CN106448369A - 一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置，包括水箱部分、恒压器部分和测量部分；水箱部分，包括水箱(1)、出水管(2)；恒压器部分，包括恒压管(3)、密封塞(4)、通气孔(5)、出水阀(14)、恒压水箱(15)、平台(16)、总水阀(17)；通过水箱部分和恒压器部分产生恒定压力的水，向测量部分提供恒定压力的水，实现水流定常流动，得以验证伯努力方程所揭示的流体能量守恒规律。实验中不使用水泵持续供水，而采用一种恒压装置，在忽略水的粘滞阻力情况下实现水流的定常流动，没有噪音；实验中所需要水量很小，结构简单，实验仪器占用空间小，对环境条件要求低；实验中不需要电力设备，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种物理实验仪器，尤其涉及一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置。
背景技术
伯努利方程是流体力学中最基本最重要的方程，伯努利方程的验证在高等院校的理工科各专业都应是必开实验。但对于理想流体条件下的定常流动，流体中任何一点的压力，速度和密度等物理量都不随时间变化，需要在恒定水流，采用长流水工作的仪器，才能进行伯努力方程的验证实验。现有的伯努力方程实验仪都是采用水泵不间断的向具有固定高度(容量)的水箱供水，使得水流连续溢出，才能保证水箱内水位不变，实现恒压供水，存在的问题是：
1、水泵在实验前及实验中都必须处于工作状态，产生的噪音非常大，特别是在金属制成的水箱内，噪音更大。若是分组实验，几台仪器同时工作时，噪音淹没了讲话的声音，教师无法指导学生实验。
2、为保证水流从水箱连续溢出，需要水量很大，所需装置复杂，占用空间大。
3、需要电力驱动水泵，水与电力设备同时工作，安全性差。
由于上述原因，很多高校要么不具备开设伯努利方程实验的条件，或者有了伯努利方程实验仪，也不愿意开设该实验，仪器被闲置。
发明内容
本发明的目的是提供一种水流自动恒压的伯努力方程实验装置，解决背景技术中的问题。即不使用水泵持续供水，而采用一种恒压装置，在忽略水的粘滞阻力情况下实现自动恒压供水，实现水流的定常流动，以验证伯努力方程所揭示的流体能量守恒定律。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置，如图1所示，由水箱部分、恒压器部分、测量部分共三个部分组成。
水箱部分，包括水箱1、出水管2。
水箱1为金属制成的圆筒形，侧面下部安装有出水管2。
恒压器部分，包括恒压管3、密封塞4、通气孔5、出水阀14、恒压水箱15、平台16、总水阀17。
所述的恒压水箱15为密闭的金属圆筒，顶部制成上凸的圆球面，球面中央最高处制成一个小的平台16，平台16上安装总水阀17，总水阀17通过水箱部分的出水管2和水箱1相连通；
在恒压水箱15的平台16上紧挨总水阀17处还设有一个向上突起的通气孔5，通气孔5用密封塞4塞紧密封，在密封塞4上插入恒压管3；
所述的恒压管3是内径约0.5cm的细玻璃管或细金属管，通过密封塞4插入恒压水箱15的内部，恒压管3的下端面距离恒压水箱15的底部高度不小于5cm，恒压管3的上端面高于总水阀17的上部。
恒压水箱15的底部安装出水阀14。
测量部分，包括静压头测管6、总压头测管7、流量计8、出口调节阀9、水桶10、水管11、粗水管12、连接管13。
所述的水管11为透明玻璃制成的水平设置的玻璃管，内径为1.4cm，中间带有部分内径为2.8cm的粗水管12，水管11左侧通过连接管13和出水阀14相连接，右端向下弯曲约10cm后再折回水平位置，通过流量计8、出口调节阀9到水管11右端面的水流出口。
所述的水管11上分为四个截面A、B、C、D，每个截面都分别安装静压头测管6和总压头测管7，如图3所示。
所述的水桶10上带有刻度，容积约在20-30升，置于出口调节阀9的下面。
所述的一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置使用时，工作物质是水或蒸馏水。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置，结构简单，没有噪音，实验中用水少，在任何位置都可以操作，不影响其他人工作。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的伯努力方程实验装置的恒压器部分结构图。
图3为本发明实施例提供的伯努力方程实验装置的测量部分示意图。
图中：1、水箱，2、出水管，3、恒压管，4、密封塞，5、通气孔，6、静压头测管，7、总压头测管，8、流量计，9、出口调节阀，10、水桶，11、水管，12、粗水管，13、连接管，14、出水阀，15、恒压水箱，16、平台，17、总水阀。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
