能量方程演示实验 、实验目的 观察恒定流情况下,水流所具的位置势能、压强势能和动能,以及 在各种边界条件下能量的守恒和转换规律,加深对能量方程物理意义的理 解 2、观察测压管水头线和总水头线沿程变化的规律,以及水头损失现象。 3、观察管流中的真空现象及渐变流过水断面与急变流过水断面上的动 水压强分布规律。 二、实验原理 实际液体在有压管道中作恒定流时,其能量方程如下: 72g=2+2+2 =1+P1+a11 h 上式表明:液体在流动过程中,液体所具有的各种机械能(单位位能 单位压能和单位动能)是可以相互转化的。但由于实际液体存在粘性,液体 运动时为克服阻力而要消耗一定的能量,也就是一部分机械能转化为热能而 散逸,即水头损失。因而机械能应沿程减小。 在均匀流或渐变流过水断面上,其动水压强分布符合静水压强分布规 z+2=c或p=P0+m 但不同的过水断面上c值不同。 在急变流过水断面上,由于流线的曲率较大,因此惯性力亦将影响过水 断面上的压强分布规律,即不符合静水压强分布规律。 三、实验设备 如图一所示的能量方程演示仪是自循环的水流系统,在进水管段设有转 子流量计,演示段由直管、突然扩大管、文丘里管、突然缩小管、虹吸管和 弯管等有机连接而成,在管道上沿水流方向上的若干过水断面的边壁设有测 压孔,在设置测压管的过水断面上同时装有单孔毕托管,可以测量测压管水 头和总水头。在管道的进出口设置有调节阀门来控制流量。 四、操作步骤和演示内容 1、熟悉设备,分辨测压管和毕托管。 接通电源
3 能量方程演示实验 一、实验目的 1、观察恒定流情况下，水流所具的位置势能、压强势能和动能，以及 在各种边界条件下能量的守恒和转换规律，加深对能量方程物理意义的理 解。 2、观察测压管水头线和总水头线沿程变化的规律，以及水头损失现象。 3、观察管流中的真空现象及渐变流过水断面与急变流过水断面上的动 水压强分布规律。 二、实验原理 实际液体在有压管道中作恒定流时，其能量方程如下： hw g p v z g p v z + + = + + + 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 上式表明：液体在流动过程中，液体所具有的各种机械能（单位位能、 单位压能和单位动能）是可以相互转化的。但由于实际液体存在粘性，液体 运动时为克服阻力而要消耗一定的能量，也就是一部分机械能转化为热能而 散逸，即水头损失。因而机械能应沿程减小。 在均匀流或渐变流过水断面上，其动水压强分布符合静水压强分布规 律： c p z + = 或 p = p0 + h 但不同的过水断面上 c 值不同。 在急变流过水断面上，由于流线的曲率较大，因此惯性力亦将影响过水 断面上的压强分布规律，即不符合静水压强分布规律。 三、实验设备 如图一所示的能量方程演示仪是自循环的水流系统，在进水管段设有转 子流量计，演示段由直管、突然扩大管、文丘里管、突然缩小管、虹吸管和 弯管等有机连接而成，在管道上沿水流方向上的若干过水断面的边壁设有测 压孔，在设置测压管的过水断面上同时装有单孔毕托管，可以测量测压管水 头和总水头。在管道的进出口设置有调节阀门来控制流量。 四、操作步骤和演示内容 1、熟悉设备，分辨测压管和毕托管。 2、接通电源
3、缓缓打开进水阀,反复开关尾阀将管道及测压管中空气排净。 4、调节进水阀,固定某一流量(以Q=1500Lh左右为宜,待水流稳定 后,根据能量方程观察管道各断面上单位重量水体的位能、压能、动能和水 头损失,并弄清能量守恒及位能、压能和动能的相互转化。 5、观察测压管水头线和总水头线沿程变化的规律,并分析其原因。 6、观察管道中各种局部水力现象,如突然扩大和突然缩小情况下的测 压管水头的变化;渐变流过水断面上各点测压管水头相等,而急变流过水断 面上各点的测压管水头不相等;虹吸管段上的真空现象等。 7、将尾阀开大和关小,观察各测压管水面连线的变化 8、演示结束后,切断电源。 五、注意事项 1、阀门开启一定要缓慢,并注意测压管中水位的变化:不要使测压管 中的水上升过大,以免影响演示效果 2、演示实验时,一定要将管道和测压管中的空气排净 六、思考题 1、如何确定管中某点的位置高度、压强高度、流速水头、测压管水头 和总水头? 2、总水头线和测压管水头线是否总是沿程下降 3、突然扩大和突然缩小段测压管水头线是否总是上升? 4、文丘里管段上各断面的测压管水头变化说明了什么? 5、虹吸管段的最大真空值如何确定? 6、弯管凸凹边壁上的测压管水头有何差异?为什么?
