实验二 不可压缩流体恒定流能量方程
（伯诺里方程）实验
一、实验目的要求?
1．验证流体恒定总流的能量方程；?
2．通过对动水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动水力学的能量转换特性；
3．掌握流速、流量、压强等动水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2.1所示。
图2.1 自循环伯诺里方程实验装置图
1.自循环供水器 2.实验台 3.可控硅无级调速器 4.溢流板 8.滑动测量尺
9.测压管 10.实验管道
11.测压点 12.毕托管
5.稳水孔板
6.恒压水箱
7.测压计
13.实验流量调节阀
说明：
本仪器测压管有两种：
1．毕托管测压管（表2.1中标*的测压管）。用以测读毕托管探头对准点的总水头
pu2pν2H?(?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），
γ2gγ2g 5
它的水头线只能定性表示总水头变化趋势；
2．普通（表2.1中未标*者），用以定量量测测压管总水头。
实验流量用阀13调节，流量由体积时间法（量筒、秒表另备）、重量时间法（电子称另备）或电测法测量（一下实验类同）。
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)
pi?ivi2p1?1v12Z1???Zi???hw1?i
γ2gγ2g取?1??2???n?1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出Z?p值，测出通过管路γ?v2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。
2g四、实验方法与步骤?
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）测压管水头线和总水头线的变化趋势；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。? 五、实验成果及要求 1．记录有关常数
均匀段D1? cm；缩管段D2? cm；扩管段D3? cm； 水箱页面高程?0? cm；
表2.1 测点编号 管径记录表 1* 2 3 管径 (cm) 两点距离(cm) 4 4 6 6 4 5 6* 7 4 8* 9 13.5 10 11 6 12* 13 10 14* 15 29 16* 17 16 18* 19 16 上管道轴线高程?z? cm；
注：（1）测点6、7所在断面内径为D2，测点16、17为D3，其余为D1。
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（2）标“*”者为毕托管测点（测点编号见图2.2）
（3）测点2、3为直管均匀流段同一断面上的两个测点，10、11为弯管非均匀流段同一断面上的两个测点。
2．量测Z?p并记入表2.2。 γp）数值表 γ4 5 7 （基准面选择在标尺的零点上）
体积 (cm3) 单位：cm 时间 (s) Q(cm3/s) 表2.2 测点编号 实验次序 1 2 3
测记（Z?2 3 9 10 11 13 15 17 19 3.计算流速水头和总水头。
4．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（轴向尺寸参见表2.1） 提示：
1．P-P线依表2.2数据绘制，其中测点10、11、13数据不用；
2．E-E线依表2.3（2）数据绘制，其中测点10、11、13数据不用； 3．在等直径管段E-E与P-P线平行。 六、实验成果分析与讨论
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 ？
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．由毕托管测量显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都有差异，试分析其原因。
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实验三 不可压缩流体恒定流动量定律实验
一、实验目的要求
1．验证不可压缩流体恒定流的动量方程；
2．通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研究，进一步掌握流体动力学的动量守恒定理；
3．了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。 二、实验装置
本实验的装置如图3.1所示。
图3.1 动量定律实验装置图
1.自循环供水器 2.实验台 3.可控硅无级调速器 4.水位调节阀 5.恒压水箱 6.管嘴 7.集水箱 8.带活塞的测压管 9.带活塞和翼片的抗冲平板 10.上回水管
自循环供水装置1由离心式水泵和蓄水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节均由调速器3控制。水流经供水管供给恒压水箱5，溢流水经回水管流回蓄水箱。流经管嘴6的水流形成射流，冲击带活塞和翼片的抗冲击板9，并以与入射角成90o的方向离开抗冲压板。抗冲压平板在射流冲力和测压管8中的水压力作用下处于平衡状态。活塞形心水深hc可由测压管8测得，由此可求得射流的冲力，即动量力F。冲击后的弃水经集水箱7汇聚后，再经上回水管10流出，最后经漏斗和下回水管流回蓄水箱。
为了自动调节测压管内的水位，以使带活塞的平板受力平衡并减小摩擦阻力对活塞的影响，本实验装置应用了自动控制的反馈原理和动摩擦减阻技术，其构造如下：
带活塞和翼片的抗冲击平板9和带活塞套的测压管8如图3.2所示，该图是活塞退出活塞套时的
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分部件示意图。活塞中心设有一细导水管a，进口端位于平板中心。出口端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。在平板上设有翼片b，活塞套上设有窄槽c。
c ?y v 2 b a fx ?Q vD 1 p
? v2
x
图3.2 图3.3
工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管a向测压管内加水。当射流冲击力大于测压管内水柱对活塞的压力时，活塞内移，窄槽c关小，水流外溢减少，使测压管内水位升高，水压力增大。反之，活塞外移，窄槽开大，水流外溢增多，使测压管内水位降低，水压力减小。在恒定射流冲击下，经短时段的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。这时活塞处在半进半出、窄槽部分开启的位置，过a流进测压管的水量和过c外溢的水量相等。由于平板上设有翼片b，在水流冲击下，平板带动活塞旋转，因而克服了活塞在沿轴向滑移时的静摩擦力。
为验证本装置的灵敏度，只要在实验中的恒定流受力平衡状态下，人为地增减测压管中的液位高度，可发现即时改变量不足总液柱高度的?5‰（约0.5~1mm），活塞在旋转下亦能有效地克服动摩擦力而作轴向位移，开大或减小窄槽c，使过高的水位降低或过低的水位提高，恢复到原来的平衡状态。这表明该装置的灵敏度高达0.5%，亦即活塞轴向动摩擦力不足总动量力的5‰。
三、实验原理
恒定总流动量方程为
???F?ρQ(β2v2?β1v1)
取脱离体如图3.3所示，因滑动摩擦阻力水平分离fx?0.5%Fx，可忽略不计，故x方向的动量方程化为
Fx??pcA??γhc即
π2D?ρQ(0?β1v1x) 4β1ρQv1x?πγhcD2?0 4式中： hc——作用在活塞形心处的水深；
D ——活塞的直径； Q ——射流流量；
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