2005 向文英编写 实验四 沿程水头损失与局部水头损失实验 知识点： 层流和紊流；沿程水头损失；局部水头损失；突然扩大局部阻力系数；压差计。 一、实验目的与意义 1、加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随流速变化的规律； 2、掌握管道沿程阻力系数的量测技术及压差计的量测方法； 3、分析沿程阻力系数与雷诺数 的关系 ； e R 4、掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能； 5、验证圆管突然扩大局部阻力系数公式及突然缩小局部阻力系数经验公式； 6、加深对局部阻力损失机理的理解。 二、实验要求与测试内容 1、测压管水头的测定； 2、通过等压面原理分析压差值及能进行测压管水头差的量测； 3、水温测定并计算雷诺数； 4、采用时间体积法对管道实际通过的流量测定； 5、沿程阻力系数与损失的测算； 6、局部阻力系数与损失的测算。 三、实验原理 1、能量转换： w h g p z g p z =++?++ ) 2 () 2 ( 2 222 2 2 1 1 1 1 υα γ υα γ fj h g p z g p zh ?++?++= ) 2 () 2 ( 2 222 2 2 1 1 1 1 υα γ υα γ 2、沿程水头损失： gd l h f 2 2 υ λ= 沿程阻力系数： 2 2 υ λ l gd h f = 2005 向文英编写 层流： e R 64 =λ 紊流： ),( d Rf e Δ =λ 3、局部水头损失： g h j 2 2 υ ξ= 局部阻力系数： 2 2 υ ξ j gh = 突然扩大： ggg h j 222 )( 2 2 2 2 1 1 2 21 υ ξ υ ξ υυ == ? = 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 1 1 )1( )1( ?= ?= d d d d ξ ξ 突然缩小： )1(5.0 2 2 2 1 d d ?=ξ 式中： ——沿程水头损失； f h λ ——沿程阻力系数； ξ ——局部阻力系数 j h ——局部水头损失； 四、实验仪器与元件 实验仪器： 测压管、U 型测压管、差压计 仪器元件：自循环供水系统、水气压差计、滑动量尺、电测仪、水封器 流体介质：水、气 实验装置如图： 2005 向文英编写 放水阀 测压管 突然扩大与突然缩小 水箱 循环水泵 图 1 差压计 放水阀 水箱 空 气 气阀 循环水泵 图 2 五、实验方法与步骤 实验方法与操作步骤如下： 1、熟悉实验装置图 1、2 各部分功能，记录有关常数； 2、启动供水系统，检查测压管液面水位并排气； 3、调节阀门开度，逐级放大流量，待水位恒定后采用时间体积法测算流量，并计算管道 通过的流速； 4、量取水温，由此推求雷诺数； 5、各测压管液面读数（图 2）或压差计读数（图 1） ，分析计算沿程水头损失，并求取沿 程水头损失； 6、分析个断面总能量，由此推求局部水头损失，并求取局部阻力系数（实验装置图 1） 。 六、实验成果 表 1 断面能量转换测量成果 单位：cm 2005 向文英编写 1 断面 2断面 5 断面 流量 Q (cm 3 /s) 位 置 水 头 Z 压强 水头 γ p 流速 水头 g2 2 υ 总 水 头 H 位 置 水 头 Z 压强 水头 γ p 流速 水头 g2 2 υ 总 水 头 H 位 置 水 头 Z 压强 水头 γ p 流速 水头 g2 2 υ 总 水 头 H 表 2 沿程水头损失测量表 单位：cm 水 温 t o c 实际流 量 Q (cm 3 /s) 雷 诺 数 Re 3 点测压 管水头 γ 3 3 p z + 4 点测压 管水头 γ 4 4 p z + 3、4 断面 沿程 水头 损失 h f 5 点测压 管水头 γ 5 5 p z + 6 点测压 管水头 γ 6 6 p z + 5、6 断面 沿程 水头 损失 h f 沿 程 阻 力 系 数 表 3 局部水头损失测量表 单位：cm 1、2 断面局部水头损失 次 数 实际流 量Q 3 1 断面 2断面 沿 局 4、5 断面局部水头损失 2005 向文英编写 (cm 3 /s) 测 压 管 水 头 流 速 水 头 总 水 头 H 测 压 管 水 头 流 速 水 头 总 水 头 H 程 水 头 损 失 部 水 头 损 失 4 断 面 总 水 头 5 断 面 总 水 头 沿 程 水 头 损 失 局 部 水 头 损 失 局 部 阻 力 系 数 1 2 3 4 5 6 七、实验分析与讨论 1、 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失?如实验管道安装成倾斜， 是否影响实验成果? 2、据实验资料判别本实验的流动型态和流区； 3、实际钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动，大多为 紊流阻力平方区，其原因何在? 4、管道的当量粗糙度如何测得? 5、本次实验结果与莫迪图吻合与否?试分析其原因。 6、结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系； 7、不同 Re 的突扩 ξ 是否相同? 8、在管径比变化相同的条件下，其突扩 ξ 是否—定大于突缩 ξ ？ 9、结合流动仪演示的水力观象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突缩局部损失 阻力损失的主要部位在哪里?怎样减小局部阻力损失?