实验一流体能量的转换——伯努利方程的应用.doc

机械能转化实验实验报告

机械能转化实验实验报告 篇一：机械能转化演示实验 篇二：机械能转化实验 机械能转化实验 一、实验目的 1.观测动、静、位压头随管径、位置、流量的变化情况，验证连续性方程和柏努利方程。 2.定量考察流体流经收缩、扩大管段时，流体流速与管径关系。 3.定量考察流体流经直管段时，流体阻力与流量关系。 4.定性观察流体流经节流元件、弯头的压损情况。 二、基本原理 化工生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流体在管内的流动是化学工程中一个重要课题。任何运动的流体，仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体力学性质的基本出发点。 1.连续性方程 对于流体在管内稳定流动时的质量守恒形式表现为如下的连续性方程： ?1??vdA??2??vdA （1－1） 12 根据平均流速的定义，有?1u1A1??2u2A2 （1－2）即

m1?m2（1－3）而对均质、不可压缩流体，?1??2?常数，则式（1－2）变为 u1A1?u2A2 （1－4） 可见，对均质、不可压缩流体，平均流速与流通截面积成反比，即面积越大，流速越小；反之，面积越小，流速越大。 对圆管，A??d/4，d为直径，于是式（1－4）可转化为 2 u1d1?u2d2（1－5） 22 2.机械能衡算方程 运动的流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律，依此，在工程上可进一步得到十分重要的机械能衡算方程。 对于均质、不可压缩流体，在管路内稳定流动时，其机械能衡算方程（以单位质量流体为基准）为： upup z1?1?1?he?z2?2?2?hf （1－6） 2g?g2g?g 显然，上式中各项均具有高度的量纲，z称为位头，u/2g 称为动压头（速度头），p/?g称为静压头（压力头），he称为外加压头，hf称为压头损失。 关于上述机械能衡算方程的讨论： 理想流体的柏努利方程 无黏性的即没有黏性摩擦损失的流体称为理想流体，就是说，理想流体的hf?0，若此时又无外加功加入，则机械能

伯努利方程实验

一，实验目的及要求 1.通过定性分析实验，提高动态水力学中许多水力现象的实验分析能力； 2.通过定量测量实验，可以进一步掌握增压管中流体力学的能量转换特性，验证流体总流量恒定的伯努利方程，掌握测压管头线的实验测量技巧和绘制方法。 二，实验内容与方法 1.定性分析实验 （1）确认相同静态液体的测压管的头线是水平线。 实验表明，在阀门完全关闭并稳定后，每个压力计管液位的连接线均为水平线。此时，滑动标尺的读数值为水在流动前的总能量头。 （2）观察不同流量下某段液压元件的变化规律。 （3）验证动态水压力是否根据均匀流段上的静水压力规则分布。 （4）遵守过程中总能量斜率线的变化规律。

（5）观察压力计头线的变化规律。 （6）沿管道的压力分布是通过使用压力计的头线来判断的。 2.定量分析实验-伯努利方程验证和测压管头线测量分析实验 实验方法和步骤：在恒定流量的情况下，改变流量两次，一次打开阀门很大，以至于1号测量管的液位接近可读范围内的最低点。流量稳定后，测量并记录每个压力测量管的液位读数，并同时测量并记录实验流量。 三，数据处理及结果要求 1.记录相关信息，实验常数，实验数据记录和结果计算：有关详细信息，请参见实验报告书 2.结果要求 （1）定性分析实验中回答有关问题 （2）计算速度头和总头 （3）在上述结果的最大流量下绘制总压头线和压强计压头线

四，注意事项 1.应注意每次循环供水实验：必须将测得的水倒回到原始实验设备的水桶中，以保持自循环供水（在以下实验中不会提示此注意事项）。 2.稳压缸内的气腔越大，稳压效果越好。但是，稳压缸的水位必须淹没连接管的入口，以避免连接管的进气口，否则，有必要拧松稳压缸的排气螺钉以提高水位。圆筒;如果调压罐的水位高于排气螺钉的开口，则表明存在空气泄漏，需要进行检查和处理。 3.传感器与压力稳定缸之间的连接管应确保通气畅通，并且水不能进入连接管和进气口，否则应将其清除。 4.智能数显流量计启动后需要预热3?5分钟。

能量方程伯努利方程实验

能量方程(伯努利方程)实验

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： ?

