通过柏努利实验,可清楚地看出理想流体在流动过程中三种能量形式的互相转换,但三者之和为一常数。
对已铺设的管路,各截面的几何高度和管径已定,各截面的位能 z 是不可能改变的,各截面的动能 u 2 /2 g 受管径的约束,唯有势能 p / ρg 可根据具体情况的变化而变化。因此,通过该实验可让学生深刻领会柏努利方程就是流体在管路流动时的压力变化规律。
图2-1 柏努利演示实验装置图
1.将水箱中灌满水,打开调节阀便可观察到玻璃管中的水位高度。
2.每根玻璃管中的水位高度由上图所示。
请结合实验结果,讨论在实际流体和理想流体模型中,不同管径中流体的液面高度的变化,并应用柏努利方程加以解释。
1.学会用理论原理解释实验现象。
2.学习演示装置的操作。
3.掌握层流和湍流的实验现象分析。
1.流体流动形态有两种类型:层流、湍流。
2.层流(滞流):当流速不大时,墨水在玻璃管中央沿轴做平行而有规律的直线运动,与管中主体水流不相混,这种流动形态称为层流,此时的雷诺准数是小于2000的。
3.过渡流:当流速增大到某一值时,墨水开始波动以至骚乱,并有可能进一步与管中主体水流混合,这种流动形态称为过渡流。过渡流不算独立的流动形态,此时的雷诺准数是大于2000而小于4000的。
4.湍流(紊流):当流速继续增大,墨水流出小口后就迅速与管中主体水流混合,这种流动形态称为湍流,此时的雷诺准数是大于4000的。
雷诺准数 R e = dρu / μ 。
d 指的是管路的内径, ρ 指的是流体的密度, u 指的是流体在管内流动的平均速度, μ 指的是流体的黏度。
1.向高位水箱注水。
2.关闭入水阀门静置,待气泡消失,打开出水阀门。
3.打开墨水阀门观察水流状态。
4.记录流速与状态关系。
表2-4 实验结果
将测得的数据填入表2-4中,根据雷诺准数的计算公式,计算雷诺准数,并结合实验现象分析流体的流动形态。