4 3、缓缓打开进水阀，反复开关尾阀将管道及测压管中空气排净。 4、调节进水阀，固定某一流量(以 Q=1500 L/h 左右为宜)，待水流稳定 后，根据能量方程观察管道各断面上单位重量水体的位能、压能、动能和水 头损失，并弄清能量守恒及位能、压能和动能的相互转化。 5、观察测压管水头线和总水头线沿程变化的规律，并分析其原因。 6、观察管道中各种局部水力现象，如突然扩大和突然缩小情况下的测 压管水头的变化；渐变流过水断面上各点测压管水头相等，而急变流过水断 面上各点的测压管水头不相等；虹吸管段上的真空现象等。 7、将尾阀开大和关小，观察各测压管水面连线的变化。 8、演示结束后，切断电源。 五、注意事项 1、阀门开启一定要缓慢，并注意测压管中水位的变化；不要使测压管 中的水上升过大，以免影响演示效果。 2、演示实验时，一定要将管道和测压管中的空气排净。 六、思考题 1、如何确定管中某点的位置高度、压强高度、流速水头、测压管水头 和总水头？ 2、总水头线和测压管水头线是否总是沿程下降? 3、突然扩大和突然缩小段测压管水头线是否总是上升? 4、文丘里管段上各断面的测压管水头变化说明了什么? 5、虹吸管段的最大真空值如何确定? 6、弯管凸凹边壁上的测压管水头有何差异?为什么?
图一能量方程演示仪 1、测压排2、转子流量计3、泄水阀4、进水阀5、水箱6、水泵
5 图一 能量方程演示仪 1、测压排 2、转子流量计 3、泄水阀 4、进水阀 5、水箱 6、水泵
空化机理演示实验 实验目的 通过观察由本仪器所演示的空化发生和演变、流道体型对空化影响及常 温下水的沸腾现象,加深对空化和空蚀现象的认识。 二、实验原理 在液体流动的局部区域,或由于流速过高,或边界层分离,均会导致压 强降低,以致于降低到液体内部岀现气体(或蒸汽)空泡或空穴,这种现象 称为空化(也叫气穴)。空化现象发生后,液流的连续性遭到了破坏。气体 空泡随液体一起向下游运动,当压强增加一定程度时,液体会以极高的速度 向空泡内运动,气泡溃灭从而引起附近的固体边界的剥蚀破坏(称作空蚀或 气蚀),并产生噪声,结构振动、机械效率降低等。本实验利用髙速水流通 过流道改变的区域时将产生压强变化的原理来演示空化现象 实验设备 实验设备及各部分名称如图一所示 四、实验步骤及演示内容 、接通电源,打开阀门10。 、空化现象的演示:在流道①、②、③、④内观察水流运动现象,可 看到在流道①、②的喉部和流道③的闸门槽处出现乳白色雾状空云,这就是 空化现象,同时还可听到气泡溃灭的噪声。空化区的负压相当大,其真空度 可由真空表13(与流道②的喉颈处测压点相连)读出。在流道①、②喉颈 中部所形成的带游移状空化云,为游移型空化;在喉道出口处两边形成的附 着于转角两边较稳定的空化云,为附体空化;而发生于流道⑧中闸门槽(凹 口内)旋涡区的空化云,则为旋涡型空化。 3、空化机理:流动液体(以水为例)在标准大气压下,当温度升高至 100℃时沸腾,水体内产生大小不一的气泡,这就是空化。而当压强小于水 在此温度下的汽化压强时,水就要产生空化。先向空化杯9中注入半杯温水 压紧橡皮塞盖,然后与管咀8(杯两侧各1只)接通。在喉管负压作用下, 空化杯内的空气被吸出。真空表读数随之增大。当真空度接近10m水柱时, 杯中水就开始沸腾。这是常温水在低压下发生空化的现象。 4、流道体型对空化的影响:从流道①、②的空化对比看出:在阀门开 关相同的条件下,流道①的空化比流道②严重。从两种体型闸槽的空化看出: 流道③、④分别设有矩形槽和下游具有斜坡的流线形槽。在同等流量下,前 者空化程度大于后者。 5、实验结束,打开气塞12,将流道内水放空,防止流道内结垢。学期 结束,将水箱放空,并清洗水箱