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。 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 表３.1 各测点断面管径数据表(单位：cm ） 测点 编号 1 2、3 4 5 ６、7 ８、9 10、１ 1 12、13 14、１5 １６、17 １8、19 管径 均匀段1D 缩管段2D 均匀段1D 扩管段3D 均匀段1D 1.3９ cm 1.02 cm １.39 cm 2.0０ cm 1.39cm

初中物理实验：机械能与内能相互转化实验研究

初中物理实验：机械能与内能相互转化实验研究 每一名从事初中物理教学的教师，在机械能与内能的相互转化章节教学中都要做两个物理演示实验，但要顺利完成这两个实验也许或多或少存在一些困难。各种教学资料中有关这两个物理实验特别是关于空气压缩引火仪的论述很多，但大多是从物理教学的需求来研究的，重点是如何使用器材，而笔者是从实验管理员的角度，着眼于器材制作和功能，重点是如何确保器材在实验中能正常使用，保证实验效果，从而为实验教学提供保障。 一、内能转化为机械能—酒精蒸汽爆炸装置 苏科版初中物理教材第十二章第四节《机械能与内能的相互转化》中的实验：演示点火爆炸—将内能转化为机械能，教材中有一张装置图片，但实验室没有现成的成套器材，需要自制。 制作材料：电子点火枪、塑料盒、5号电池、电烙铁。 材料来源：电子点火枪从液化气加气站门市部购得，每把15元左右（饭店多灶头点火工具）；塑料盒可用照相馆的废弃胶卷盒，其他塑料盒也可以，但盒体和盖配合应是压扣式而不是螺旋式。 制作方法：自制该实验装置主要是模仿教材中的设计，但教材中的文字叙述存在一些问题，如“在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后按动电子火花发生器的按钮。你观察到什么现象？” 问题1：钻这个孔需要选用多大直径的钻头？ 问题2：如何确保孔和放电管紧密配合？ 问题3：滴入数滴酒精？是2滴还是3滴或是更多？ 问题4：观察到什么现象？是用眼睛来观察吗？这与塑料盒透明有关吗？ 笔者的做法是：用烧热的电烙铁在盒盖上烫一个孔，趁孔的四周塑料还是柔软时就将放电管塞进去，这样孔的大小和放电管就匹配了，冷却后虽有间隙但不会影响实验效果，不必“紧紧地塞进孔中”。酒精量的控制为，不管滴入多少酒精，摇晃几下塑料盒，然后将盒底朝上倒掉多余的酒精。如果一定要说量的多少，应是用滴管滴2～3滴。做演示实验前在盒外试一下电子枪，观察有没有电火花，也就是说电子枪是否正常。塑料盒盖上盖子后，一只手拿电子枪，另一只手握住塑料盒，将其加热一下，这一步很重要，因为我们点燃的是酒精蒸汽，用手掌加热一下塑料盒是为了加快酒精的蒸发，等待5～10秒，让盒内的酒精基本变成酒精蒸汽，这时就具备了点火条件，按动按钮就行了。 确保实验成功的条件有两个：一是电火花正常，如果是用打火机改装就无法确保电火花强劲和稳定；二是酒精蒸汽的浓度达到爆炸要求（参数为：爆炸极限浓度3.5%～18.0%（V/V））。由于爆炸是在瞬间完成，学生基本上是听到爆炸声。 二、做功改变物体的内能—空气压缩引火仪 苏科版初中物理教材第十二章第四节《机械能与内能的相互转化》中的实验：空气压缩引火仪。这一实验是物理传统实验，各种版本的教材上都有，有成熟的产品可供采购，也有很多关于它的使用和改进的好建议，但笔者认为要研究它，还是从仪器说明书入手比较好。 空气压缩引火仪说明书中的使用方法：取绿豆大小的普通棉花，置于活塞端部，盖好简盖，用手心按住手柄，用力将活塞快速一压使气缸内空气骤然压缩，

流体机械能转换实验

流体机械能转换实验 一、实验目的 熟悉流动流体中各种能量和压头的概念及其互相转换关系，在此基础上掌握柏努利方程。 二、实验原理 1. 流体在流动时具有三种机械能：即①位能，②动能，③压力能。这三种能量可以互相转换。当管路条件改变时（如位置高低，管径大小），它们会自行转换。如果是粘度为零的理想流体，由于不存在机械能损失，因此在同一管路的任何二个截面上，尽管三种机械能彼此不一定相等，但这三种机械能的总和是相等的。 2. 对实际流体来说，则因为存在内摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞而消失，即转化成了热能。而转化为热能的机械能，在管路中是不能恢复的。对实际流体来说，这部分机械能相当于是被损失掉了，亦即两个截面上的机械能的总和是不相等的，两者的差额就是流体在这两个截面之间因摩擦和碰撞转换成为热的机械能。因此在进行机械能衡算时，就必须将这部分消失的机械能加到下游截面上，其和才等于流体在上游截面上的机械能总和。 3. 上述几种机械能都可以用测压管中的一段液体柱的高度来表示。在流体力学中，把表示各种机械能的流体柱高度称之为“压头”。表示位能的，称为位压头；表示动能的，称为动压头（或速度头）；表示压力的，称为静压头；已消失的机械能，称为损失压头（或摩擦压头）。这里所谓的“压头”系指单位重量的流体所具有的能量。 4. 当测压管上的小孔（即测压孔的中心线）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（从测压孔算起）即为静压头，它反映测压点处液体的压强大小。测压孔处液体的位压头则由测压孔的几何高度决定。 5. 当测压孔由上述方位转为正对水流方向时，测压管内液位将因此上升，所增加的液位高度，即为测压孔处液体的动压头，它反映出该点水流动能的大小。这时测压管内液位总高度则为静压头与动压头之和，我们称之为“总压头”。

