專利名稱：自循環(huán)伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及實(shí)驗(yàn)量測儀器，尤其涉及一種自循環(huán)伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
伯努利方程即為不可壓縮液體恒定流的能量方程，是水力學(xué)與流體力學(xué)三大重要方程之一，其物理意義是水流從一個(gè)斷面流到另一個(gè)斷面過程中，單位重液體的位能、壓能、動(dòng)能是可以相互轉(zhuǎn)換的，但前一個(gè)斷面的單位總機(jī)械能應(yīng)等于后一斷面的單位總機(jī)械能與兩斷面之間流體的能量損失之和，能量損失以熱能的形式耗散了，因此與其他三項(xiàng)能量之間的轉(zhuǎn)換是不可逆的。伯努利方程教學(xué)實(shí)驗(yàn)是水力學(xué)與流體力學(xué)重要教學(xué)內(nèi)容之一。
伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀是專門用于進(jìn)行伯努利方程實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器。然而傳統(tǒng)的伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀存在著一定弊端其一，實(shí)驗(yàn)必須在恒壓條件下進(jìn)行，為有一恒壓水位，必需有一個(gè)較大型的供水系統(tǒng)和溢流系統(tǒng)，占地面積大；其二，受振動(dòng)干擾較大，水體一時(shí)難以達(dá)到穩(wěn)定；其三，管路復(fù)雜，操作煩瑣，不便于進(jìn)行現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種自循環(huán)伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀。
它具有自循環(huán)供水器、在自循環(huán)供水器內(nèi)設(shè)有水泵，水泵由可控硅無級調(diào)速器控制，恒壓水箱置于實(shí)驗(yàn)臺上，恒壓水箱與實(shí)驗(yàn)管道相接，實(shí)驗(yàn)管道尾部設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥，實(shí)驗(yàn)管道出口下設(shè)自循環(huán)回水裝置，恒壓水箱與自循環(huán)供水器通過上水管和下水管連接，恒壓水箱內(nèi)設(shè)有溢流板、穩(wěn)水板，穩(wěn)水板側(cè)向開有穩(wěn)水孔，溢流板和穩(wěn)水板將恒壓水箱內(nèi)劃分為溢流區(qū)、穩(wěn)水區(qū)和恒壓區(qū)。實(shí)驗(yàn)管道上依次布置有多個(gè)靜壓測點(diǎn)、多個(gè)畢托管總壓測點(diǎn)，各靜壓測點(diǎn)、畢托管總壓測點(diǎn)分別通過連通管與測壓架內(nèi)各對應(yīng)測壓管相連，測壓架上設(shè)有滑尺。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1)一改以往結(jié)構(gòu)龐大的作法，將其整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)縮小簡化，操作簡便直觀，且適合于現(xiàn)代教學(xué)要求，同時(shí)也節(jié)省了實(shí)驗(yàn)布置場地；2)運(yùn)用新型測壓系統(tǒng)，容易操作，方便精確；3)采用了獨(dú)立自循環(huán)恒壓供水系統(tǒng)，重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)水體，節(jié)約資源。


附圖是自循環(huán)伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
自循環(huán)伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于它具有自循環(huán)供水器1、在自循環(huán)供水器內(nèi)設(shè)有水泵，水泵由可控硅無級調(diào)速器3控制，恒壓水箱5置于實(shí)驗(yàn)臺2上，依次與實(shí)驗(yàn)管道13相接，實(shí)驗(yàn)管道13尾部設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥17，實(shí)驗(yàn)管道13出口下設(shè)自循環(huán)回水裝置4，恒壓水箱5與自循環(huán)供水器1通過上水管和下水管連接，恒壓水箱5內(nèi)設(shè)有溢流板7、穩(wěn)水板6，穩(wěn)水板6側(cè)向開有穩(wěn)水孔，溢流板7和穩(wěn)水板6將恒壓水箱內(nèi)劃分為溢流區(qū)8、穩(wěn)水區(qū)9和恒壓區(qū)10。實(shí)驗(yàn)管道13上依次布置有多個(gè)靜壓測點(diǎn)11、多個(gè)畢托管總壓測點(diǎn)12，各靜壓測點(diǎn)11、畢托管總壓測點(diǎn)12分別通過連通管與測壓架14內(nèi)各對應(yīng)測壓管16相連，測壓架14上設(shè)有滑尺15。
