主頁 > 技（jì）術文章（zhāng） > 能量方程實驗裝置指導書 2025-07-15

能量方程實驗裝（zhuāng）置指導書

一、能量方程實驗裝置指導書-實驗（yàn）目的要求
1.驗證不可壓定常（cháng）流的能量方程；
2.通（tōng）過對流（liú）體動力學諸（zhū）多水力現象的實驗分析研討，進一步掌握（wò）有壓管流中的能量轉換特性；
3.掌握流速、流（liú）量、壓強等流體動力學水（shuǐ）力要素的實驗量測技能。
二、實驗裝置（zhì）
本實驗的裝置如圖1所示：

圖1 自循環能量方程實（shí）驗裝（zhuāng）置圖

1.自循環供水器 2.實驗台 3.可控矽（guī）無級調速器 4.溢流板 5.穩水孔板 6.恒壓水箱 7.測壓計 8.滑（huá）動測量尺 9.測壓管 10.實（shí）驗管道 11.測壓點 12.畢托管 13.實驗流量調節閥
說（shuō）明：
儀器測壓管（guǎn）有（yǒu）兩種（zhǒng）：
①畢托（tuō）管測壓管（表 1中（zhōng）標*的測壓管），用以測讀畢托管探頭對準點的總水頭H’（= Z+

），須注意一般情況下H’與斷麵總水頭H（=Z＋

）不同（因（yīn）一般u ≠ v），它的水頭線隻能定性表示總（zǒng）水（shuǐ）頭變化趨勢（shì）；
②普通測（cè）壓管（guǎn）（表1中未標*者），用以定量量測測（cè）壓管水頭。
實驗流量用閥13調節（jiē），流量由體（tǐ）積時間法或重量時間法測量。
三、實驗原理
在實驗管路中沿管內水流（liú）方向取n個過水斷麵。可以列（liè）出進口斷麵（1）至另一斷麵（i）的能量方程式（i=2，3, … … ,n）
Z1＋

= Zi＋

+h
取

=… …=

=1,選好基準麵，從已設置的各斷麵（miàn）的測壓管中讀（dú）出Z+

值，測出通過管路的流量，即可計算出斷（duàn）麵平均流速v及

，從而即可得到各斷麵測（cè）管水頭和總水（shuǐ）頭。
四、實（shí）驗方法與步（bù）驟
1.熟悉實驗設備，分清哪些測管是普通測壓管，哪些是畢托管測壓管，以及兩者功能（néng）的區別。
2.打開（kāi）開關供水，使水箱充水，待水箱溢流，檢查（chá）調（diào）節閥關閉後所有測壓（yā）管水麵是否齊平。如不平（píng）則需查明故障（zhàng）原因（例連通管受阻、漏氣或夾氣泡等）並加以排除，直至調平（píng）。
3.打開閥13，觀察（chá）思考：
1）測壓管水頭線（P--P）和總水頭線（E--E）的變化趨勢（shì）；
2）位置水頭、壓（yā）強水頭之間（jiān）的相互關係；
3）測點（2）、（3）測管水頭同（tóng）否？為什麽？
4）測點（12）、（13）測管水頭是否不同？為什（shí）麽？
5）當流量增加或減少時（shí）測管（guǎn）水頭如何變化？
4.調節閥13開度，待流（liú）量穩定後（hòu），測記各測壓管液麵讀（dú）數，同時（shí）測記（jì）實驗流（liú）量（liàng）（畢托管供演示用，不必（bì）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號測管液麵接近標尺零點。
6.收拾實驗（yàn）台，整理數據。
五、實（shí）驗報告要（yào）求
1.簡要寫出實（shí）驗原理和實驗步驟。
2.記錄有關常數。
均勻段（cm）D1=1.37
縮管段（cm）D2=1.00
擴管段（cm）D3=2.00
水箱液麵高程（cm）▽o =44.5
上管道（dào）軸線高程（chéng）（cm）▽z =16
表1 管徑記（jì）錄表

