新伯努利方程实验公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

试验二试验二 伯努利方程能量分布与转换测定伯努利方程能量分布与转换测定（一）（一）试验目的试验目的 1、观测动、静、位压头随管径、位置、流量改变情况，、观测动、静、位压头随管径、位置、流量改变情况，验证连续性方程和伯努利方程；验证连续性方程和伯努利方程；2、观测流速改变规律定量考察流经收缩、扩大管段时、观测流速改变规律定量考察流经收缩、扩大管段时流体流速与管径关系；流体流速与管径关系；3、定量考察流体流经直管段时流体流速与管径关系、定量考察流体流经直管段时流体流速与管径关系 4、定性观测流体流经节流件、弯头等压损情况。、定性观测流体流经节流件、弯头等压损情况。第第1页页第第1页页 二、试验原理二、试验原理 化工生产中，流体输送多在密闭管道中进行，因此研究化工生产中，流体输送多在密闭管道中进行，因此研究流体在管道中流动是化学工程中一个主要课题。任何流动流体在管道中流动是化学工程中一个主要课题。任何流动流体，仍然遵循质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体，仍然遵循质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体力学性质基本出发点。流体力学性质基本出发点。1、连续性方程、连续性方程 对于流体在管内稳定流动时质量形式表现为：对于流体在管内稳定流动时质量形式表现为：第第2页页第第2页页 依据平均流速定义：依据平均流速定义：对于均质、不可压缩流体：对于均质、不可压缩流体：对于圆形管道：对于圆形管道：第第3页页第第3页页 2、机械能衡算方程、机械能衡算方程 运动流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足运动流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律。能量守恒定律。对于均质、不可压缩流体，在管内稳定流动时，对于均质、不可压缩流体，在管内稳定流动时，其机械能衡算方程（以单位质量流体为基准）为：其机械能衡算方程（以单位质量流体为基准）为：上式中各项单位为上式中各项单位为m，因此都称之为压头，因此都称之为压头第第4页页第第4页页 对于抱负流体，由于没有内摩擦力产生，因此损失压对于抱负流体，由于没有内摩擦力产生，因此损失压头一项能够忽略，若在流动过程中没有外加功加入，则上头一项能够忽略，若在流动过程中没有外加功加入，则上式变为式变为”对于静止流体，流速为零，则上式变为：对于静止流体，流速为零，则上式变为：因此说流体静力学方程是流体动力学方程一个特例因此说流体静力学方程是流体动力学方程一个特例第第5页页第第5页页 3、管内流动分析、管内流动分析 按照流体流动时流速以及其它与流动相关物理量是否随按照流体流动时流速以及其它与流动相关物理量是否随时间而改变，可将流体流动分为两类：稳定流动和不稳定时间而改变，可将流体流动分为两类：稳定流动和不稳定流动。连续生产过程中流体流动多视为稳定流动。在开工流动。连续生产过程中流体流动多视为稳定流动。在开工或停工阶段多以属于不稳定流动。或停工阶段多以属于不稳定流动。流体流动有两种不同形态：层流和湍流流体流动有两种不同形态：层流和湍流 流体流动形态能够经过雷诺准数来判断，在圆形管道中，流体流动形态能够经过雷诺准数来判断，在圆形管道中，雷诺数能够用下式表示：雷诺数能够用下式表示：第第6页页第第6页页三、装置流程三、装置流程第第7页页第第7页页 该装置为有机玻璃材料制作管路系统，通过泵使流体循环该装置为有机玻璃材料制作管路系统，通过泵使流体循环流动。管路内径为流动。管路内径为30mm，节流件变截面处管内径为，节流件变截面处管内径为15mm。单管压力计单管压力计1和和2可用于验证变截面连续性方程，单管压力计可用于验证变截面连续性方程，单管压力计1和和3可用于比较流体经节流件后能头损失，单管压力计可用于比较流体经节流件后能头损失，单管压力计3和和4可用于比较流体经弯头和流量计后能头损失及位能改变情况，可用于比较流体经弯头和流量计后能头损失及位能改变情况，单管压力计单管压力计4和和5可用于验证直管段雷诺数与流体阻力系数关可用于验证直管段雷诺数与流体阻力系数关系系，单管压力计，单管压力计6与与5配合使用，用于测定单管压力计配合使用，用于测定单管压力计5处中处中心点速度。