本實(shí)用新型的工作過程是開啟水泵對恒壓水箱供水，并保持溢流，供水恒壓水頭下，水體流經(jīng)實(shí)驗(yàn)管道，流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)流量，通過測壓系統(tǒng)測得實(shí)驗(yàn)管道沿程各個(gè)斷面測壓管水頭及總水頭，驗(yàn)證伯努利方程。
實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n個(gè)過水?dāng)嗝?。可以列出進(jìn)口斷面(1)至另一斷面(i)的能量方程式(i＝2，3，…，n)z1+p1γ+α1v122g=zi+piγ+αivi22g+hw1-i]]>式中z代表液體從某一點(diǎn)基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢能(簡稱位能)，稱為位置水頭； 代表液體相對于壓強(qiáng)為大氣壓的液體來說具有的壓強(qiáng)勢能(簡稱壓能)，稱為壓強(qiáng)水頭；而 反映了液體所具有的總勢能，它正好等于該點(diǎn)上測壓管水面的高度，故稱為測壓管水頭； 代表液體所具有的動(dòng)能，稱為流速水頭。
取α1＝α2＝α3＝…＝αn＝1，選好基準(zhǔn)面，從已設(shè)置的各斷面的測壓管中讀出z=pγ]]>值，測出通過管路的流量，即可計(jì)算出斷面平均流速υ及 從而可得到各斷面測管水頭和總水頭。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)驗(yàn)證同一靜止液體的測壓管水頭線是根水平線。
閥門全關(guān)時(shí)，19個(gè)測點(diǎn)都為測壓點(diǎn)。可以看到19根測壓管的液面連線是一根水平線。證明了在同一靜止液體內(nèi)Z+pγ=const.]]>而這時(shí)的滑尺讀數(shù)值就是水體在流動(dòng)前所具有的總能頭。
(2)觀察不同流速下，某一斷面上水力要素變化規(guī)律。
逐漸開大閥門，觀察某一斷面，如測點(diǎn)9所在的斷面。測管9的液面讀數(shù)為h9，h9=Z9+p9γ,]]>是該斷面的測壓管水頭。測管8的讀數(shù)h8，h8=Z8+p8γ+v822g,]]>是測點(diǎn)的總水頭。而h8與h9之差Δh8-9即為測點(diǎn)的流速水頭，即比動(dòng)能。實(shí)驗(yàn)顯示，流速越大，水流流到該斷面時(shí)的剩余能量越小，勢能h亦越小，動(dòng)能Δh8-9則越大。這說明水箱中液體的勢能有部分轉(zhuǎn)換成了動(dòng)能和水頭損失，流速越大，這種轉(zhuǎn)換關(guān)系就越明顯。
(3)驗(yàn)證均勻流斷面上，靜水壓強(qiáng)按動(dòng)水壓強(qiáng)規(guī)律分布。
觀察測管2和3。盡管二測點(diǎn)的位置高度不同，但測管的液面高度還是相同的，說明能量方程推導(dǎo)中引用Z+pγ=const]]>這一條件，已得到驗(yàn)證。
(4)觀察沿流程總能坡線的變化規(guī)律。
加大開度，使接近最大流量時(shí)，繼續(xù)后面的實(shí)驗(yàn)。
縱觀帶畢托管的測點(diǎn)1、6、8、12、14、16、18的測管水位(實(shí)驗(yàn)時(shí)可加顏色水，使其顏色與普通測壓管內(nèi)水柱顏色相區(qū)別，如加入紅藥水，使這些管呈紅色)，顯見，各測管的液面沿流程是逐漸降低而沒有升高的，說明總能量沿流程只會減少，不會增加，能量損失是不可能逆轉(zhuǎn)的。
再看這些測管中每兩測管間的水位差。這個(gè)水位差是兩測點(diǎn)間的水頭損失?，F(xiàn)把Δh1-6與Δh6-8作比較，發(fā)現(xiàn)Δh6-8＞＞Δh1-6，而6-8是漸擴(kuò)段，1-6是漸縮段，因此表明了漸擴(kuò)段的局部水頭損失顯著大于漸縮段。局部水頭損失從Δh14-16和Δh16-18的水頭差值，也顯示出同樣的規(guī)律。要了解局部水頭損失的機(jī)理，最好能結(jié)合流動(dòng)演示儀觀察。在流動(dòng)演示儀上明顯看到，漸擴(kuò)段出現(xiàn)了劇烈的旋渦區(qū)域，而漸縮段則看不到有旋渦產(chǎn)生。旋渦，就是產(chǎn)生局部水頭損失的根源。
(5)觀察測壓管水頭線的變化規(guī)律。
縱觀測壓點(diǎn)2、4、5、7、9、13、17、19的測壓管水位，顯然，這些測壓管的液面沿流程有降低的也有升高的，表明測壓管水頭線沿流程可升也可降。