1、调整伯努力方程实验装置至工作状态
让水流充满箱体、管路的各个部分，而且中间不得有气泡存留，按如下步骤进行：
(1)打开总水阀17，关闭出水阀14，向水箱1及恒压水箱15加水，当恒压水箱15加满水之后，关闭总水阀17继续加水直至水箱1也加满水为止。
因为恒压水箱3顶部制成上凸的圆球面，在球面最高处小平台16上通过出水管2和水箱1相连通，所以在恒压水箱15内会充满水而不会有空气存留。
(2)关闭出口调节阀9，打开出水阀14，水流由连接管13流入水管11并进入静压头测管6、总压头测管7，然后逐渐打开出口调节阀9，水流经过流量计8流进水桶10内，此时轻弹水管11各部位，将气泡全部排出，观察恒压管及各测压管内液面平齐，各管路没有空气气泡阻隔，水流畅通后，再依次关闭出口调节阀9、出水阀14及总水阀17，并将水桶8内积水倒回主水箱1，做好了实验前的准备工作。
2、自动恒压供水过程
本发明的一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置，通过水箱部分和恒压器部分产生恒定压力的水，向测量部分的水管11中提供恒定压力的水，实现水流定常流动，得以验证伯努力方程所揭示的流体能量守恒规律。
当恒压水箱15内充满水后，关闭总水阀17，打开出水阀14、出口调节阀9让水流出，插入恒压水箱15内部的恒压管3内的水位迅速下降到恒压管下端口位置，并在此位置保持不变。然后恒压水箱15内的水经出水阀14流入水管11。恒压水箱15内的水位是在逐渐下降的，但恒压管3下端部水面压强始终等于大气压强，所以在恒压水箱15内的水位下降到恒压管3下部端口之前，出水阀14处的压强始终取决于恒压管3的下端面到恒压水箱15的底部高度，即出水阀14处输出的是恒定压力的水流，使得水管9内的水流近似为定常流动。
3、实验过程
(1)关闭总水阀17，打开出水阀14、出口调节阀9让水流出，待恒压管3内的水面下降到恒压管3底部管口(一般只需1-2秒的时间)后，观察流量计8的读数，调节出口调节阀9使得流量控制在5升/分钟。
(2)在流体流动过程中，用静压头测管6、总压头测管7测量管路中流体流动过程中各点的能量变化。
观察并记录A、B、C、D各截面上静压头测管6、总压头测管7的水头高度，依据伯努力方程，即可解释各静压力水头、总压力水头的量值关系及其相互转换关系。
第一次测量完成后，将水桶10内的水倒回水箱1，并将恒压水箱15加满水，准备下一次测量用。
(3)调节出口调节阀8，使得流量减半后重复上述观察与测量。
比较不同流量下各测压管的水头高度，可以直观看出沿程的能量损失，以及总能量损失与流量、流速的关系。在水管11的直径发生变化(粗水管12部分)时可以得出在突然扩大、突然缩小管路直径处动能与静压能的转换。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置具有如下特点：
不使用水泵持续供水，而采用一种恒压装置，在忽略水的粘滞阻力情况下实现水流的定常流动，以验证伯努力方程，没有噪音。
实验中所需要水量很小，结构简单，实验仪器占用空间小，对环境条件要求低。
实验中不需要电力设备，安全可靠。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置，包括水箱部分，恒压器部分及测量部分，通过水箱部分和恒压器部分产生恒定压力的水，向测量部分提供定常流动的水流，其特征在于：
水箱部分包括水箱(1)、出水管(2)；
所述的水箱(1)为金属制成的圆筒形，侧面下部安装有出水管(2)；
恒压器部分包括恒压管(3)、密封塞(4)、通气孔(5)、出水阀(14)、恒压水箱(15)、平台(16)、总水阀(17)；
所述的恒压水箱(15)为密闭的金属圆筒形，顶部制成上凸的圆球面，球面中央最高处制成一个小的平台(16)，平台(16)上安装总水阀(17)，总水阀(17)通过水箱部分的出水管(2)和水箱(1)相连通；
在恒压水箱(15)的平台(16)上紧挨总水阀(17)处还设有一个带有向上突起的通气孔(5)，通气孔(5)用密封塞(4)塞紧密封，在密封塞(4)上插入恒压管(3)；
所述的恒压水箱(15)的底部安装出水阀(14)。
2.根据权利要求1所述的一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置，其特征在于，所述的恒压管(3)是内径约0.5cm的细玻璃管或细金属管，通过密封塞(4)插入恒压水箱(15)的内部。
3.根据权利要求1所述的一种自动恒压供水的伯努力方程实验装置，其特征在于，所述的恒压管(3)的下端面距离恒压水箱(15)的底部高度不小于5cm，恒压管(3)的上端面高于总水阀(17)的上部。
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