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实验一 能量转换实验
一、实验目的
1、熟悉流体在流动过程中各种能量和水头的概念及其转换关系，加深对伯努利方程的理解；
2、观察流体流速随管径变化的规律。 二、实验原理
1、总水头的分析:
总水头为测压管水头与流速水头之和，任意两截面间的能量方程为
2p2v2p1v12Z2???Z1???Hf,1?2 。
?g2g?g2g图一所示实验装置中，从实验可以观测到B截面的总水头低于A截面的总水头，这符合伯努利方程。
2、A、B截面间压强水头的分析：
由于A、B两截面处于同一水平位置，B截面面积比A截面面积大。所以B截面处的流速比A截面处小。设流体从A截面流到B截面的水头损失为Hf,A?B,在截面间列伯努利方程。
22pAvApBvB??ZB???Hf,A?B ZA??g2g?g2gA、B两
ZA?ZB
22pBpAvAvB????Hf,A?B ?g?g2g2g2?A2?B2?A2?B即
A、B两截面处的压强水头之差，决定于2g?2g和Hf，A?B。当
2g?2g大
于Hf，A?B时，压强水头的增值为正，反之，压强水头的增值为负。
3、C、D截面间压强水头的分析：
出口阀全开时，由于C、D截面积相等,所以C、D两截面处的流速相等，即流速水头相等；设流体从C截面流到D截面的水头损失为Hf,C?D ，在C、D两截面间列伯努利方程。
22pCvCpDvDZC???ZD???Hf,C?D
?g2g?g2g1
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22vCvD? 2g2g
pDpC??ZC?ZD?Hf,C?D ?g?g即C、D两截面压强水头之差，决定于(ZC?ZD)和Hf,C?D。当(ZC?ZD)大于
Hf,C?D时，压强水头的增值为正，反之，压强水头的增值为负。
4、水头损失的计算：
以出口阀全开时，从C截面到D截面的水头损失Hf,C?D为例,在C、D两截面间
22pCvCpDvD??ZD???Hf,C?D 列伯努利方程得： ZC??g2g?g2g所以，水头损失的算法之一是用总水头来计算：
Hf,C?D22????pC?CpC?D????Z???Z??? ?C?g2g??D?g2g?????水头损失的算法之二是用测压管水头来计算：（?C??D） Hf,C?D?(ZC?三、实验装置与设备参数
1、设备参数 pCp)?(ZD?D) ?g?g 第一套 截面直径?mm? 以D截面中心 A B C D 为基准面?mm? ZD?0 14 28 14 14 ZA.、ZB、ZC?110 ZD?0 第二套 14 28 14 14 ZA.、ZB、ZC?120 2
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2、实验装置
测压管水头测量管总水头测量管高位水槽溢流离心泵出口调节阀回流阀低位水槽测试管出口调节阀离心泵 图一 能量转换实验装置图
四、实验方法与注意事项 1、实验方法：
（1）向低位水槽灌注一定数量的蒸馏水，关闭高位水槽进水调节阀门(离心泵出口调节阀)及实验测试管出口调节阀门，然后启动离心泵。
（2）逐步开大高位水槽进水调节阀，当高位水槽溢流管液体有一定溢流量后，调节测试管出口调节阀为全开位置，要保证高位水槽液面不下降。
（3）观察D截面处测压管水头测量管，在测试管出口调节阀全关位置和全开位置时的水柱高度差H。
（4）全开实验测试管出口调节阀，待流体稳定后读取A、B、C、D截面测压管水头和总水头的读数并记录数据。
（5）调节实验测试管出口调节阀，观察D截面处测压管水头的高度，使之稳定在
1H处，读取A、B、C、D截面测压管水头和总水头的读数并记录数据。 3（6）调节实验测试管出口调节阀，观察D截面处测压管水头的高度，使之稳定在2H处，读取A、B、C、D截面测压管水头和总水头的读数并记录数据。 3（7）全关实验测试管出口调节阀，读取A、B、C、D截面测压管水头和总水
头的读数并记录数据。
（8）实验结束，停止离心泵，关闭高位水槽进水调节阀门及实验测试管出口调节阀门，切断总电源。
2、注意事项：
(1)不要将高位水槽进水调节阀开得过大以免使水流冲击到高位水槽外面，同时导致高位水槽液面不稳定。
(2)当测试管出口调节阀开大时，应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下
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降时应适当开大高位水槽进水调节阀。
(3) 测试管出口调节阀须缓慢地关小，以免造成流量突然下降测压管中的水溢出管外。
(4)注意排除实验测试管内的空气泡。
(5)离心泵不要空转和在出口阀门全关的条件下工作。 五、实验数据记录
1、基本数据：使用的设备编号： 2、实验数据列表： 阀门操作 ?mm? h1 水柱 高度 A截面 HPA B截面 C截面 D截面 HAHPB HBHPC HCHPD HD 全开阀门 11阀门 (H) 3322关小阀门(H) 33关小全关阀门(H) h2 h3 h4 六、计算举例：由实验所测数据计算各截面处流速及沿流动方向上各截面间的水头损失。
七、实验结果分析与思考 1、全开阀门时：
（1）为什么HA﹥HPA，HB?HPB，HC?HPC，HD?HPD，物理意义是什么？
（2）为什么HA?HB?HC?HD，物理意义是什么？
（3）比较?HA与?HB（?HA?HA?HPA；?HB?HB?HPB），哪个大，为什么？两者之差的物理意义是什么？
（4）?HA与?HC，是否相等，为什么？
2、全关阀门时：
（1）A、B、C、D各点是否同高，为什么，物理意义是什么？ （2）比较C、D两点的测压管水头，哪个大？ 3、随着流量减少，各点的高度变化如何，为什么？
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