不可压缩流体定常流能量方程实验
班级学号((((((((((((((
姓 名((((((((((((((
实验日期((((((((((((((
指导教师((((((((((((((
北京航空航天大学流体所
不可压缩流体定常流能量方程实验
一、实验目的要求
1.验证不可压定常流的能量方程;
2.通过对流体动力学诸多水力现象的实验分析研讨,进一步掌握有压管流中的能量转换特性;
3.掌握流速、流量、压强等流体动力学水力要素的实验量测技能。
二、实验装置
本实验的装置如图1所示:
图1 自循环能量方程实验装置图
l 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:
仪器测压管有两种:
① 毕托管测压管(表 1中标*的测压管),用以测读毕托管探头对准点的总水头H’(= Z+
),须注意一般情况下H’与断面总水头H(=Z+
)不同(因一般u ≠ v),它的水头线只能定性表示总水头变化趋势;
② 普通测压管(表1中未标*者),用以定量量测测压管水头。
实验流量用阀13调节,流量由体积时间法或重量时间法测量。
三、实验原理
在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式(i=2,3, … … ,n)
Z
+
= Z
+
+h
EMBED Equation.3
取
=
=… …=
=1,选好基准面,从已设置的各断面的测压管中读出Z+
值,测出通过管路的流量,即可计算出断面平均流速v及
,从而即可得到各断面测管水头和总水头。
四、实验
方法
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与步骤
1.熟悉实验设备,分清哪些测管是普通测压管,哪些是毕托管测压管,以及两者功能的区别。
2.打开开关供水,使水箱充水,待水箱溢流,检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因(例连通管受阻、漏气或夹气泡等)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(P--P)和总水头线(E--E)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)、(3)测管水头同否?为什么?
4)测点(12)、(13)测管水头是否不同?为什么?
5)当流量增加或减少时测管水头如何变化?
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(毕托管供演示用,不必测记读数)。
5.改变流量2次,重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。
6.收拾实验台,整理数据。
五、实验报告要求
1.简要写出实验原理和实验步骤,画出实验装置。
2.记录有关常数。
均匀段(cm)D1= ;
缩管段(cm)D2= ;
扩管段(cm)D3= ;
水箱液面高程(cm)▽o = ;
上管道轴线高程(cm)▽z = 。
表1 管径记录表
测点
编号
1*
2
3
4
5
6*
7
8*
9
10
11
12*
13
14*
15
16*
17
18*
19
管径 cm
两点
间距
4
4
6
6
4
13.5
6
10
29
16
16
注:① 测点6、7所在断面内径为D
,测点16、17为D
,其余均为D
;
② 标“*”者为毕托管测点(测点编号见图2);
③ 测点 2、3为直管均匀流段同一断面上的两个测压点,10、11为弯管非均匀流段同一断面上的两个测点。
3.量测(Z+
)并记入表2。
表2 测记数值表 (基准面选在标尺的零点上) 单位:cm
测点编号
2
3
4
5
7
9
10
11
13
15
17
19
Q cm
/s
实验
次序
1
2
3
4.计算流速水头和总水头。
表3(1) 流速水头
管径 d
(cm)
Q= (cm
/s)
Q= (cm
/s)
Q= (cm
/s)
A
(cm
)
V (cm/s)
(cm)
A (cm
)
V (cm/s)
(cm)
A (cm
)
V (cm/s)
(cm)
1.37
1.00
2.00
表3(2) 总水头(Z+
)
测点编号
2 3
4
5
7
9
13
15
17
19
Q
(cm
/s)
实验
次序
1
2
3
5.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(轴向尺寸参见图2,总水头线和测压管水头线可以绘在图2 上)。
提示:
① P-P 线依表2数据绘制,其中测点10、11、13数据不用;
② E-E 线依表3(2)数据绘制.其中测点10、11 数据不用;
③ 在等直径管段 E-E 与 P-P 线平行。
图2
六、实验分析及讨论
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
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?
*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.毕托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。
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