水头损失实验

1、本实验的重点与注意点： 重点： 理解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律注意点：1 每次测量流量的时段不小于810秒(流量大可短些)， 流量每调节一次，均需稳定23分钟，流量愈小，稳定时间愈长； 2 传感器封装在有机玻璃方盒中，顶部是引脚，故传感器不能倒置， 避免积水使引脚短路。一 实验目的与要求:1. 加深理解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律；2. 掌握管道沿程阻力系数的量测技术；3. 将测得的 关系值与莫迪图对比、分析。二 实验装置:本实验的装置如图3.8.1所示。本实验装置配备有：1.自动水泵与稳压器2.旁通管与旁通阀之一、沿程水头损失实验 水头损失实验 13. 稳压

2、筒为了简化排气，并防止实验中再进气，在电测仪的传感器前连接2只充水(不满顶)的密封立筒。(图3.8.2)。4.电测仪由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点(图3.8.2)。压差读数(以厘米水柱为单位)通过主机显示。低压差用气水压差计量测，高压差用电测仪量测。 1. 压力传感器 2. 排气旋钮 3. 连通管 4. 主机图3.8.2 压力传感器与电测仪21.自循环高压恒定全自动供水器 2.实验台 3.回水管 4.气水压差计 5.测压排6.实验管道 7.电子量测仪 8.滑动测量尺 9.测压点 10.实验流量调节阀11.供水管及供水阀 12.旁通管及旁通阀 13.调压筒图3.8.1 沿程

3、水头损头实验仪3三 实验原理：由达西公式 得 另由能量方程对水平等直径圆管可得 四 实验方法与步骤:见指导书五 实验分析与讨论2. 实际工程中钢管中的流动，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?1. 据实测m值判别本实验的流区4一、实验目的与要求11.掌握测定管道局部阻力系数的方法，并与理论公式或经验公式的计算值相比较；2.通过对圆管突然扩大的局部阻力系数的波达公式和突然缩小的局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉通过理论分析法和经验法建立函数公式的途径；3.观察管径突然扩大以及其它各种边界突变情况下旋涡区测压管水面线的变化情况，比较突扩与

4、突缩局部水头损失大小；4. 加深对局部阻力损失机理的理解；5.设计实验：如何将实验装置一稍加改变，用以量测流量调节阀K的局部阻力系数? 之二、局部水头损失实验 5二、实验原理对局部障碍前后两过流断面列能量方程： 则 圆管突然扩大的理论值（波达公式）： 圆管突然缩小的经验公式： 6三、实验装置 1.水箱 2.水泵 3.实验台 4.水泵电源开关 5.恒压水箱 6.溢流板 7.稳水孔板 8.消能稳水玻璃球 9.圆管突然扩大 10. 圆管突然缩小 11.排气阀 12.实验管道 13.闸阀K1 14.流量调节阀K 15.回流接水槽 16.测压排 17.滑动测量尺 18.测压管 19.回水管 图1 局部水

5、头损失实验装置一 71.自循环供水器 2.实验台 3.无级调速器 4.恒压水箱 5. 溢流板 6.稳水孔板 7.圆管突然扩大 8.测压排 9. 测压管 10. 滑动测量尺 11. 圆管突然缩小 12.流量调节阀K 13.回水管图2 局部水头损失实验装置二 8四、实验步骤 1. 启动水泵，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定，排除实验管道中的滞留气体；2. 检查流量调节阀K全关时，各测压管的液面是否齐平，若不平，则需排气调平；3. 打开流量调节阀K，用体积法或电测法量测管道流量，测读各测压管的液面标高，并调节流量，共做三次；4. 测记本次实验中最大流量的各测压管液面标高，绘制测压管水头线；5. 实

6、验完成后关闭泄水阀，检查测压管液面是否齐平，否则需重做。 9五、实验分析与讨论 1. 结合实验成果，分析比较圆管突然扩大与突然缩小在相同条件下水头损失的大小关系。 由式 及 表明：影响局部水头损失的因素是v和d1/d2。 又突扩： 突缩： 则有 当 或 时，突然扩大的水头损失比相应突然收缩的要大。 102. 结合流动现象演示实验所见的水力现象，分析局部水头损失机理。圆管突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪里?怎样减小局部阻力损失? 从流动演示仪型演示的突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、闸（阀）、绕流等三十余种管流、明渠流的流动图谱，分析局部水头损失的机理如下： 凡流道边界突变处，均形成大小不

7、一的漩涡区。漩涡是产生水头损失的主要根源。由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互摩擦，消耗了部分水体的自储能量。同时，当这部分低能流体被主流的高能流体带走时，还须克服剪切流的速度梯度，经过质点间的动能交换，达到流速的重新组合，这也损耗了部份能量。这样就造成了局部阻力损失。 11 根据以上分析可知，为了减小局部阻力损失，在设计变断面管道几何边界形状时应流线形化或尽量接近流线形，以避免漩涡的形成，或使漩涡区尽可能小。如欲减小本实验管道的局部阻力，就应减小管径比以降低突扩段的漩涡区域；或把突缩进口的直角改为圆角，以消除突缩断面后的环状漩涡带，可使突缩局部阻力系数减小到原来的 。这一点也是突然收缩实

8、验管道使用年份长后，实测阻力系数减小的主要原因。 从流动演示仪可见，突扩段的漩涡主要发生在突扩断面以后，而且与扩大系数有关，扩大系数越大，漩涡区也越大，损失也越大，所以产生突扩局部阻力损失的主要部位在突扩断面的后部。而突缩段的漩涡在收缩断面前后均有。突缩前仅在死角区有小漩涡，且强度较小，而突缩的后部产生了紊动度较大的环状漩涡区。可见产生突缩水头损失的主要部位是在突缩断面后。 123设计实验：如何将实验装置一稍加改变，用以量测流量调节阀K的局部阻力系数?（可以少量增减仪器配件） 准备一段长度及联接方式与装置一中流量调节阀K相同，内径与实验管道相同的直管段，在阀门K前后的直管段上长度大于(2040)d的断面处，各布置一个测压点，先测出整个测量段上的总水头损失hw ： 然后，把阀门K用前述的准备直管替换，再测出相同流量下的总水头损失 ： 所以134. 试说明用理论分析法和经验法建立相关物理量间函数关系式的途径。 突扩局部阻力系数公式是由理论分析法得到的。一般在具备理论分析条件时, 函数式可直接由理论推演得, 但有时条件不够, 就要引入某些假定。如在推导突扩阻力系数时, 假定了“在突扩的环状面积上的动水压强按静水压强规律分布”，引入这个假定的前提是有充分的实验依据证明这个假定是合理的。理论推导得出的公式, 还需通过