3.2 实验原理

水流运动也遵守能量守恒及其转化规律。如图3.1所示，运动着的水流具有三种形式的能量，即位能、压能和动能。水流在运动过程中，这三种形式的机械能可以互相转化，但是总的机械能是守恒的。

实际液体恒定总流的能量方程为

式中：z为位置水头；p/γ为压强水头；v²/（2g）为流速水头；h_w1-2为两个断面之间的水头损失。

图3.1 能量守恒与转换

由式（3.1）可以看出，能量方程表达了液流中机械能和其他形式的能量（主要是代表能量损失的热能）保持恒定的关系，总机械能在互相转化过程中，有一部分由于克服液流阻力转化为水头损失。机械能中势能和动能可以互相转化，互相消长，表现为动能增，势能减。如机械能中的动能不变，则位能和压能可以互相转化，互相消长，表现为位能减，压能增，或位能增，压能减。因此，能量方程的物理意义是总流各过水断面上单位重量液体所具有的势能平均值与动能平均值之和，即总机械能之平均值沿流程减小，部分机械能转化为热能而损失；同时，亦表示了各项能量之间可以相互转化的关系。其几何意义是：总流各过水断面上平均总水头沿流程下降，所下降的高度即为平均水头损失，同时，亦表示了各项水头之间可以互相转化的关系，平均总水头线沿流程下降，平均测压管水头线沿流程可以上升，也可以下降。