能量转换实验的原理、方法和报告

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一、实验目的

1.熟悉流体在流动过程中各种能量和压头的概念及其转换关系，加深对伯努利方程的理解；

2.观察流体流速随管径变化的规律。

二、实验原理

1.总压头的分析:

总压头为测压管压头与流速压头之和，任意两截面间的能量方程为：

2

1,2

1112

22222--++=++f H g

v g p Z g v g p Z ρρ图15-1所示实验装置中，从实验可以观测到B 截面的总压头低于A 截面的总压头，这符合伯努利方程。

2.A 、B 截面间压强压头的分析：

由于A 、B 两截面处于同一水平位置，B 截面面积比A 截面面积大。所以B 截面处的流速比A 截面处小。设流体从A 截面流到B 截面的压头损失为H f,A-B ,在A 、B 两截面间列伯努利方程。

B

A f B

B B A A A H g

v g p Z g v g p Z -+++=++,2222ρρB

A Z Z =

B A f B

A A

B H g

v g v g p g p ---=-,2222ρρ即A 、B 两截面处的压强压头之差，决定于g g B A 2222νν-和H f,A-B 。当g

g B

A 2222νν-大于H f,A-

B 时，压强压头的增值为正，反之，压强压头的增值为负。3.

C 、

D 截面间压强压头的分析：

出口阀全开时，由于C 、D 截面积相等,所以C 、D 两截面处的流速相等，即流速压头相等；设流体从C 截面流到D 截面的压头损失为H f,C-D ，在C 、D 两截面间列伯努利方程。

D

C f D

D D C C C H g

v g p Z g v g p Z -+++=++,2

222ρρg

v g v D

C 222

2=D C f D C C

D H Z Z g

p g p ---=-,ρρ即C 、D 两截面压强压头之差，决定于(Z C -Z D )和H f,C-D 。当(Z C -Z D )大于H f,C-D

时，压强压头

能量转换实验

2

的增值为正，反之，压强压头的增值为负。4.压头损失的计算：

以出口阀全开时，从C 截面到D 截面的压头损失H f,C-D 为例,在C 、D 两截面间列伯努利方程得：

D

C f D

D D C C C H g

v g p Z g v g p Z -+++=++,2

222ρρ所以，压头损失的算法之一是用总压头来计算：

⎪⎪

⎭⎫ ⎝

⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=-g g p Z g g p Z H D

C D C C C D

C f 2222,νρνρ压头损失的算法之二是用测压管压头来计算：v C =v D

)

((,g

p

Z g p Z H D D C C D C f ρρ+-+=-三、实验装置与设备参数

1.设备参数

截面直径(mm)

以D 截面中心

A

B

C

D

为基准面(mm)

第一套14281414Z D =0Z A 、Z B 、Z C =110

第二套

14

28

14

14

Z D =0Z A 、Z B 、Z C =120

2.实验装置

测压高

位水槽

图15-1能量转换实验装置图

四、实验方法与注意事项

1.实验方法：

(1)向低位水槽灌注一定数量的蒸馏水，关闭高位水槽进水调节阀门(离心泵出口调节阀)及实验测试管出口调节阀门，然后启动离心泵。

3

(2)逐步开大高位水槽进水调节阀，当高位水槽溢流管液体有一定溢流量后，调节测试管出口调节阀为全开位置，要保证高位水槽液面不下降。

(3)观察D 截面处测压管压头测量管，在测试管出口调节阀全关位置和全开位置时的水柱高度差H 。

(4)全开实验测试管出口调节阀，待流体稳定后读取A 、B 、C 、D 截面测压管压头和总压头的读数并记录数据。

(5)调节实验测试管出口调节阀，观察D 截面处测压管压头的高度，使之稳定在H 3

1

处，读取A 、B 、C 、D 截面测压管压头和总压头的读数并记录数据。

(6)调节实验测试管出口调节阀，观察D 截面处测压管压头的高度，使之稳定在H 32

处，读取A 、B 、C 、D 截面测压管压头和总压头的读数并记录数据。

(7)全关实验测试管出口调节阀，读取A 、B 、C 、D 截面测压管压头和总压头的读数并记录数据。

(8)实验结束，停止离心泵，关闭高位水槽进水调节阀门及实验测试管出口调节阀门，切断总电源。2.注意事项：

(1)不要将高位水槽进水调节阀开得过大以免使水流冲击到高位水槽外面，同时导致高位水槽液面不稳定。

(2)当测试管出口调节阀开大时，应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当开大高位水槽进水调节阀。

(3)测试管出口调节阀须缓慢地关小，以免造成流量突然下降测压管中的水溢出管外。(4)注意排除实验测试管内的空气泡。

(5)离心泵不要空转和在出口阀门全关的条件下工作。

五、实验数据记录

1.基本数据：使用的设备编号：

2.实验数据列表：

阀门操作

水柱高度

(mm)

A 截面

B 截面

C 截面

D 截面

PA H A H PB H B H PC H C H PD H D

H 全开阀门1h 关小

31阀门)31(H 2h 关小

32阀门)3

2(H 3h 全关阀门(H )

4

h