伯努利能量方程与毕托管测速

3.6 沿总流的能量方程实验

一、 实验目的要求

1． 验证沿总流的定常流动能量方程；

2． 通过绘制测压管水头线和总压水头线，掌握有压管流中机械能守恒和转换规律； 3． 掌握流速、流量、压强等物理量的测量技术。

二、 实验装置

实验装置如下图所示

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

说明：

本实验中有两种形式的测压管：

1．毕托总压管（表中标*的测压管），用以测量毕托管探头对准点的总水头

。须注意一般情况下与断面总水头

不同(V

为截面平均速度)。

2．静压测压管（表1中未标*者），用以测量测压管水头。 3．实验流量用阀13调节，用体积法测量体积流量。

三、 实验原理

在实验管路中沿管内水流方向取n 个截面。列进口截面（1）至另一截面（i ）的沿总流能量方程式( i=2,3,4,……n)：

取

。选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出

值。测量管中流量，计算断面平均流速及

，可得各截面的测压管水头和总水头。

四、 实验方法与步骤

1． 熟悉实验设备，分清哪些测压管是静压测压管，哪些是毕托总压管，以及两者功能

的区别。

2．

打开开关使水箱充水，待水箱溢流后，关闭调节阀检查所有测压管水面是否齐平。

2'

2p u H z g g ρ=++'H 2

2p V H z g g ρ=++

22

1111122i i i i i

p a V p a V z z h g g g g ρρ-++=+++1321=====n a a a a p z g

ρ+

V 2

2aV g

如不平则需查明故障原因（如连通管受阻、漏气、夹汽泡等）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和3测压管水头是否相等？为什么？4）测点12和13测压管水头是否不同？为什么？5）当流量增大或减小时测压管水头如何变化？

4． 通过调节阀13至一种状态，待流量稳定后，记录各测压压管的读数，同时测量体

积流量，计算平均流速。 5． 改变流量，重复上述测量。其中有一次阀门开大到使19号测管液面接近标尺零点。

五、 实验成果及要求

1．记录有关常数实验装置台号NO ：

均匀段

, 缩管段, 扩管段

水箱液面高 , 上管道轴线高

下管道轴线高

23 1 标“*”者为毕托总压管测点（测点编号见图1）

测点2、3为直管均匀段同一截面上的两个测点，10、11为弯管非均匀段同一截面上的测点

2．量测并记入表2

=1D cm =2D cm =3D cm =0H cm =1H cm =

2H cm p z g ρ??+ ??

?()z p g ρ+

4．绘制上述成果中最大流量下的总水头线E-E和测压管水头线P-P

提示：1：P-P线依表2数据绘制，其中测点10、11、13数据不同

2：E-E线依表4数据绘制，其中测点10、11数据不同

3．在等直径管段E-E与P-P线平行

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．流量增加时测压管水头线如何变化？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？分析改变总水头（如抬高或降低水箱的水位）对喉管压强的影响。

5．毕托总压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。

3.7 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流点流速及点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点速度的技能；

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

二、实验装置

实验装置如下图所示

1.自循环供水器；

2.实验台；

3.可控硅无级调速器;

4.水位调节阀;

5.恒压水箱;

6.管嘴;

7.毕托管;

8.尾水箱与导轨; 9.测压计; 10.测压计; 11.上回水管

说明：

高低水位水箱的水位差形成的位能经淹没管嘴6转换成动能，用毕托管测出管嘴中心的速度值。测压计10的测压管1、2用以测量高、低水箱位置水头，测压管3、4用以测量毕托管的总压水头和静压水头，水位调节阀4用以改变测点的流速大小。

三、 实验原理

式中：-----毕托管测点处的流速； -----毕托管的校正系数；

----毕托管总压水头和静压水头之差；

又由：

联解上两式可得：

式中：

----测点处流速，由毕托管测定；

----测点流速系数

——管嘴的总水头

四、 实验方法与步骤

1． 准备（a ）熟悉实验装置各部名称、性能，搞清构造特征、实验原理。（b ）用乳胶

管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。（c ）将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约2~3cm ，上紧固定螺丝。

2． 开启水泵，顺时针打开调速器开关3，将流量调节到最大。

3． 排气待上、下游溢流后，用吸气球放在测压管口部抽吸，排除毕托管及各连通管中

的气体，用静水闸罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平，液面不齐平可能是空气没有排尽，必须重新排气。

4． 将各有关常数和实验参数，填入实验表格。

5． 改变流速，操作调节阀4并相应调节调速器3，使溢流量适中，共可获得三个不同

恒定水位与相应的流速。改变流速时按上述方法重做。 6． 完成下述实验项目：

（1）分别沿垂直方向和流动方向改变测点位置，观察淹没射流的流速分布； （2）在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6~10倍以内时，误差在2~5%

以上，不宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。 7． 实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。

五、 实验结果及要求

实验台号： h k h g c u ?=?=2g

c k 2=u c h ?H

g u ?=2?H h c ??=/?u ?

H ?=c =k

六、 实验分析与讨论

1.利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？

2.毕托管的速度水头和管嘴上、下游水位差之间的大小关系怎样？为什么？

3.所测的流速系数说明了什么？

4.据激光测速仪检测，距孔口2~3cm 轴心处，其点流速系数为0.996，试问本实验的毕托管的精度如何？如何率定毕托管的修正系数c?

5.为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的流体测速仪器？ 上

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