心点速度。第第8页页第第8页页 四、试验方法和步骤四、试验方法和步骤 1.先在下水槽中加满清水，保持管路排水阀、出口阀关先在下水槽中加满清水，保持管路排水阀、出口阀关闭状态，通过循环泵将水打入上水槽中，使整个管路中充闭状态，通过循环泵将水打入上水槽中，使整个管路中充满流体，并保持上水槽液位一定高度，可观测流体静止状满流体，并保持上水槽液位一定高度，可观测流体静止状态时各管段高度。态时各管段高度。2.通过出口阀调整管内流量，注意保持上水槽液位高通过出口阀调整管内流量，注意保持上水槽液位高度稳定（即确保整个系统处于稳定流动状态），并尽也许度稳定（即确保整个系统处于稳定流动状态），并尽也许使转子流量计读数在刻度线上。观测统计各单管压力计读使转子流量计读数在刻度线上。观测统计各单管压力计读数和流量值。数和流量值。第第9页页第第9页页 3.改变流量，观测各单管压力计读数随流量改变情况。注改变流量，观测各单管压力计读数随流量改变情况。注意每改变一个流量，需予以系统一定稳流时间，方可读取数意每改变一个流量，需予以系统一定稳流时间，方可读取数据。据。4.结束试验，关闭循环泵，全开出口阀排尽系统内流体，结束试验，关闭循环泵，全开出口阀排尽系统内流体，之后打开排水阀排空管内沉积段流体。之后打开排水阀排空管内沉积段流体。注意：（注意：（1）若不是长期使用该装置，对下水槽内液体也）若不是长期使用该装置，对下水槽内液体也应作排空处理，预防沉积尘土，不然也许堵塞测速管。（应作排空处理，预防沉积尘土，不然也许堵塞测速管。（2）每次试验开始前，也需先清洗整个管路系统，即先使管内流每次试验开始前，也需先清洗整个管路系统，即先使管内流体流动数分钟，检查阀门、管段有无堵塞或漏水情况。体流动数分钟，检查阀门、管段有无堵塞或漏水情况。第第10页页第第10页页 五、数据分析五、数据分析 1.h1和和h2分析分析 由转子流量计流量读数及管截面积，可求得流体在由转子流量计流量读数及管截面积，可求得流体在1处处平均流速平均流速u1（该平均流速适合用于系统内其它等管径处）。（该平均流速适合用于系统内其它等管径处）。若忽略若忽略h1和和h2间沿程阻力，合用抱负流体柏努利方程，间沿程阻力，合用抱负流体柏努利方程，即：即：且由于且由于1、2处等高，则有：处等高，则有：第第11页页第第11页页 其中，两者静压头差即为单管压力计其中，两者静压头差即为单管压力计1和和2读数差读数差（mH2O），由此可求得流体在），由此可求得流体在2处平均流速处平均流速u2。令。令u2代入代入公式公式 中，验证连续性方程。中，验证连续性方程。2.h1和和h3分析分析 流体在流体在1和和3处，经节流件后，即使恢复到了等管径，处，经节流件后，即使恢复到了等管径，但是单管压力计但是单管压力计1和和3读数差阐明了能头损失（即通过节流读数差阐明了能头损失（即通过节流件阻力损失）。且流量越大，读数差越明显。件阻力损失）。且流量越大，读数差越明显。第第12页页第第12页页 3.h3和和h4分析分析 流体经流体经3到到4处，受弯头和转子流量计及位能影响，单管压处，受弯头和转子流量计及位能影响，单管压力计力计3和和4读数差明显，且随流量增大，读数差也变大，可定性读数差明显，且随流量增大，读数差也变大，可定性观测流体局部阻力造成能头损失。观测流体局部阻力造成能头损失。4.h4和和h5分析分析 直管段直管段4和和5之间，单管压力计之间，单管压力计4和和5读数差阐明了直管阻读数差阐明了直管阻力存在（小流量时，该读数差不明显，详细考察直管阻力系数力存在（小流量时，该读数差不明显，详细考察直管阻力系数测定可使用流体阻力装置），依据测定可使用流体阻力装置），依据可推算得阻力系数，然后依据雷诺准数，作出两者关系曲线。可推算得阻力系数，然后依据雷诺准数，作出两者关系曲线。第第13页页第第13页页 5.h5和和h6分析分析 单管压力计单管压力计5和和6之差指示是之差指示是5处管路中心点速度，即最大处管路中心点速度，即最大速度速度uc，有，有考察在不同雷诺准数下，与管路平均速度考察在不同雷诺准数下，与管路平均速度u关系。关系。六、统计试验数据六、统计试验数据流体流动流体流动状态状态H1H2H3H4H5h6静止开度1开度2开度3开度4开度5第第14页页第第14页页写出试验结论写出试验结论第第15页页第第15页页