伯努利方程实验

伯努利方程实验 一、目的和要求 1、 熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及其相互转换关系，在此基础上，掌握柏努利方程； 2、 观察流速变化的规律； 3、观察各项压头变化的规律。 二、实验原理 1、流体在流动中具有三种机械能：位能、动能、静压能。当管路条件如管道位置高低、管径大小等发生变化时，这三种机械能就会相应改变以及相互转换。 2、如图所示，不可压缩流体在导管中做稳态流动，由界面1-1’流入，经粗细不同或位置高低不同的管道，由截面2-2’流出：以单位质量流体为基准，机械能衡算式为： 式中：u l 、u 2一分别为液体管道上游的某截面和下游某截面处的流速，m ／s ； P 1、P 2一分别为流体在管道上游截面和下游截面处的压强，Pa ； z l 、z 2一分别为流体在管道上游截面和下游截面中心至基准水平的垂直距离，m; ρ一流体密度，Kg ／m 3 ； g 一重力加速度，m ／s 2 ； ∑h f 一流体两截面之间消耗的能量，J ／Kg 。 3、∑h f 是流体在流动过程中损失的机械能，对于实际流体，由于存在内摩擦，流体在流动中总有一部分机械能随摩擦和碰撞转化为热能损耗（不能恢复），因此各截面上的机械能总和不相等，两者之差就是流体在这两截面之间流动时损失的机械能。 4、对于理想流体（实际上并不存在真正的理想流体，而是一种假设，对解决工程实际问题有重要意义），不存在因摩擦而产生的机械能损失，因此在管内稳定流动时，若无外加能量，得伯努利方程： 22112212 22u p u p z g z g ρρ ++=++式② 表示1kg 理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，但各截面上每一种形式的机械能并不一定相等，各种形式的机械能可以相互转换。式①时伯努利方程的引伸，习惯上也称为伯努利方程（工程伯努利方程）。 5、流体静止，此时得到静力学方程式： 1 2 1221 () p p z g z g P P gh ρρ ρ + =+ =+或式③ 所以流体静止状态仅为流动状态一种特殊形式。 6、将式①中每项除以g ，可得以单位重量流体为基准的机械能守恒方程： 22 112212 22f u p u p z g z g h ρρ ++=+++∑式① 22112212 f u p u p z z H ++=+++式④

伯努利方程实验报告

不可压缩流体定常流能量方程(伯努利方程)实验 一、实验目的要求： 1、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技术； 2、验证流体定常流的能量方程； 3、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性。 自循环 伯努利方程实验装置图 本实验的装置如图所示，图中： 1.自循环供水器； 2.实验台； 3.可控硅无级调速器； 4.溢流板； 5.稳水孔板； 6.恒压水箱； 7.测压计； 8.滑动测量尺； 9.测压管；10.实验管道；11.测压点；12.毕托管13.实验流量调节阀。 1

2 三、实验原理： 在实验管路中沿水流方向取n 个过水截面。可以列出进口截面(1)至截面(i)的能量方程式（i=2,3,.....,，n) W i h g g p Z g g p Z i i i -+++=++1222 2111νρν ρ 选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出g p Z ρ+ 值,测出通过管路的流量,即可计 算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。 四、实验方法与步骤： 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、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄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）。 3、打开阀13，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变化情况。 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(与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数)。 5、再调节阀13开度1～2次，其中一次阀门开度大到使液面降到标尺最低点为限，按第4步重复测量。 五、实验结果及要求： 1、把有关常数记入表2.1。 2、量测( g p Z ρ+ )并记入表2.2。 3、计算流速水头和总水头。 4、绘制上述结果中最大流量下的总水头线和测压管水头线(轴向尺寸参见图2.2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2.2上)。 六、结果分析及讨论： 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、流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？ 3、测点2、3和测点10 、11的测压管读数分别说明了什么问题？ 4、试问避免喉管(测点7)处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头(如抬高或降低水箱的水位)对喉管压强的影响情况。 5、由毕托管测量显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都有差异，试分析其原因。

化工原理实验讲义全

化工原理实验 讲义 专业:环境工程 应用化学教研室 2015.3

实验一 流体机械能转化实验 一、实验目的 1、了解流体在管流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转化关系，加深对伯努利方程的理解。 2、了解流体在管流动时，流体阻力的表现形式。 二、实验原理 流动的流体具有位能、动能、静压能、它们可以相互转换。对于实际流体， 因为存在摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞，而被损失掉。所以对于实际流体任意两截面，根据能量守恒有： 2211221222f p v p v z z H g g g g ρρ++=+++ 上式称为伯努利方程。 三、实验装置（d A =14mm ，d B =28mm ，d C =d D =14mm ，Z A -Z D =110mm ） 实验装置与流程示意图如图1-1所示，实验测试导管的结构见图1-2所示： 图1-1 能量转换流程示意图

