实验一 压头转换实验

一、 实验目的

1. 理解留题流动中各种能量与压头的概念及其相互转换关系，进而掌握柏

努利方程；

2. 观察流速与压头的变化规律

二、 实验原理

1. 流体在流动时具有三种机械能，即（1）位能、（2）动能、（3）静压能。

这三种能量可以相互转换。当管路条件（如位置高低、管径大小）改变时，他们便不断地自行转换。如果粘度为零的理想流体，因为不存在因摩擦和碰撞而产生的机械能损失，那么同一管路的任何二个截面上尽管三种机械能彼此不一定相等，但是这三种机械能的总和是相等的。

2. 对实际流体来说，则因为存在粘度，流动过程中总有一部分机械能因摩

擦碰撞而损失，即转化为热能了。而转化为热能的机械能在管路中是不能恢复的。这样，对实际流体来说，两个截面上机械能的总和则是不相等的，两者差额就是流体在两个截面之间因摩擦和碰撞转化为热的机械能。因此在进行机械能的衡算时，就必须讲这部分损失了的机械能加到第二个截面上面。

3. 上述几种机械能都可以用测压管中的一段液体柱的高度来表示。在流体

力学中，把表示各种机械能的液体柱高度称为压头。表示位能的称为位压头（H位）；表示动能的称为动压头（H动）；表示压力能的称为静压头（H静）；表示已损失的机械能称为损失压头（H损）。

4. 当测压管上的小孔与水流方向垂直时，测压管的液位高度（从测压孔算

起）即为静压头，它反映测压点处液体的静压强大小；测压孔处液体的位压头则有测压孔的几何高度决定。

5. 当测压管上的小孔正对水流方向时，测压管内液位将上升，上升的液体

高度，即为测压孔处流体动压头。它反映出该点处流体动能的大小。这时测压管中液柱高度则为静压头和动压头之和。

6. 任何两个截面之间，位压头、动压头和静压头三者总和之差即为损失压

头。它表示流体流经两个截面之间时机械能的损失。损失压头与流体的动压头、流过的导管长度及管径有关。其关系如下：

动压头越大，通过的管子越长，则压头损失越大，而管径增大则损失压

头减小。

三、 实验装置

实验装置由水槽、管路以及测压管三部分组成（见图1－1）。

水槽设有进水管与溢流管，用于保持液位恒定。

管路分为四段。由大小不同的两种规格的玻璃管组成，其中A截面的直径14mm；B截面的直径28mm；C截面、D截面的直径14mm；以D截面中心线为零基准面（即标尺为256毫米）ZD=153。 A截面和D截面的距离为103mm。

每段管路上设有二支玻璃的测压管，左边一支可测量该截面的静压头，右边

一支测压孔正对水流，可测动压头与静压头之和。

图1－1 压头转换实验装置

四、 实验步骤

1. 将低位槽灌有一定数量的水，关闭离心泵出口调节阀门及实验测试导管出口调节阀门而后启动离心泵。

2. 逐步开大离心泵出口调节阀当高位槽溢流管有液体溢流后，调节导管出口调节阀为全开位置。

3. 流体稳定后读取A、B、C、D截面静压头和冲压头并记录数据。 4. 关小导管出口调节阀重复步骤。

5. 分析讨论流体流过不同位置处的能量转换关系并得出结果。 6. 关闭离心泵，实验结束。

五、使用设备时应注意的事项：

1．不要将离心泵出口调节阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导

致高位槽液面不稳定。

2．当导管出口调节阀开大应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当开大泵出口调节阀。 3．导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．注意排除实验导管内的空气泡。

5．离心泵不要空转和出口阀门全关的条件下工作。

六、数据记录

水温：

（一）压头测量结果 H 项 位置 水流量 值 目 (m3/s) A B C D 正对 垂直 正对 垂直 正对 垂直 正对 垂直 次别 1 2 3 4 5

（二）流速计算 项动压头＋目 静压头位 （m） 置 点A 点B 点C 点D 静压头动压头点速度 平均流速 （m） （m） （m?s-1） （m?s-1） 按所测体积流量计算 五、 思考题

1. 当进水阀关闭时，各测量管内液位高度H有无变化？这一现象说明什

么？这一高度H的物理意义又是什么？

2. 用静力学原理分析截面C和截面D的静压头哪个大？为什么？ 3. 测压孔正对水流方向的测量管，其液位高度H’的物理意义是什么？