CN106485990B - 一种伯努力方程实验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种伯努力方程实验仪，包括水箱部分、恒压器部分和测量部分；水箱部分包括主水箱(1)、水桶(8)、出水阀(14)、副水箱(15)、总水阀(16)、连接管(17)；恒压器部分包括密封塞(2)、恒压管(3)、出水管(11)、密封瓶(12)、进水管(13)；测量部分包括静压头测管(4)、总压头测管(5)、流量计(6)、出口调节阀(7)、水管(9)、粗水管(10)。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，尤其涉及一种伯努力方程实验仪。
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实验仪器，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：
一种伯努力方程实验仪，如图1所示，由水箱部分，恒压器部分及测量部分三个部分组成。
水箱部分：包括主水箱1、水桶8、出水阀14、副水箱15、总水阀16、连接管17。
主水箱1的底部通过连接管17与副水箱15顶部相连接，在连接管17上设有总水阀16；
所述的副水箱15为密闭的金属圆筒，顶部制成上凸的圆球面，球面最高处通过连接管17和主水箱1相连通，底部安装出水阀14。
恒压器部分：包括密封塞2、恒压管3、出水管11、密封瓶12、进水管13。
密封瓶12瓶口用密封塞2塞紧密封，在密封塞2上通过进水管13将密封瓶12和副水箱15底部的出水阀14连通，恒压管3也通过密封塞2插入密封瓶12内部。
在密封瓶12的侧面底部和出水管11相连通，向测量部分输入定常流动的水流。
所述的密封瓶12为透明玻璃制成，直径为15-20cm，高为30-40cm。
所述的恒压管3是内径约0.5cm的细玻璃管，恒压管3的上端部高于总水阀16，下端部距离密封瓶12的底部高度不小于10cm。
所述的副水箱15的底部和密封塞2的顶部高度平齐。
测量部分：包括静压头测管4、总压头测管5、流量计6、出口调节阀7、水管9、粗水管10。
所述的水管9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10，水管9左侧和出水管11相连接，右端通过粗水管10、流量计6、出口调节阀7到水管9右端面的水流出口。
所述的水管9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4和总压头测管5，如图2所示。
所述的水桶8上带有刻度，置于出口调节阀7的下面。
所述的一种伯努力方程实验仪使用时，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伯努力方程实验仪，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伯努力方程实验仪的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的一种伯努力方程实验仪的测量部分示意图。
图中：1、主水箱，2、密封塞，3、恒压管，4、静压头测管，5、总压头测管，6、流量计，7、出口调节阀，8、水桶，9、水管，10、粗水管，11、出水管，12、密封瓶，13、进水管，14、出水阀，15、副水箱，16、总水阀，连接管17。
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仪至工作状态
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16，关闭出水阀14，向主水箱1及副水箱15加入约40升的水，因为副水箱15顶部制成上凸的圆球面，球面最高处通过连接管17和主水箱1相连通，所以在副水箱15内会充满水而不会有空气存留。
(2)关闭出口调节阀7，打开出水阀14，水流由进水管13流入密封瓶2以及经过出水管11流入水管9。因为出口调节阀7关闭，所以水流流进密封瓶12，并流经水管9进入静压头测管4、总压头测管5，让水流充满密封瓶12。
(3)水流充满密封瓶12后，逐渐打开出口调节阀7，水流经过流量计6流进水桶8内，此时轻弹水管9各部位，将气泡全部排出后，关闭出口调节阀7，当水流再次充满密封瓶12后，即可关闭出水阀14、总水阀16，做好了实验前的准备。
恒压管3的上端部高于总水阀16，可以容易的将密封瓶12注满水，又不容易因操作不当使得水从恒压管3、静压头测管4、总压头测管5溢出。
将密封瓶的直径设计为为15-20cm，高为30-40cm，是因为实验中不能中途向密封瓶12内加水，所以如果实验中将出水阀14关闭，即仅用密封瓶12供水，可以确保在流量为5L/分钟的情况下，向测量部分提供恒定压力的水流1-2分钟，即需要在1-2分钟内完成一次观察与测量；如果实验中将总水阀16关闭，出水阀14打开，则副水箱15将成为密封瓶的一部分，则向测量部分提供恒压水流的时间视副水箱15的容积而定。
2、恒压供水过程
本发明的一种伯努力方程实验仪，通过水箱部分和恒压器部分产生恒定压力的水，向测量部分水管9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。
当密封瓶12内充满水后，关闭出水阀14，打开出口调节阀7让水流出，密封瓶12内恒压管3内的水位迅速下降到水管下端口位置，并在此位置保持不变。然后密封瓶12内的水经出水管11流入水管9。密封瓶12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，所以在密封瓶12内的水位下降到恒压管3下部端口之前，出水管11处的压强始终取决于恒压管3的下端面到密封瓶12的底部高度，即出水管11处得到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。
如果密封瓶12内恒压管3下端面以上部分的水量不够完成测量工作时，可以关闭总水阀16而打开出水阀14，这样副水箱15内的水就会成为密封瓶12内恒压水量的补充，只要确保副水箱内没有空气存留，就不会影响实验结果。
3、实验过程
(1)关闭总水阀16，打开出水阀14，然后逐渐打开出口调节阀7，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6的读数，调节出口调节阀7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4、总压头测管5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4、总压头测管5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8内的水倒回主水箱1，准备下一次测量用。
(3)调节出口调节阀7，使得流量控制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。
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伯努力方程实验仪具有如下特点：
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实用新型披露的技术范围内，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 (5)
1.一种伯努力方程实验仪，包括水箱部分，恒压器部分及测量部分，其特征在于：
水箱部分包括主水箱(1)、水桶(8)、出水阀(14)、副水箱(15)、总水阀(16)、连接管(17)；
主水箱(1)的底部通过连接管(17)与副水箱(15)顶部相连接，在连接管(17)上设有总水阀(16)；
副水箱(15)为密闭的金属圆筒，顶部制成上凸的圆球面，球面最高处通过连接管(17)和主水箱(1)相连通，底部安装出水阀(14)；
恒压器部分包括密封塞(2)、恒压管(3)、出水管(11)、密封瓶(12)、进水管(13)；
密封瓶(12)瓶口用密封塞(2)塞紧密封，在密封塞(2)上通过进水管(13)将密封瓶(12)和副水箱(15)底部的出水阀(14)连通，恒压管(3)也通过密封塞(2)插入密封瓶(12)内部；
密封瓶(12)的侧面底部和出水管(11)相连通，由出水管(11)向测量部分输入定常流动的水流。
2.根据权利要求1所述的一种伯努力方程实验仪，其特征在于，所述的密封瓶(12)用透明玻璃制成。
3.根据权利要求1所述的一种伯努力方程实验仪，其特征在于，所述的恒压管(3)是内径0.5cm的细玻璃管。
4.根据权利要求1所述的一种伯努力方程实验仪，其特征在于，所述的恒压管（ 3） 通过密封塞(2)插入密封瓶(12)内部后，恒压管(3)的上端部高于总水阀(16)，下端部距离密封瓶(12)的底部高度不小于10cm。
5.根据权利要求1所述的一种伯努力方程实验仪，其特征在于，所述的副水箱(15)的底部和密封塞(2)的顶部高度平齐。
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