图1-2实验导管结构图 四、操作步骤 1.在低位槽中加入约3/4体积的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试 导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀，打开回水阀后启动离心泵。 2.将实验管路的流量调节阀全开，逐步开大离心泵出口上水阀至高位槽溢流 管有液体溢流。 3.流体稳定后读取并记录各点数据。 4.关小流量调节阀重复上述步骤5次。 5.关闭离心泵出口流量调节阀后，关闭离心泵，实验结束。 五、数据记录和处理 表一、转能实验数据表 流量（l/h） 压强mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 测试点标 号 1 2 3 4 5 6 7 8

伯努利方程-实验报告

伯努利方程仪实验报告 实验人 XXX 合作者 XXX 合作者 XXX XX年X月XX日 一、实验目的 1.观察流体流经能量方程试验管的能量转化情况，对实验中出现的现象进行分析，加深对能量方程的理解； 2.掌握一种测量流体流速的原理； 3.验证静压原理。 二、实验设备 本实验台由压差板、实验管道、水泵、实验桌和计量水箱等组成。 图- 1伯努利方程实验台 1.水箱及潜水泵 2.上水管 3.电源 4.溢流管 5.整流栅 6.溢流板 7.定压水箱 8.实验细管 9. 实验粗管10.测压管11.调节阀12.接水箱14回水管15.实验桌 1

三、 实验前的准备工作： 1．全开溢流水阀门 2．稍开给水阀门 3．将回水管放于计量水箱的回水侧 4．接好各导压胶管 5．检验压差板是否与水平线垂直 6． 启动电泵，使水作冲出性循环,检查各处是否有漏水的现象。 四、 几种实验方法和要求： 1. 验证静压原理： 启动电泵，关闭给水阀，此时能量方程试验管上各个测压管的液柱高度相同，因管内的水不流动没有流动损失，因此静水头的连线为一平行基准线的水平线，即在静止不可压缩均匀重力流体中，任意点单位重量的位势能和压力势能之和（总势能）保持不变，测点的高度和测点位置的前后无关，记下四组数据于表-2的最下方格中。从表-2中可以看出，当水没有流动时，测得的的静水压头基本上都是35.5cm ，验证了同一水平面上静压相等。 2. 测速： 能量方程试验管上的四组测压管的任一组都相当于一个毕托管，可测得管内任一点的流体点速度，本试验已将测压管开口位置在能量方程试验管的轴心，故所测得的动压为轴心处的，即最大速度。 毕托管求点速度公式： gh V B 2= 利用这一公式和求平均流速公式（F Q V /=）计算某一工况（如表中工况2平均速度栏）各测点处的轴心速度和平均流速得到表-1 表- 1 注：该表中数据由表-2中第一行数据计算得到 从表-1中我可以看到在细管测得的速度大，在粗管测得的速度小；在细管中测得的点速度比平均速度小，这可能是比托管的管嘴没有放在玻璃管管中心，或者比托管管嘴没有正对液体流向，使得总压与静压的差值小于实际值；在粗管测得的点速度比平均速度大，可能是因为在粗管，比托管更容易放在玻璃管中心，测得的点速度比平均速度大是正常的，因为如果是层流的话，流速沿半径方向呈抛物线分布。

化工原理实验数据处理

化工原理实验数据处理

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

流体机械能转换的实验数据记录 21h h 、段截面连续性方程验证 31h h 、段压头损失与流速的关系 `流量L/h h1/cm h2/cm h3/cm h4/cm h5/cm h6/cm 0 102.3 102.2 102.4 44.6 44.5 44.7 160 102 101.4 101.7 36.6 35.6 36.4 350 101.3 98.5 100.5 34.9 34.4 34.8 500 100.8 90.9 99.4 33.7 32.7 33.6 700 99.7 87.3 97.2 30.5 29.4 30.4 850 98.1 79.1 94.7 27.8 25.7 27.1 900 98.3 77.1 94.2 26.3 24.9 26.2 1100 96.6 68.1 91.5 23.5 21.2 23.4 序号 流量L/h 流速1(m/s) 流速2(m/s) )/(3211s m d u )/(3222s m d u 1 0 0.0000 0.1400 0.0000 0.2473 2 160 0.0629 0.3487 0.4444 0.6158 3 350 0.1376 0.7535 0.9722 1.3308 4 500 0.1966 1.4068 1.3890 2.4847 5 700 0.2752 1.5831 1.9444 2.7961 6 850 0.3342 1.9585 2.3611 3.4592 7 900 0.3539 2.0689 2.5000 3.6545 8 1100 0.4325 2.4027 3.0556 4.2444 序号 流量L/h 流速1(m/s) h1/cm h3/cm 压头损失/cm 1 0 0.0000 102.3 102.4 -0.1 2 160 0.0629 102 101.7 0.3 3 350 0.1376 101.3 100.5 0.8 4 500 0.1966 100.8 99.4 1.4 5 700 0.2752 99.7 97.2 2.5 6 850 0.3342 98.1 94.7 3.4 7 900 0.3539 98.3 94.2 4.1 8 1100 0.4325 96.6 91.5 5.1