6 空化机理演示实验 一、实验目的 通过观察由本仪器所演示的空化发生和演变、流道体型对空化影响及常 温下水的沸腾现象，加深对空化和空蚀现象的认识。 二、实验原理 在液体流动的局部区域，或由于流速过高，或边界层分离，均会导致压 强降低，以致于降低到液体内部出现气体（或蒸汽）空泡或空穴，这种现象 称为空化（也叫气穴）。空化现象发生后，液流的连续性遭到了破坏。气体 空泡随液体一起向下游运动，当压强增加一定程度时，液体会以极高的速度 向空泡内运动，气泡溃灭从而引起附近的固体边界的剥蚀破坏（称作空蚀或 气蚀），并产生噪声，结构振动、机械效率降低等。本实验利用高速水流通 过流道改变的区域时将产生压强变化的原理来演示空化现象。 三、实验设备 实验设备及各部分名称如图一所示。 四、实验步骤及演示内容 1、接通电源，打开阀门 10。 2、空化现象的演示：在流道①、②、③、④内观察水流运动现象，可 看到在流道①、②的喉部和流道③的闸门槽处出现乳白色雾状空云，这就是 空化现象，同时还可听到气泡溃灭的噪声。空化区的负压相当大，其真空度 可由真空表 13（与流道②的喉颈处测压点相连）读出。在流道①、②喉颈 中部所形成的带游移状空化云，为游移型空化；在喉道出口处两边形成的附 着于转角两边较稳定的空化云，为附体空化；而发生于流道⑧中闸门槽（凹 口内）旋涡区的空化云，则为旋涡型空化。 3、空化机理：流动液体（以水为例）在标准大气压下，当温度升高至 100℃时沸腾，水体内产生大小不一的气泡，这就是空化。而当压强小于水 在此温度下的汽化压强时，水就要产生空化。先向空化杯 9 中注入半杯温水， 压紧橡皮塞盖，然后与管咀 8（杯两侧各 1 只）接通。在喉管负压作用下， 空化杯内的空气被吸出。真空表读数随之增大。当真空度接近 10m 水柱时， 杯中水就开始沸腾。这是常温水在低压下发生空化的现象。 4、流道体型对空化的影响：从流道①、②的空化对比看出：在阀门开 关相同的条件下，流道①的空化比流道②严重。从两种体型闸槽的空化看出： 流道③、④分别设有矩形槽和下游具有斜坡的流线形槽。在同等流量下，前 者空化程度大于后者。 5、实验结束，打开气塞 12，将流道内水放空，防止流道内结垢。学期 结束，将水箱放空，并清洗水箱
五、注意事项 1、严格按照操作步骤进行实验。 2、空化杯中的温水不能用冷开水或蒸馏水等,而只能用新鲜自来水, 并在每次实验前更换新鲜水,以保证空化沸腾时的显示效果。 六、思考题 1、试述实际工程中所产生的空化和空蚀现象。 2、为什么在每次实验时空化杯中要注入新鲜自来水?用冷开水或蒸馏水 能否观察到空化沸腾现象?为什么? 图一空化机理实验仪示意图 1、流道①文氏型空化示意面 2、流道②渐缩空化显示面 3、流道③矩形闸门槽空化显示面 流道④流线型闸门槽空化流动显示面 5、流道显示柜6、测压点7、联接短管8、管咀9、空化杯 阀门 ①、②、③11、自循供水箱12、气塞13、真空表14、标牌
7 五、注意事项 1、严格按照操作步骤进行实验。 2、空化杯中的温水不能用冷开水或蒸馏水等，而只能用新鲜自来水， 并在每次实验前更换新鲜水，以保证空化沸腾时的显示效果。 六、思考题 1、试述实际工程中所产生的空化和空蚀现象。 2、为什么在每次实验时空化杯中要注入新鲜自来水?用冷开水或蒸馏水 能否观察到空化沸腾现象?为什么? 图一 空化机理实验仪示意图 1、流道①文氏型空化示意面 2、流道②渐缩空化显示面 3、流道③矩形闸门槽空化显示面 4、流道④流线型闸门槽空化流动显示面 5、流道显示柜 6、测压点 7、联接短管 8、管咀 9、空化杯 10、阀门 ①、②、③ 11、自循供水箱 12、气塞 13、真空表 14、标牌