试验一流体能量的转换伯努利方程的应用.doc

实验一 流体能量的转换——伯努利方程的应用 （一）实验目的 1、加深对“无粘性，不可压缩流体沿管道作稳定流动时其总能量（即动压能、静压能和位压能之和）保持不变”这个伯努利方程的理解。 2、了解实际流体由于粘性的存在和附面层的产生。在运用伯努利方程式进行计算所造成的偏差。 （二）实验原理 理想流体在管道内作稳定流动时，遵守能量守恒定律——伯努利方程。 （-1） 考虑气体的密度很小，在高度变化不大的情况下，略去位压能的影响，则： （-2） 即： （-3） 实际流体都具有粘性，在流动过程中有能量损失，其能力平衡方程式。 （-4） 即截面2处的总压能不再等于截面1处的总压能，沿途有能量损失。 该实验通过测量一个截面逐渐收缩的椎体，截面不变的喉管和截面逐渐扩大的椎体的试验段，动压力和静压力因截面不同的变化及相互转换的关系，深入理解能力转换规律。 为了更清楚地表明其转换关系，选取在喉管处，即最小截面处的流速为标准，这时 （-5） 式中：——喉管处的静压力。 得到： （-6） 如果将流动看成是一维管流，即认为在管道任一横截面上的流速都是均匀的，同时管道的横截面是变化的。根据连续性方程可以写为： （-7） 即： （-8） 由于试验段的深度是一定的，仅是其宽度发生变化，所以横截面之比即为宽度之比。 （-9） 由式（-7） （-10） 式中：——喉管处的截面宽度。 实验时将测得结果带入式（-6）与式（-10）计算结果相比较，即可验证伯努利方程能量转换的关系。 （三）实验设备 1、流体力学综合实验装置，包括：风机、标准气室、斜管压力计和U形管压力计及试验段。 2、毕托管2支，热球风速计2台。 3、三维坐标架1台。 图-1 试验段尺寸如下： 上口宽度 B1=98mm 上椎体高度 H1=180mm 喉管宽度 B2=50mm 喉管高度 H2=50mm 下口宽度 B3=98mm 下椎体高度 H3=80mm 高度与宽度之间的关系为： 下椎体： 喉管： 上椎体： （四）实验内容 1、根据能量守恒定律原理，用理论计算的方法式（-10）推导从试验段入口(x=0)到试验段出口（x=H）中心速度的变化规律（每隔20mm算一点），绘成图，其坐标如图-2所示。 图-2 2、用毕托管从试验段入口(x=0)到试验段出口（x=H）沿管道中心每隔20mm测一点，绘出变化规律图。（说明：两条曲线绘在同一张坐标纸上） （五）实验数据处理 大气温度t= 大气压力P大气= 毕托管校正系数?= 1、数据处理 P静[mm水柱]=9.81P静 [N/m2] P动=（P全-P静）[mm水柱]=9.81（P全-P静） [N/m2] 2、实验数据整理 将使用记录数据整理成表，参考表格见表-1，根据表格中的数据绘图。（其坐标系统如图-2）。 表-1 （六）实验要求 1、预习实验内容，实验前写出实验预习报告，不写着一律不能做实验。 2、实验数据整理成的表格形式可以任意，但一定要完整、清楚，表3-1可供参考。 （七）思考题 1、为什么测得的全压力数值会产生很小的变化，其原因有哪些？ 2、为什么测得的与计算的不相符合，分析其原因