恒定总流伯努利方程综合性实验

恒定总流伯努利方程综合性实验 一、实验目的和要求 1. 通过定性分析实验，提高对动水力学诸多水力现象的实验分析能力； 2. 通过定量测量实验，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性， 验证流体恒定总流的伯努利方程，掌握测压管水头线的实验测量技能与绘制方法； 3. 通过设计性实验，训练理论分析与实验研究相结合的科研能力。 二、实验原理 1．伯努利方程。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 )的伯努利方程式(i =2,3…,n ) 22 1111w122i i i i i p p z z h g g g g ααρρ-++=+++v v 取1＝2＝n …＝1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出p z g ρ+ 值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v 及2 2g αv ，从而可得到各断 面测管水头和总水头。 2．过流断面性质。均匀流或渐变流断面流体动压强符合静压强的分布规律，即在同一断面上p z C g ρ+ =，但在不同过流断面上的测压管水头不同，1212p p z z g g ρρ+ ≠+；急变流断面上p z C g ρ+≠。 三、实验内容与方法 1．定性分析实验 (1) 验证同一静止液体的测压管水头线是根水平线。

(2) 观察不同流速下，某一断面上水力要素变化规律。 (3) 验证均匀流断面上，动水压强按静水压强规律分布。 (4) 观察沿流程总能坡线的变化规律。 (5) 观察测压管水头线的变化规律。 (6) 利用测压管水头线判断管道沿程压力分布。 2. 定量分析实验——伯努利方程验证与测压管水头线测量分析实验 实验方法与步骤：在恒定流条件下改变流量2次，其中一次阀门开度大到使○19号测管液面接近可读数范围的最低点，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管测点供演示用，不必测记读数）。实验数据处理与分析参考第五部分内容。 四、数据处理及成果要求 1．记录有关信息及实验常数 实验设备名称：伯努利方程实验仪实验台号： 实验者：___________A1组7人_____ 实验日期：_5月10日_ 均匀段d1= 10-2m 喉管段d2=10-2m 扩管段d3=10-2m 水箱液面高程 0= 10-2m 上管道轴线高程 z = 10-2m （基准面选在标尺的零点上） 2．实验数据记录及计算结果表1 管径记录表 测点编号①*② ③ ④⑤ ⑥* ⑦ ⑧* ⑨ ⑩ ○11 ○12* ○13 ○14* ○15 ○16* ○17 ○18* ○19 管径d /10-2m

流体流动过程机械能的转换 预习报告

流体流动过程机械能的转换 一、实验目的 1、了解流体在管道中流动情况下，静压能、动能和位能之间相互转换的关系，加深对伯努利方程的理解。 2、了解流体在管道中流动时，流体阻力的表现形式。 二、实验内容 观察流体流动过程中，随着测试管路结构、水平位置及流量的变化，流体的势能和动能之间的转换变化情况，并找出其规律，以验证伯努利方程。 三、实验原理 工业生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流体在管内的流动是化学工程中一个重要课题。任何运动的流体，仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体力学性质的基本出发点。 1.连续性方程 对于流体在管内稳定流动时的质量守恒形式表现为如下的连续性方程： ????=2 2 11vdA dA v ρρ （2－1） 根据平流速的定义，有 222111A u A u ρρ= （2－2） 即 21m m = （2－3） 而对均质、不可压缩流体，常数==21ρρ，则式（1－2）变为 2211A u A u = （2－4） 可见，对均质、不可压缩流体，平均流速与流通截面积成反比，即面积越大，流速越小；反之，面积越小，流速越大。 对圆管，4/2d A π=，d 为直径，于是式（1－4）可转化为 2 22211d u d u = （2－5） 2.机械能衡算方程 运动的流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律，依此，在工程上可进一步得到十分重要的机械能衡算方程。

