中國石油大學（華東）工程流體力學實驗報告
實驗日期： 2014.12.11 成績：
班級： 石工12-09學號： 12021409 姓名： 陳相君 教師： 李成華 同組者： 魏曉彤，劉海飛
實驗二、能量方程（伯諾利方程）實驗
一、實驗目の
1．驗證 實際流體穩定流の能量方程 ；
2．通過對諸多動水水力現象の實驗分析，理解 能量轉換特性 ； 3．掌握 流速 、流量 、 壓強 等水力要素の實驗量測技能。 二、實驗裝置
本實驗の裝置如圖2-1所示。
4561011121234567891013121141535791113151719161718191178913321圖2-1 自循環伯諾利方程實驗裝置
1. 自循環供水器 ； 2.實驗臺； 3. 可控矽無極調速器 ； 4 溢流板； 5. 穩水孔板； 6. 恒壓水箱 ； 7. 測壓機 ； 8滑動測量尺； 9. 測壓管 ； 10. 試驗管道 ； 11.測壓點 ； 12 皮托管 ； 13. 試驗流量調節閥 說明
本儀器測壓管有兩種：
（1） 皮托管測壓管 （表2-1中標﹡の測壓管），用以測讀皮托管探頭對准點の 總水頭 ；
（2） 普通測壓管 （表2-1未標﹡者），用以定量量測 測壓管水頭 。
實驗流量用閥13調節，流量由 調節閥13 測量。 三、實驗原理
在實驗管路中沿管內水流方向取n個過水斷面。可以列出進口斷面（1）至另一斷面（i）の能量方程式（i=2,3,…,n）
z1?p1?2g?2g取a1?a2?????an?1，選好基准面，從已設置の各斷面の測壓管中讀出 z+p/r
值，測出 透過管路の流量 ，即可計算出 斷面平均流速 ，從而即可得到 各斷面測壓管水頭和總水頭 。 四、實驗要求
1．記錄有關常數 實驗裝置編號 No._4____
-2-2-2均勻段d1= 1.40 ?10m；縮管段d2= 1.01?10m；擴管段d3=2.00?10m；
水箱液面高程?0= 47.6 ?10m； 上管道軸線高程?z= 19 ?10m （基准面選在標尺の零點上）
表2-1 管徑記錄表 2 測點編號 1* 4 3 6* 7 8* 9 10 11 12* 13 14* 15 16* 17 18* 19 -2-2??1?12?zi?pi??ivi2?hw1?i
5 -21.40 1.40 1.40 1.40 1.01 1.40 1.40 1.40 1.40 2.00 1.40 管徑/10m 兩點間距 4 4 6 6 4 13.5 6 10 29.5 16 16 -2/(10m) 2．量測（z?p?）並記入表2-2。
表2-2 數據記錄表 實驗h h h h h h h h h h h h V/(10?6m3) 245791113153101719次數 1 2 3 44.4 44.4 44.2 44.0 36.2 39.3 39.4 34.5 38.1 36.2 37.0 34.3 40.7 40.7 40.2 39.6 22.2 29.7 30.1 25.3 27.1 23.4 25.3 20.5 36.4 36.4 35.4 34.4 5.3 18.3 19.3 11.8 14.7 8.9 12.0 4.3 3094 3150 3406 t/s 30.10 20.36 16.67 注：hi?zi?pi?為測壓管水頭，單位：10m，i為測點編號。
-23．計算流速水頭和總水頭。
表2-3 流速水頭計算處理表 管徑/10m -2q1=102.79 ?10?6m3/s v A v2/2g 6.158 3.205 12.566 16.69 32.07 8.18 14.21 52.47 3.41 q2= 154.72 ?10?6m3/s v A v2/2g 6.158 3.205 15.566 25.13 48.27 10.13 32.22 118.88 5.24 /(10?4m2) /(10?2m/s) /(10?2m) /(10?4m2) /(10?2m/s) /(10?2m) 1.40 1.01 2.00
表2-4 總水頭計算處理表 實驗 次數 1 2 3 H2 H3 H4 H5 H7 H9 H10 H11 H13 H15 H17 ?63q/(10m/s)H19 58.61 58.61 58.41 58.21 88.67 53.51 53.61 48.71 52.31 50.41 40.41 48.51 72.92 72.92 72.42 71.82 141.08 61.92 62.32 57.52 59.32 55.62 30.54 52.72 92.57 92.57 91.57 90.57 212.65 74.47 75.47 67.97 70.87 65.07 20.8 60.47 120.79 154.72 204.31 算例：以第一組數據為例。 q =V/t=3094/30.1=102.79cm3/s
4．繪制上述成果中最大流量下の總水頭線和測壓管水頭線（軸向尺寸參見圖2-2，總水頭
線和測壓管水頭線可以繪在圖2-2上）。
五、實驗步驟
