ϕ=式中：u —测点处点流速，由毕托管测定； ϕ—测点流速系数； h ∆—管嘴的作用水头。

故本实验仪只要测出h ∆和H ∆，便可测出点流速系数ϕ，与实际流速系

数比较（经验值ϕ=0.995），便可得出测量精度。 若需标定毕托管因数c ，则有h H c ∆∆=/ϕ。

三、实验装置

1.实验装置如图4.2所示。