对于均质、不可压缩流体，在管路内稳定流动时，其机械能衡算方程（以单位质量流体为基准）可表示为: f e h g g u z h g g u z +++=+++ρρ22221211p 2p 2 （2－6） 显然，上式中各项均具有高度的量纲，z 称为位头，g u 2/2称为动压头（速度头），g ρ/p 称为静压头（压力头），e h 称为外加压头，f h 称为压头损失。 关于上述机械能衡算方程的讨论： （1）理想流体的柏努利方程 无黏性的即没有黏性摩擦损失的流体称为理想流体，就是说，理想流体的0=f h ，若此时又无外加功加入，则机械能衡算方程变为： g g u z g g u z ρρ22221211p 2p 2++=++ （2－7） 式（1－7）为理想流体的柏努利方程。该式表明，理想流体在流动过程中，总机械能保持不变。 （2）若流体静止，则0=u ，0=e h ，0=f h ，于是机械能衡算方程变 g z g z ρρ2211p p +=+ （2－8） 式（1－8）即为流体静力学方程，可见流体静止状态是流体流动的一种特殊形式。 四、实验装置及流程 该装置为有机玻璃材料制作的管路系统，通过泵使流体循环流动。管路内径为30mm ，节流件变截面处管内径为15mm 。单管压力计h 1和h 2可用于验证变截面连续性方程，单管压力计h 1和h 3可用于比较流体经节流件后的能头损失，单管压力计h 3和h 4可用于比较流体经弯头和流量计后的能头损失及位能变化情况，单管压力计h 4和h 5可用于验证直管段雷诺数与流体阻力系数关系 ，单管压力计h 6与h 5配合使用，用于测定单管压力计h 5处的中心点速度。 五、实验操作

伯努利方程实验 答案

伯努利方程实验 一、实验目的 1、观察流体流经伯努利方程试验管的能量转化情况，对实验中出现的现象进行分析，加深对伯努利方程的理解； 2、掌握一种测量流体流速的原理； 3、验证静压原理。 二、实验仪器 装置如图1所示 图1 伯努利方程仪 1.水箱及潜水泵 2.上水管 3.溢流管 4.整流栅 5.溢流板 6.定压水箱 7.实验细管 8. 实验粗管 9.测压管10. 调节阀11.接水箱12.量杯13.回水管14.实验桌 三、实验步骤 1、关闭调节阀，打开进水阀门，启动水泵，待定压水箱接近放满时，适度打开调节阀，排净管路和测压管中的空气； 2、关闭调节阀，调节进水阀门，使定压水箱溢流板有一定溢流； 3、测出位置水头，并记录位置水头和试验管测试截面的内径； 4、打开调节阀至一定开度，待液流稳定，且检查定压水箱的水位恒定后，测读伯努利方程试验管四个截面上测压管的液柱高度； 5、改变调节阀的开度，在新工况下重复步骤4； 6、关闭调节阀，测读伯努利方程试验管上各个测压管的液柱高度，记下数据。可以观察到各测压管中的水面与定压水箱的水面相平，以此验证静压原理； 7、实验结束，关闭水泵。 四、数据处理 实验数据填入表1

1、计算出伯努利方程试验管各测试截面的相应能量损失水头和压强水头，填写在表中。 速度水头： 2 2g V =总水头-测压管水头 压强水头：P γ =测压管水头-位置水头 能量损失水头： w h=静水头-总水头 图2 伯努利方程试验管水头线图 五、思考题 1、为什么能量损失是沿着流动的方向增大的？ 2、为什么在实验过程中要保持定压水箱中有溢流？ 3、测压管工作前为什么要排尽管路中的空气？其测量的是绝对压力还是表压力？ 1、沿着流动方向，阻力损失有沿程阻力损失和局部阻力损失，故沿着流动方向能量损失是增大的。 2、当流体高度差为溢流板高度时，水会流到水箱中，溢流板作用是保持水箱中水位恒定，从而保持压力恒定，压力恒定，则流体流进伯努利试验管时未稳定流动。 3如果不排尽气泡会臧成读取压力值不准确，测得压力为表压力。

[中学]雷诺实验及流体流动过程机械能的转换实验预习报告

[中学]雷诺实验及流体流动过程机械能的转换实验预习报 告 雷诺实验 一、实验目的 1、了解管内流体质点的运动方式，认识不同流动形态的特点，掌握判别流型的准则。 2、观察圆筒直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动形态。 二、实验原理 流体流动有两种不同形态，即层流(滞流)和湍流(紊流)，流体作层流流动时，其质点作平行于管轴的直线运动，湍流时流体质点在沿管轴流动时同时还作着杂乱无章的随机运动。雷诺准数是判断流动型态的准数。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示: 雷诺数:Re,d uρ/μ 式中:d,管子内径，m u,流体在管内的平均流速，m/s 3 ρ,流体密度，kg/m μ,流体粘度，kg/(m?s) 实验证明，流体在直管内流动时，当Re?2000时属层流;Re?4000时属湍流;当Re在两者之间时，可能为层流，也可能为湍流。 流体于某一温度下在某一管径的圆管内流动时，Re值只与流速有关。本实验中，水在一定管径的水平或垂直管内流动，若改变流速，即可观察到流体的流动型态及其变化情况，并可确定层流与湍流的临界雷诺数值。 三、实验流程