再看這些測管中每兩管間的測管水位差。從2、4、5點(diǎn)，可看出沿程水頭損失的變化規(guī)律，距離相等，損失也相同，能坡線平行于這三個(gè)液面的連線，是一條斜直線，表明水力坡度相等。從5、7二點(diǎn)看，從測管5到測管7，測管液位發(fā)生了陡降，這里的管徑是由大到小的，這正表明水流從測點(diǎn)5流到測點(diǎn)7時(shí)，有部分壓力勢能轉(zhuǎn)化成了流速動(dòng)能。而從測管7和測管9又看到測管水位回升了，這正和前面相反，說明有部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成了壓力勢能。這就清楚驗(yàn)證了動(dòng)能和勢能之間是可以互相轉(zhuǎn)化的，因而是可逆的。同樣，測管15與17以及17與19也說明了這個(gè)現(xiàn)象。再從測點(diǎn)9與15可看出位能和壓能的轉(zhuǎn)換關(guān)系。測點(diǎn)9的位能較大，壓能很小，而測點(diǎn)15的位能很小了，壓能卻比9點(diǎn)更大，由于二者的流速水頭相等，這就說明測點(diǎn)9處的位能有部分沿流損失掉了，另有部分轉(zhuǎn)換成了壓能。
權(quán)利要求1.一種自循環(huán)伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于它具有自循環(huán)供水器(1)、在自循環(huán)供水器內(nèi)設(shè)有水泵，水泵由可控硅無級調(diào)速器(3)控制，恒壓水箱(5)置于實(shí)驗(yàn)臺(2)上，恒壓水箱(5)與實(shí)驗(yàn)管道(13)相接，實(shí)驗(yàn)管道(13)尾部設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥(17)，實(shí)驗(yàn)管道(13)出口下設(shè)自循環(huán)回水裝置(4)，恒壓水箱(5)與自循環(huán)供水器(1)通過上水管和下水管連接，恒壓水箱(5)內(nèi)設(shè)有溢流板(7)、穩(wěn)水板(6)，穩(wěn)水板(6)側(cè)向開有穩(wěn)水孔，溢流板(7)和穩(wěn)水板(6)將恒壓水箱內(nèi)劃分為溢流區(qū)(8)、穩(wěn)水區(qū)(9)和恒壓區(qū)(10)。實(shí)驗(yàn)管道(13)上依次布置有多個(gè)靜壓測點(diǎn)(11)、多個(gè)畢托管總壓測點(diǎn)(12)，各靜壓測點(diǎn)(11)、畢托管總壓測點(diǎn)(12)分別通過連通管與測壓架(14)內(nèi)各對應(yīng)測壓管(16)相連，測壓架(14)上設(shè)有滑尺(15)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種自循環(huán)伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于它具有自循環(huán)供水器、在自循環(huán)供水器內(nèi)設(shè)有水泵，水泵由可控硅無級調(diào)速器控制，恒壓水箱置于實(shí)驗(yàn)臺上，依次與實(shí)驗(yàn)管道相接，實(shí)驗(yàn)管道尾部設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥，實(shí)驗(yàn)管道出口下設(shè)自循環(huán)回水裝置，恒壓水箱與自循環(huán)供水器通過上水管和下水管連接，恒壓水箱內(nèi)設(shè)有溢流板、穩(wěn)水板，穩(wěn)水板側(cè)向開有穩(wěn)水孔，溢流板和穩(wěn)水板將恒壓水箱內(nèi)劃分為溢流區(qū)、穩(wěn)水區(qū)和恒壓區(qū)。實(shí)驗(yàn)管道上依次布置有多個(gè)靜壓測點(diǎn)、多個(gè)畢托管總壓測點(diǎn)，各靜壓測點(diǎn)、畢托管總壓測點(diǎn)分別通過連通管與測壓架內(nèi)各對應(yīng)測壓管相連，測壓架上設(shè)有滑尺。本實(shí)用新型一改以往結(jié)構(gòu)龐大的作法，將其整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)縮小簡化，采用了獨(dú)立自循環(huán)恒壓供水系統(tǒng)，操作簡便直觀，且適合于現(xiàn)代教學(xué)要求，同時(shí)也節(jié)省了實(shí)驗(yàn)布置場地。
文檔編號G01M10/00GK2729678SQ200420091079
公開日2005年9月28日 申請日期2004年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者毛根海, 陳少慶, 胡衛(wèi)紅, 章軍軍, 楊敏麗, 胡云進(jìn) 申請人:浙江大學(xué)