[水力学局部水头损失量测实验]水力学局部水头损失.docx

清华大学水利水电工程系水力学试验室水 力 学 流体力学课程教学试验指示书 局部水头损失量测试验原理简介z 有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变 流淌分别形成剪切层 剪切层流淌不稳定，引起流淌构造的重调整，并产生旋涡 平均流淌能量转化成脉动能量， 造成不行逆的能量耗散。与沿程因摩擦造成的分布损失不同，这局部损失可以看成是集中损失在管道边界的突变处，每单位重量流体担当的这局部能量损失称为局部水头损失。z 依据能量方程，局部水头损失21v122v2p1p2)(z2+， hj=(z1+ gg2g2g这里我们认为因边界突变造成的能量损失全部产生在 1-1，2-2 两断面之间，不再考虑沿程损失。上游断面1-1 应取在由于边界的突变，水流构造开头发生变化的渐变流段中，下游2-2 断面则取在水流构造调整刚好完毕，重形成渐变流段的地方。总之，两断面应尽可能接近，又要保证局部水头损失全部产生在两断面之间。经过测量两断面的测管水头差和流经管道的流量，进而推算两断面的速度水头差，就可测得局部水头损失。 z 局部水头损失系数是局部水头损失折合成速度水头的比例系数，即= hj v2 2g.当上下游断面平均流速不同时，应明确它对应的是哪个速度水头？例如，对于突扩圆管就有 1= hjv12 2g和 2= hj 2v2 2g之分。其它状况的局部损失系数在查表或使用阅历公式确定时也应当留意这一点。通常状况下对应下游的速度水头。z 局部水头损失系数随流淌的雷诺数而变，即=f(re)，但当雷诺数大到确定程度后， 值成为常数。在工程中使用的表格或阅历公式中列出的 就是指这个范围的数值。z 局部水头损失的机理简洁，除了突扩圆管的状况以外，一般难于用解析方法确定，而要通过实测来得到各种边界突变状况下的局部水头损失系数。z 对于突扩圆管的状况，局部水头损失系数有理论结果，推导如下：流淌经过突扩圆管的局部水头损失21v122v2p1p2)(z2+ hj=(z1+， gg2g2g取 1-1，2-2 两断面如图，这里要特别留意 1-1 断面取为突扩开头的断面，2-2 断面则取在水流构造调整刚好完毕，重形成渐变流段的地方。两断面面积都为a2，而v1 和v2 则分别为细管和粗管中的平均流速。依据动量方程可知(p1+gz1)a2(p2+gz2)a2=q(02v201v1)， 所以有 (z1+ v(v01v1)p1p. )(z2+2=2023ggg将其代入局部水头损失的表达式，得22v2(02v201v1)(1v12v2)hj=+ g2g.取1,2,01,02 的值均为 1.0，则 或 可见 1=(1 a12a， 2=(21)2.a2a1 2(v2v1)2a12v12v1hj=(11 a22g2g2g22(v2v1)2a2v22v2 hj=(1)2 a12g2g2g，.z 突扩圆管局部水头损失之所以能够导出上述解析表达式是由于：我们假设1-1 断面上的测管水头为常数；1-1，2-2 两断面的面积相等。而突缩圆管的 1-1，2-2 两断面必需分别取在粗管和细管中，这是由流淌构造打算的，因此突缩圆管的局部水头损失不能解析表达，只有阅历公式： =0.5(1 a2). a1这里的 对应下游，即细管中的速度水头。z 其它各种弯管、截门、闸阀等的局部水头损失系数可查表或由阅历公式获得。试验设备试验装置如以下图，在自循环恒定管道流上串联突扩管、突缩管、900 缓弯管、1800 缓弯管、900 急弯管和阀门，沿程接上很多测压管。管中流速可用尾阀来调整，设置专用水箱进展流量的量测。试验目的和要求1. 观看突扩管旋涡区测管水头线，以及其它各种边界突变状况下的测管水头变化状况，加深对局部水头损失的感性生疏。2. 把握测定管道局部水头损失系数的方法，并将突扩管的实测值与理论值比较，将突缩管的实测值与阅历值比较。3. 学习用测压管测量压强和用体积法测流量的试验技能。试验步骤1. 认真阅读试验目的要求、试验原理和留意事项。2. 查阅用测压管量测压强和用体积法手工、自动量测流量的原理和步骤。3. 比照实物了解仪器设备的使用方法和操作步骤，做好预备工作后，启动抽水机，翻开进水开关，使水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。4. 检查下游阀门全关时，各个测压管水面是否处于同一水平面上。如不平，则需排气调平。 5 核对设备编号，确认数据记录表上列出的断面管径等数据。6. 开启下游阀门，待水流恒定后，观看测管水头的变化，正确选择试验配件前后的量测断面，进展数据的量测，并登录到数据记录表的相应位置。7. 转变阀门开度，待水流恒定后，重复上述步骤，并按序登录数据。本试验要求做三个流量。8. 检查数据记录表是否有缺漏？是否有某组数据明显地不合理？假设有此状况， 进展补正。 9 计算整理试验结果，得出各试验配件局部水头损失系数实测值， 并同时列出突扩管局部水头损失系数的理论值和突缩管的阅历值。 10对试验结果进展分析争论。阅读思考问题，作简要答复。试验数据记录仪器编号：有关常数：d1 = mm，d2 = mm 测次 1 2123456测管液面高程读数789101112131415流量#测次 16 17测管液面高程读数18192021t v1 2 #试验结果测次 1 2 突扩突缩理900 缓弯管经1800 缓弯管 900 急弯管 实 实 实 实 实#z 定性绘制最大流量时突扩管和突缩管段的测管水头线 1 15 分析思考问题1. 突扩管的局部水头损失的实测值与理论值为什么会有差异，这种差异是由哪些因素造成的？2. 为什么要从测压管水面变化找突扩管的下游渐变流断面？怎么找这个断面？3. 局部水头损失系数是否与雷诺数有关？通常给定的局部水头损失系数是常数， 应当怎么理解？4. 测定突缩管的局部水头损失系数时，两断面应当如何选取？与突扩管有何不同？ 5. 突缩管的局部水头损失为什么不能像突扩管一样也有理论值？6. 在粗细管径一样、流量一样的条件下，突扩管和突缩管的局部水头损失是否一样？为什么？7. 影响局部水头损失系数测量精度的因素有哪些？本试验测得的突扩管和突缩管的结果，哪个精度高？缘由是什么？8. 如不考虑管段的沿程水头损失hf，所测出的局部水头损失系数值比实际的偏大还是偏小？在工程中使用此值是否安全？9. 为什么在试验中要反复强调保持水流恒定的重要性？ 留意事项1. 每次转变流量，量测必需在水流恒定前方可进展。2. 两个以上同学参与量测试验，读测压管高程、把握阀门、测量流量的同学要相互协作。 3. 留意疼惜秒表等仪器设备。4. 试验完毕后，关闭电源开关、拔掉电源插头。水力学 水头 局部 量测 损失 局部水头损失试验仪 什么是局部水头损失