实验前，先将水充满低位储水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水泵。待水充满稳压溢流水槽后，开启流量计的调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲池、实验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计和调节阀调节。 示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮槽经连接管和细孔喷嘴，注入实验导管。细孔玻璃注射管位于实验导管入口的轴线部位。四、演示操作 1、层流流动形态 实验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的值。再调解红墨水贮瓶的下口旋塞，并做精细调节，使红墨水的注入流速与实验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流速稳定后，记录主体流体的流量。此时，在实验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。 2、湍流流动型态 缓慢的加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之平稳的增大。此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入实验导管后立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体主流混为一体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。 五、注意事项 作层流流动时，为了使层流状况能较快地形成，而且能够保持稳定。第一，水槽的溢流应尽可能的小。因为溢流较大时，上水的流量也大，上水和溢流两者造层的震动都比较大，影响实验结果。第二，应尽量不要人为地使实验装置产生任何震动。

机械能转化演示实验

16 .003 .09001000400 πd 900u 2 2 1=??= = πV 由?+=+g 2u g p g 2u g p 2 222 11ρρ80 .016.010）4.1025.105（8.92u ）h2h1（g 2u 222 12=+?-??= +-= -据式（5）知： 2 1 22 1142222422 11d u d u 则1079.1015.080.0d u 1041.103.016.0d u ≈?=?=?=?=-- 2．h1和h3的分析 表3 h1、h3流体经节流件后压头损失关系 序号 V(L/h) 流速u 1(m/s) h1(cm) h3(cm) 压头损失h f （cm ） 1 400 0.16 105.5 104.1 1.4 2 520 0.20 105. 3 103.9 1. 4 3 640 0.2 5 104.8 102.5 2.3 4 760 0.30 104.5 102.2 2.3 5 880 0.35 104.1 101.2 2.9 6 1000 0.39 103.4 100.1 3.3 7 1120 0.44 103.3 99.4 3.9 8 1240 0.49 102.7 97.8 4.9 分析：流速增大，压头损失增大，压头损失和速度的平方成正比 数据处理实例：以第一组数据为例 流速计算同1中的相同 1.4cm =104.1-105.5=h3-h1=h f

3．h3和h4的分析 表4 h3、h4流体经弯头和流量计件后压头损失和位能变化关系序号V(L/h) 流速u1(m/s) h3(cm) h4(cm) 位能差（cm） 1 400 0.16 104.1 36.9 67.2 2 520 0.20 103.9 36.4 67.5 3 640 0.25 102.5 35.1 67.4 4 760 0.30 102.2 34.4 67.8 5 880 0.35 101.2 33.2 68.0 6 1000 0.39 100.1 31.3 68.8 7 1120 0.44 99.4 30.2 69.2 8 1240 0.49 97.8 28.7 69.1 分析：流体经3到4处，受弯头和转子流量计及位能的影响且随流量的增大，单管压力计3和4的读数差变大，流体局部阻力导致的能头损失增大。 数据处理实例：以第一组数据为例 流速计算同1中的相同 - h3 h4 = 位能差 36.9 67.2cm = = - 104.1 4．h4和h5的分析 表5 h4、h5直管段雷诺数和流体阻力系数关系 序号V(L/h) 流速u1(m/s) h4(cm) h5(cm) 阻力系数λRe hf 1 400 0.16 36.9 36.5 0.16 5267.11 0.4 2 520 0.20 36.4 35.9 0.12 6847.24 0.5 3 640 0.25 35.1 34. 4 0.11 8427.37 0.7 4 760 0.30 34.4 33. 5 0.10 10007.50 0.9 5 880 0.35 33.5 32. 6 0.0 7 11587.64 0.9 6 1000 0.39 31.3 30.5 0.05 13167.7 7 0.8 7 1120 0.44 30.2 29.8 0.02 14747.90 0.5 8 1240 0.49 28.7 28.0 0.03 16328.03 0.7

伯努利方程实验报告

不可压缩流体能量方程(伯努利方程)实验 一、实验目的要求： 1、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技术； 2、验证流体定常流的能量方程； 3、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性。 本实验的装置如图所示，图中： 1.自循环供水器； 2.实验台； 3.可控硅无级调速器； 4.溢流板； 5.稳水孔板； 6.恒压水箱； 7.测压计； 8.滑动测量尺； 9.测压管；10.实验管道；11.测压点；12.毕托管;13.实验流量调节阀 三、实验原理： 在实验管路中沿水流方向取n个过水截面。可以列出进口截面(1)至截面(i)的能量方程式 1

2 （i=2,3,.....,，n) W i h g g p Z g g p Z i i i -+++=++1222 2111νρν ρ 选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出 g p Z ρ+ 值,测出通过管路的流量,即可计 算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。 四、实验方法与步骤： 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、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄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）。 3、打开阀13，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变化情况。 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(与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数)。 5、再调节阀13开度1～2次，其中一次阀门开度大到使液面降到标尺最低点为限，按第4步重复测量。 五、实验结果及要求： 1、把有关常数记入表2.1。 2、量测( g p Z ρ+ )并记入表2.2。 3、计算流速水头和总水头。 表2．1 有关常数计录表水箱液面高程0?___cm ，上管道轴线高程z ?_____cm ．

