能量方程(伯努利方程)实验

能量方程（伯努利方程）实验姓名：***

班级：9131011403

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第3章 能量方程（伯努利方程）实验

3.1 实验目的

1) 掌握用测压管测量流体静压强的技能。

2) 验证不可压缩流体静力学基本方程， 通过对诸多流体静力学现象的实验分析，进一步加深对基本概念的理解，提高解决静力学实际问题的能力。

3) 掌握流速、流量等动水力学水力要素的实验量测技能。

3.2 实验装置

能量方程（伯努利方程）实验装置见图3.1。

图3.1 能量方程（伯努利方程）实验装置图

说明：本实验装置由供水水箱及恒压水箱、实验管道（共有三种不同内径的管道）、测压计、实验台等组成，流体在管道内流动时通过分布在实验管道各处的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。

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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

2111++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，计算不同管道内径时过水断面平均速度v 及速度水头2g

v 2

，从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) 3) 表3.4 各断面速度水头

v 2

（单位：cm ）(g=980 cm/s 2)

表3.5 各断面总水头（v +

+p Z ）（单位：cm ）

P-P线

第一组

第二组

E-E线

第一组

第二组

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）。

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。

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