流體機(jī)械能轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn).doc

流體機(jī)械能轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ち鲃?dòng)流體中各種能量和壓頭的概念及其互相轉(zhuǎn)換關(guān)系，在此基礎(chǔ)上掌握柏努利方程。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 流體在流動(dòng)時(shí)具有三種機(jī)械能：即位能，動(dòng)能，壓力能。這三種能量可以互相轉(zhuǎn)換。當(dāng)管路條件改變時(shí)（如位置高低，管徑大?。鼈儠?huì)自行轉(zhuǎn)換。如果是粘度為零的理想流體，由于不存在機(jī)械能損失，因此在同一管路的任何二個(gè)截面上，盡管三種機(jī)械能彼此不一定相等，但這三種機(jī)械能的總和是相等的。2. 對(duì)實(shí)際流體來說，則因?yàn)榇嬖趦?nèi)摩擦，流動(dòng)過程中總有一部分機(jī)械能因摩擦和碰撞而消失，即轉(zhuǎn)化成了熱能。而轉(zhuǎn)化為熱能的機(jī)械能，在管路中是不能恢復(fù)的。對(duì)實(shí)際流體來說，這部分機(jī)械能相當(dāng)于是被損失掉了，亦即兩個(gè)截面上的機(jī)械能的總和是不相等的，兩者的差額就是流體在這兩個(gè)截面之間因摩擦和碰撞轉(zhuǎn)換成為熱的機(jī)械能。因此在進(jìn)行機(jī)械能衡算時(shí)，就必須將這部分消失的機(jī)械能加到下游截面上，其和才等于流體在上游截面上的機(jī)械能總和。3. 上述幾種機(jī)械能都可以用測(cè)壓管中的一段液體柱的高度來表示。在流體力學(xué)中，把表示各種機(jī)械能的流體柱高度稱之為“壓頭”。表示位能的，稱為位壓頭；表示動(dòng)能的，稱為動(dòng)壓頭（或速度頭）；表示壓力的，稱為靜壓頭；已消失的機(jī)械能，稱為損失壓頭（或摩擦壓頭）。這里所謂的“壓頭”系指單位重量的流體所具有的能量。4. 當(dāng)測(cè)壓管上的小孔（即測(cè)壓孔的中心線）與水流方向垂直時(shí)，測(cè)壓管內(nèi)液柱高度（從測(cè)壓孔算起）即為靜壓頭，它反映測(cè)壓點(diǎn)處液體的壓強(qiáng)大小。測(cè)壓孔處液體的位壓頭則由測(cè)壓孔的幾何高度決定。5. 當(dāng)測(cè)壓孔由上述方位轉(zhuǎn)為正對(duì)水流方向時(shí)，測(cè)壓管內(nèi)液位將因此上升，所增加的液位高度，即為測(cè)壓孔處液體的動(dòng)壓頭，它反映出該點(diǎn)水流動(dòng)能的大小。這時(shí)測(cè)壓管內(nèi)液位總高度則為靜壓頭與動(dòng)壓頭之和，我們稱之為“總壓頭”。6. 任何兩個(gè)截面上位壓頭、動(dòng)壓頭、靜壓頭三者總和之差即為損失壓頭，它表示液體流經(jīng)這兩個(gè)截面之間時(shí)機(jī)械能的損失。三、實(shí)驗(yàn)裝置(如圖3-3)試驗(yàn)設(shè)備由玻璃管、測(cè)壓管、活動(dòng)測(cè)壓頭、水槽、水泵等組成?；顒?dòng)測(cè)壓頭的小管端部封閉，管身開有小孔，小孔位置與玻璃管中心線平齊，小管與測(cè)壓管相通，轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)測(cè)壓頭就可以測(cè)量動(dòng)、靜壓頭。管路分成四段，由兩段不同直徑的玻璃管所組成。中間相對(duì)較粗管段的內(nèi)徑約為34毫米，其余部分的內(nèi)徑約為13毫米。第四段的位置，比第三段低約5毫米，閥A供調(diào)節(jié)流量之用。圖3-3 柏努利演示實(shí)驗(yàn)裝置四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 關(guān)閉A閥，旋轉(zhuǎn)測(cè)壓管，觀察并記錄個(gè)測(cè)壓管中的液位高度H。2. 開動(dòng)循環(huán)水泵，開閥A至一定大小，將測(cè)壓孔轉(zhuǎn)到正對(duì)水流方向及垂直水流方向，觀察并記錄各測(cè)壓管相應(yīng)的液位高度H1。3. 不改變測(cè)壓孔位置，繼續(xù)開大A閥，觀察測(cè)壓管液位變化。并記錄各測(cè)壓管液位的相應(yīng)高度H2。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 d=1.5cm D=2.5cm Z=25.3cm序號(hào)123平均值閥門開度較小的流速Q(mào)（mL/s）152.104151.899142.857148.953閥門開度較大的流速Q(mào)（mL/s）188.679188.103181.138185.973測(cè)壓點(diǎn)次別及H值（cm）1234操作閥A測(cè)壓孔軸線方向1H 44關(guān)任意2H135.536.529.322.2開正對(duì)水流42.537.136.731.1與水流方向垂直3H230.232.020.210.1再開大正對(duì)水流41.533.132.617.2與水流方向垂直6、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得 U1 =0.8429 m/s U2=1.06937 m/s在同一截面處，對(duì)中心處與管壁處列伯努利方程，以1處為例：由于Z1=Z2 忽略阻力損失，外功為零，則可算得右邊約等于左邊，等式成立同理可求得其他七、思考題1. 關(guān)閉A閥，各測(cè)壓管旋轉(zhuǎn)時(shí)，液位高度有無變化？這一現(xiàn)象說明什么？這一高度的物理意義又是什么？無變化，說明測(cè)壓管測(cè)得的液位與測(cè)壓管無關(guān)，只與該點(diǎn)壓力有關(guān)，高度代表著該點(diǎn)的壓力大下2. 當(dāng)測(cè)壓孔正對(duì)水流方向時(shí)，各測(cè)壓管的液位高度H的物理意義是什么？ 測(cè)得是動(dòng)壓頭和靜壓頭之和3. 為什么HH1（對(duì)同一點(diǎn)而言）？為什么距離水槽越遠(yuǎn)，（H-H1）的差值越大？其物理意義是什么？4. 測(cè)壓孔正對(duì)水流方向，開大閥A，流速增大，動(dòng)壓頭增大，為什么測(cè)壓管的液位反而下降？ 該店機(jī)械能一定，動(dòng)能增大，則靜壓能減小，測(cè)壓管的液位