机械能和势能相互转换

§12.１机械能势能(2) 执笔人：谢志成学校：冷遹中学 教学目标： １．知识与技能： （1）了解能量的初步概念。 （2）知道什么是动能及影响动能大小的因素。 （3）知道什么是势能及影响势能大小的因素。 （4）知道机械能和机械能是可以相互转换的。 2．方法与过程： （1）通过观察和分析，知道机械能和势能的相互转换 （3）体验用类比方法，加深对物理概念理解的过程，学会迁移学习。 3．情感、态度、价值观： （1）有应用科学原理解决实际问题的意识和积极性。 （2）通过探究，体验探究的过程，激发主动学习的兴趣。 （3）学会自己查找资料，培养自学的能力。 教学过程 1．复习提问 手持粉笔头高高举起。以此事例提问：被举高的粉笔具不具有能量？为什么？2．引入新课 学生回答提问后，再引导学生分析粉笔头下落的过程。首先提出当粉笔头下落路过某—点时，粉笔头具有什么能量？(此时既有重力势能，又有动能)继而让学生比较在该位置和起始位置，粉笔头的重力势能和动能各有什么变化？(重力势能减少，动能增加) 3．进行新课 在粉笔头下落的过程，重力势能和动能都有变化，自然界 中动能和势能变化的事例很多，下面我们共同观察滚摆的运动， 并思考动能和势能的变化。 实验1：滚摆实验 出示滚摆，并简单介绍滚摆的构造及实验的做法。事先应 在摆轮的侧面某处涂上鲜明的颜色标志，告诉学生观察颜色标 志，可以判断摆轮转动的快慢。引导学生复述并分析实验中观 察到的现象。开始释放摆轮时，摆轮在最高点静止，此时摆轮 只有重力势能，没有动能。摆轮下降时其高度降低，重力势能 减少；摆轮旋转着下降，而且越，转越快，其动能越来越大。 摆轮到最低点时，转动最快，动能最大，其高度最低，重力势 能最小。在摆轮下降的过程中，其重力势能逐渐转化为动能。

机械能转化实验讲义

机械能转化演示实验 一、实验目的 1.观测动、静、位压头随管径、位置、流量的变化情况，验证连续性方程和柏努利方程。 2.定量考察流体流经收缩、扩大管段时，流体流速与管径关系。 3.定量考察流体流经直管段时，流体阻力与流量关系。 4.定性观察流体流经节流件、弯头的压损情况。 二、基本原理 化工生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流体在管内的流动是化学工程中一个 重要课题。任何运动的流体，仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体力学性质的基本 出发点。 1.连续性方程 对于流体在管内稳定流动时的质量守恒形式表现为如下的连续性方程： ????=2211vdA dA v ρρ （1－1） 根据平均流速的定义，有 222111A u A u ρρ= （1－2） 即 21m m = （1－3） 而对均质、不可压缩流体，常数==21ρρ，则式（1－2）变为 2211A u A u = （1－4） 可见，对均质、不可压缩流体，平均流速与流通截面积成反比，即面积越大，流速越小；反之， 面积越小，流速越大。 对圆管，4/2 d A π=，d 为直径，于是式（1－4）可转化为 2 22211d u d u = （1－5） 2.机械能衡算方程 运动的流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律，依此，在工程上可进一步得到

十分重要的机械能衡算方程。 对于均质、不可压缩流体，在管路内稳定流动时，其机械能衡算方程（以单位质量流体为基准） 为： f e h g g u z h g g u z +++=+++ρρ22 221211p 2p 2 （1－6） 显然，上式中各项均具有高度的量纲，z 称为位头，g u 2/2称为动压头（速度头），g ρ/p 称为 静压头（压力头），e h 称为外加压头，f h 称为压头损失。 关于上述机械能衡算方程的讨论： （1）理想流体的柏努利方程 无黏性的即没有黏性摩擦损失的流体称为理想流体，就是说，理想流体的0=f h ，若此时又无外 加功加入，则机械能衡算方程变为： g g u z g g u z ρρ22 221211p 2p 2++=++ （1－7） 式（1－7）为理想流体的柏努利方程。该式表明，理想流体在流动过程中，总机械能保持不变。 （2）若流体静止，则0=u ，0=e h ，0=f h ，于是机械能衡算方程变为 g z g z ρρ2211p p +=+ （1－8） 式（1－8）即为流体静力学方程，可见流体静止状态是流体流动的一种特殊形式。 3.管内流动分析 按照流体流动时的流速以及其它与流动有关的物理量（例如压力、密度）是否随时间而变化，可 将流体的流动分成两类：稳定流动和不稳定流动。连续生产过程中的流体流动，多可视为稳定流动， 在开工或停工阶段，则属于不稳定流动。 流体流动有两种不同型态，即层流和湍流，这一现象最早是由雷诺（Reynolds ）于1883年首先发 现的。流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作湍流流动 时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方 向作不规则的运动。 流体流动型态可用雷诺准数（Re ）来判断，这是一个无因次数群，故其值不会因采用不同的单位 制而不同。但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可