	測點編號（hào）		1*			2 3			4		5		6* 7		8* 9			10 11		12* 13		14* 15		16* 17	18* 19
	管徑 cm
	兩點間距		4			4			6		6		4		13.5			6		10		29		16		16
測點編號				2	3		4	5		7		9		10		11	13		15		17		19				Q cm3/s
實驗次序		1
		2
		3

4.計算（suàn）流速水頭和總水頭
表3（1）流速水頭

表3（2）總（zǒng）水頭（tóu）（Z＋

）

測點編號		2 3	4	5	7	9	13	15	17	19	Q cm3/s
實（shí）驗次序	1
	2
	3

5.繪製上述成果中最大流量下的（de）總水頭線 E－E 和測壓管水頭線 P－P（軸向尺寸參見圖2，總水頭線和（hé）測壓管水頭線可以繪在圖2 上）
提示：
①P－P 線依表2數據繪製（zhì），其中測點10、11、13數據不用；
②E－E 線依表3（2）數據繪製．其中測點10、11 數據不用（yòng）；
③在等直徑管段 E－E 與 P－P 線平行。

圖2

六、實驗分析及討論
1.測壓管水頭線和總水頭線（xiàn）的變化趨勢有何不同？為什麽？
答：測壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢的不同之處：測壓管水頭線會隨管徑變化有較大的波動。當管徑減小時，測壓管水頭線下降；當管徑變大時，測壓管水頭線上升。而總水頭（tóu）沿流線方向有減小的趨勢，變化較為平緩。
原因是（shì）測壓管水頭（tóu）線是沿水流方向（xiàng）各（gè）個測點的測壓管液麵的連線，它反應的是流體的勢能。測壓管水頭線沿水流方向（xiàng）可能下降，也（yě）可能上升（當管徑沿流向增大時）。因為（wéi）管徑增大時流速減小，動能（néng）減小而壓能增大，如果壓（yā）能（néng）的增大大於水頭損失時，水流的勢（shì）能就增（zēng）大，測壓管水（shuǐ）頭就上升。總水頭線是在測壓管水頭線的基線上再加上流速水頭，它反（fǎn）應的是流體的總能量（liàng），由於沿流向總是有水頭損失，所以總水頭線沿（yán）程隻能的下降，不能上升。
2.流量增加（jiā），測壓管水頭（tóu）線有何變化？為什麽？
答：流量增加（jiā），測壓管水頭線下降。
因為（wéi）測壓管水（shuǐ）頭

，管道過流斷麵（miàn）麵積A為定值時，Q增大，

就增大，而且隨（suí）流量的（de）增（zēng）加阻（zǔ）力損失亦增大，管道任一過水斷麵上的總水頭（tóu）E相應減小，故

的減小更加顯著。
3.測點2、3和測（cè）點10、11的測壓（yā）管讀數分別說明了什麽問題？
答：測點2、3位於均勻流斷麵，同一流速的測壓管讀數基本相同，表明均勻流同斷麵上，其動水壓強按（àn）靜水壓強規律分布。測點10、11在彎管的急（jí）變流（liú）斷麵上，同一流速的（de）測壓管讀數（shù）相差較大，表明急變流斷麵上離心慣（guàn）性力對（duì）測壓管水頭影響很大。由於能量（liàng）方（fāng）程推導時的限製條件之一是“質量力隻有重力”，而在急變流斷麵上其質量力，除重力外，還有離心慣性力，故急（jí）變（biàn）流（liú）斷麵不能選作能量方程的（de）計算斷麵。在繪製總水頭線時，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（shuǐ）頭（如抬高（gāo）或降低水箱的水位）對喉管壓強（qiáng）的影響情況。
*5.畢托管（guǎn）所（suǒ）顯示的總水頭線與實測繪製的（de）總（zǒng）水頭線一般都略有差異，試分析其原因。

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