伯努利方程仿真實驗
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- 伯努利方程仿真實驗流動的流體具有三種機械能:位能,動能和靜壓能,這三種能量可以相互轉換。在沒有摩擦損失且不輸入外功的情況下,流體在穩定流動中流過的各界面上的機械能總和是相等的。
在有摩擦而沒有外功輸入時,任意兩截面間的機械能的差即為摩擦損失。
機械能可用測壓管中液柱的高度來表示,當活動測頭的小孔正對水流動方向時,測壓管中的液柱高度 即為總壓頭(即動壓頭,靜壓頭與位壓頭的和)。
當活動測頭的小孔軸線垂直于水流方向時,測壓管中液柱的高度為靜壓頭與位壓頭之和。所以若令位壓頭(所測管截面的中心與儀器角鐵表面的垂直距離)為 ,靜壓頭為 ,動壓頭為 ,總壓頭為 。
則:
二、實驗設備
實驗流程如圖1所示,由水泵、貯水槽、高位槽、測量管、調節閥及探針組成。
貯水槽中的清水經水泵打入高位槽中,在其中一部分清水流入測量管內進行實驗,其余則經溢流堰分流后回到貯水槽內,使高位槽保持恒定液位,為流體提供恒定的壓頭。
測量管路由細直管(內徑12mm,長200mm )、縮口粗管(中部內徑22mm,出口內徑12mm,長200mm)及不等高管(內徑12mm,長200mm,有兩個45o彎折,出口和入口的高度差120mm)三段管路組成。
對于管徑不同的管路,管內流速將不同,其動能也將不同;對于不等高管路,不同位置處的勢能也將發生變化。因此,當流體在管內流動時,可以觀測其不同點處的能量變化,探求并驗證能量守恒關系。
圖1 能量轉化實驗流程示意圖
1、2、3、4 測壓管 5、水流量調節閥 6、水箱 7、循環水泵 8、上水槽
探針為一垂直放置于流體流動方向的細管,下端封閉,在側面開有一個小孔,且小孔與上部的手柄方向一致,當小孔朝向流體流動的方向時,其測量原理與畢托管相似,該點處的動壓頭可轉化為靜壓頭,從而由測壓管一同測得,此時,測壓管的讀數即為流體在該點處的總壓頭。若旋動手柄,將小孔垂直于流動方向,所測得的僅是流體的靜壓頭與位壓頭之和,而無法測量動壓頭,故兩次測量結果之差即為該點的動壓頭。...