沿程水头损失实验.doc

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1、7 沿程水头损失实验7.1 实验目的和要求1学会测定管道沿程水头损失因数l和管壁粗糙度D的方法；2分析园管恒定流动的水头损失规律、l随雷诺数Re变化的规律，验证沿程水头损失hf与平均流速v的关系。7.2 实验装置1实验装置简图实验装置及各部分名称如图7.1所示。图7.1 沿程水头损头实验装置图1. 自循环高压恒定全自动供水器 2. 实验台 3. 回水管 4. 压差计5. 滑动测量尺 6. 稳压筒 7. 实验管道 8. 压差电测仪 9. 压力传感器10. 测压点 11. 实验流量调节阀 12. 供水管及供水阀 13. 旁通管及旁通阀2装置说明(1)水泵与稳压器。自循环高压恒定全自动供水器1由水泵

2、、压力自动限制开关、气水压力罐式稳压器等组成。压力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响，水泵的供水是先进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。(2) 旁通管与旁通阀。由于供水泵设有压力自动限制开关，在供小流量时因压力过高，水泵可能出现断续关闭的现象，为此设有旁通管与旁通阀13，在小流量实验时，通过旁通管分流可使水泵持续稳定运行。(3) 阀11用于调节层流实验流量；阀12用于检修，实验时始终全开；阀13层流时用于分流（全开），湍流时用于调节实验流量。(4) 实验管道7为不锈钢管，其测压断面上沿十字型方向设有4个测压孔，经过均压环与测点管嘴相

3、连通。(5) 本实验仪配有压差计4（倒U型气-水压差计）和压差电测仪8，压差计测量范围为00.3 mH2O；压差电测仪测量范围为010 mH2O，视值单位为10-2 mH2O。压差计4与压差电测仪8所测得的压差值均可等值转换为两测点的测压管水头差，单位以m表示。在测压点与压差计之间的连接软管上设有管夹，除湍流实验时管夹关闭外，其他操作时管夹均处于打开状态。(6) 温度计浸没在水箱1中，用于测量水体的温度。3基本操作方法（1）实验前准备1)压差计连接管排气与压差计补气。启动水泵，全开阀11与12，连续开关旁通阀13数次，待水从压差计顶部流过即可。若测压管内水柱过高须补气，全开阀门11、12、13

4、，打开压差计4顶部气阀K，自动充气使压差计中的右管液位降至底部，立即拧紧气阀K即可。2) 传感器排气。关闭流量调节阀11，先后将传感器9上的排气旋钮F1和F2打开，使旋孔中出水，将两引水管中空气排净后，再旋紧F1和F2。3) 调节压差电测仪。关闭阀11的情况下，管道中充满水但流速为零，此时，电测仪读值应为零，若不为零，则可旋转电测仪面板上的调零电位器，使读值为零。（2）实验过程操作1)调节流量。(a) 层流实验时，全开旁通阀13，微调实验流量调节阀11来调节流量；(b) 湍流实验时，全开实验流量调节阀11，调节旁通阀13来调节流量。2) 测量流量。流量由称重法测量，用秒表计时，用电子称称重。3

5、) 测压差。层流实验时，用压差计测量，流量调节后须等待几分钟，稳定后再测量；湍流实验时，用管夹关闭压差计连通管，改用压差电测仪测量。4) 由于水泵发热，水温持续升高，应先进行层流实验。层流状态下，温度低时（冬天），实验管道两点压差Dh最大值约为30 mm，温度高时(夏天)，Dh最大值仅为20 mm左右。5) 每次实验均须测记水温。7.3 实验原理1对于通过直径不变的圆管的恒定水流，沿程水头损失由达西公式表达为式中：l为沿程水头损失因数；l为上下游测量断面之间的管段长度；d为管道直径；v 为断面平均流速。若在实验中测得沿程水头损失hf和断面平均流速，则可直接得沿程水头损失因数其中 k = 由伯努

6、利方程可得沿程水头损失hf即为两测点的测压管水头差Dh，可用压差计或电测仪测得。2圆管层流运动3管壁平均当量粗糙度D在流动处于湍流过渡区或阻力平方区时测量，可由巴尔公式确定即 7.4 实验内容与方法1沿程水头损失因数测量与分析实验参照实验基本操作方法，分别在层流和湍流两种流态下测量流量、水温、压差各46次。实验数据参考表4.3.1处理。2设计性实验试利用图4.3.1实验仪器设计测定实验管段平均当量粗糙度D的实验。7.5 数据处理及成果要求1记录有关信息及实验常数实验设备名称：_ 实验台号：_实 验 者：_ 实验日期：_圆管直径d =_10-2 m 测量段长度l =_10-2 m2实验数据记录及

7、计算结果（参表4.3.1）3成果要求(1) 测定沿程水头损失因数l值，分析沿程阻力损失因数l随雷诺数的变化规律。并将结果与穆迪图进行比较，分析实验所在区域。(2) 根据实测管道内流量和相应沿程损失值，绘制lgv lghf关系曲线，并确定其斜率m值，。将从图上求得的m值与已知各流区的m值进行比较验证。(3)完成设计性实验。7.6 分析思考题1为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？实验管道倾斜安装是否影响实验成果?2为什么管壁平均当量粗糙度D不能在流动处于光滑区时测量？7.7 注意事项1实验装置长期静置不用后再启动时，需在切断电源后，先用螺丝刀顶住电动机轴端，将电机轴转动几圈后方可通电启动。2实验时，去掉水泵罩壳，以防泵体过热。表7.1 沿程水头损失实验记录计算表测次体积V/10-6m3时间t/s流量/(10-6m3/s)流速v/(10-2m/s)水温T/C粘度n/(10-4m2/s)雷诺数Re压差计、电测仪读数/10-2m沿程损失hf/10-2m沿程损失因数ll=(Re2320)h1h21234567891011