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柏努利实验装置使用说明书
一、 概述
当流体在流动系统中作定态流动时, 即流体在各截面上的流速、 密度、 压强等物理参数仅随位置改变而改变, 而不随时间改变。根据能量守恒定律, 对任一段管路内流体流动做能量衡算, 即可得到表示流体的能量关系和流动规律的柏努利方程。
二、 设备性能和主要技术参数
1、 本实验装置主要由蓄水箱、 水泵、 高位水箱、 计量计水箱、 实验管、 测压管等组成。
2、 本实验采用微型静音潜水泵, 额定流量为10L/min,扬程为8m,输入功率为80W.
3、 实验管: 小管内径15mm、 大管内
2、径30mm, 弯头高差80mm。材质透明有机玻璃管, 便于学生观察玻璃管内详细的实验经过及现象。
4、 实验水箱: 透明有机玻璃, 有效容积大于40L。溢流口是为了保证水槽内的水维持溢流稳定状态。出水口是为了方便清洗水槽。
5、 蓄水箱: 不锈钢材质, 容积大于70L。
6、 计量水箱: 透明有机玻璃材质, 有效计量容积大于6L。
7、 本实验所用的流体--水为全循环设计。
8、 压差计内的指示液为水, 无毒、 使操作更为安全。
三、 实验目的
1、 熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系, 加深对柏努利方程式的理解。
2、 观察各项能量( 或压头) 随流速的变化规律
3、
四、 实验原理
a) 不可压缩流体在管内作稳定流动时, 由于管路条件( 如位置高低、 管径大小等) 的变化, 会引起流动过程中三种机械能——位能、 动能、 静压能的相应改变及相互转换。对理想流体, 在系统内任一截面处, 虽然三种能量不一定相等, 但能量之和是守恒的( 机械能守恒定律) 。
b) 对于实际流体, 由于存在内磨擦, 流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体, 任意两截面上机械能总和并不相等, 两者的差值即为机械损失。
c) 以上几种机械能均可用U型压差计中的液位差来表示, 分别称为位压头、 动压头、 静压头。当测压直管中的小孔( 即测压
4、孔) 与水流方向垂直时, 测压管内液柱高度( 位压头) 则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、 静压头、 动压头总和的差值, 则为损失压头。
d) 柏努利方程式
式中:
、 ——各截面间距基准面的距离 ( m)
、 ——各截面中心点处的平均速度( 可经过流量与其截面积求得) (m/s)
、 ——各截面中心点处的静压力( 可由U型压差计的液位差可知) ( )
对于没有能量损失且无外加功的
5、理想流体, 上式可简化为
测出经过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压, 从而可得到各截面测管水头和总水头。
五、 实验流程图
六、 实验操作步骤与注意事项
1、 熟悉实验设备, 分清各测压管与各测压点, 毕托管测点的对应关系。
2、 首先对水箱进行灌水, 然后连接电源开关。
3、 打开电源开关供水, 使水箱充水, 关闭水箱排水阀待水箱溢流后, 检查出水阀关闭时所有测压管水面是否齐平, 若不平则进行排气调平(开关几次) 。
4、 打开实验管道出水阀, 观察测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、 压强水头之间的相互关系, 观察当流量增加或减少时测压管水头的
6、变化情况。
5、 将流量控制阀( 管道出水阀) 开到一定大小, 观察并记录各测压点平行与垂直流体流动方向的液位差△h1…△h4。要注意其变化情况。继续开大流量调节阀, 测压孔正对水流方向, 观察并记录各测压管中液位差△h1…△h4。
6、 实验完毕停泵, 将原始数据整理, 填好表格, 再交给实验老师; 清理实验现场。
7、 注意实验一段时间后须清洗水箱。避免污物过多流量计量误差加大。
七、 实验数据处理
原始记录表格
1
2
3
4
5
6
7
8
阀门3/8开度
阀门1/2开度
阀门5/8开度
阀门3/4开度
阀门7/8开度
八、 设备维护与保养
1. 注意实验一段时间后须清洗水箱, 更换水质, 避免污垢过多影响实验现象。
2. 定期检查各测压点有无漏气现象, 更换乳胶管或者用尼绒扎带捆紧乳胶管与测压点和测压管的接口。
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