1．熟悉實驗設備，分清哪些測管是普通測壓管，哪些是皮托管，以及兩者功能の區別。 2．打開開關供水，使水箱充水，待水箱溢流，檢查調節閥關閉後所有測壓管水面是否齊平。如不平則需查明故障原因（例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等）並加以排除，直至調平。驗證同一靜止液體の測壓管水頭線是根水平線。 3．打開閥13，觀察思考：
1）不同流速下，同一斷面上測壓管水頭和總水頭の變化規律；
測壓管水頭線是沿水流方向各個測點の測壓管液面の連線，它反應の是流體の勢能，測壓管水頭線可能沿線可能下降，也可能上升（當管徑沿流向增大時）,因為管徑增大時流速減小，動能減小而壓能增大，如果壓能の增大大於水頭損失時，水流の勢能就增大，測壓管水頭就上升。總水頭線是在測壓管水頭線の基線上再加上流速水頭，它反應の是流體の總能量，由於沿流向總是有水頭損失，所以總水頭線沿程只能の下降，不能上升。
2）測點（2）、（3）測管水頭同否？為什麼？
不同，測點2、3位於均勻流斷面（圖2.2），測點高差0.7cm
3）測點（10）、（11）測管水頭是否不同？為什麼？
不同，測點10、11在彎管の急變流斷面上，測壓管水頭差為7.3cm，表明急變流斷面上離心慣性力對測壓管水頭影響很大。
4）沿流程總水頭和測壓管水頭の變化規律 測壓管水頭線(P-P)沿程可升可降，線坡JP可正可負。而總水頭線(E-E)沿程只降不升，線坡JP恒為正
5）管道內有沒有負壓區？
沒有負壓區。
4．調節閥13開度，待流量穩定後，測記各測壓管液面讀數，同時測記實驗流量（皮托管供演示用，不必測記讀數）。 5．改變流量2次，重複上述測量。其中一次閥門開度大到使19號測管液面接近標尺零點。 六、注意事項
自循環供水實驗均需注意：計量後の水 必須倒回原實驗裝置，以保持自循環供水。 七、問題分析
1．測壓管水頭線和總水頭線の沿流程變化趨勢有何不同?為什麼？
測壓管水頭線(P-P)沿程可升可降，線坡JP可正可負。而總水頭線(E-E)沿程只降不升，線坡JP恒為正，即J>0。這是因為水在流動過程中，依據一定邊界條件，動能和勢能可相互轉換。如圖所示，測點5至測點7，管漸縮，部分勢能轉換成動能，測壓管水頭線降低，JP>0。，測點7至測點9，管漸擴，部分動能又轉換成勢能，測壓管水頭線升高，JP<0。而據能量方程E1=E2+hw1-2，hw1-2為損失能量，是不可逆の，即恒有hw1-2>0，故E2恒小於E1，（E-E）線不可能回升。（E-E）線下降の坡度越大，即J越大，表明單位流程上の水頭損失越大，如圖上の漸擴段和閥門等處，表明有較大の局部水頭損失存在。 2．流量增加，測壓管水頭線有何變化？為什麼？
1）流量增加，測壓管水頭線（P-P）總降落趨勢更顯著。這是因為測壓管水頭，任一斷面起始の總水頭E及管道過流斷面面積A為定值時，Q增大，就增大，則必減小。而且隨流量の增加，阻力損失亦增大，管道任一過水斷面上の總水頭E相應減小，故の減小更加顯著。 2）測壓管水頭線（P-P）の起落變化更為顯著。因為對於兩個不同直徑の相應過水斷面有 式中為兩個斷面之間の損失系數。管中水流為紊流時，接近於常數，又管道斷面為定值，故Q增大，亦增大，線の起落變化更為顯著。 3．測點2、3和測點10、11の測壓管讀數分別說明了什麼問題？ 測點2、3位於均勻流斷面，測點高差0.7cm，均為37.1cm（偶有毛細影響相差0.1mm），表明均勻流各斷面上，其動水壓強按靜水壓強規律分布。測點10、11在彎管の急變流斷面上，測壓管水頭差為7.3cm，表明急變流斷面上離心慣性力對測壓管水頭影響很大。由於能量方程推導時の限制條件之一是“質量力只有重力”，而在急變流斷面上其質量力，除重力外，尚有離心慣性力，故急變流斷面不能選作能量方程の計算斷面。在繪制總水頭線時，測點10、11應舍棄。
☆4．試問避免喉管（測點7）處形成真空有哪幾種技術措施？分析改變作用水頭（如抬
高或降低水箱の水位）對喉管壓強の影響情況。
5．由皮托管測量顯示の總水頭線與按實測斷面平局流速繪制の總水頭線一般都有差異，試分析其原因。
與畢托管相連通の測壓管有1、6、8、12、14、16和18管，稱總壓管。總壓管液面の連線即為畢托管測量顯示の總水頭線，其中包含點流速水頭。而實際測繪の總水頭是以實測の值加斷面平均流速水頭繪制の。據經驗資料，對於園管紊流，只有在離管壁約の位置，其點流速方能代表該斷面の平均流速。由於本實驗畢托管の探頭通常布設在管軸附近，其點流速水頭大於斷面平均流速水頭，所以由畢托管測量顯示の總水頭線，一般比實際測繪の總水頭線偏高。 因此，本實驗由1、6、8、12、14、16和18管所顯示の總水頭線一般僅供定性分析與討論，只有按實驗原理與方法測繪の總水頭線才更准確。 八、實驗總結
通過本次實驗，我更加深刻地理解了伯努利方程。應當注意の是，水箱中の水要時刻加滿， 否則不能溢流。
500400300200123465713589111312141950
1010040406060405001616070017800160900181910001100120015600050100200300400500
圖2-2 水頭線繪制坐標圖
流体力学-伯努利方程实验报告
