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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九和管壁粗糙度A的方法；2. 分析园管恒定流动的水头损失规律、九随雷诺数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
2、压恒定全自动供水器 1 由水泵、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
3、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10-2mH2O。 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
4、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,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
5、,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) 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Ah最大值约为30 mm,温度高时（夏天），Ah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h =k1 v 2fd 2 g式中：九为沿程水头损失因数；l为上下游
6、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k=沁 1 =沁(n 72/q )2 = k 住lv 2l4Vq 2V其中k = n 2 gd 5/81由伯努利方程可得h = (z +-) (z + -) = Ahf1 P g2 P g沿程水头损失hf即为两测点的测压管水头差Ah,可用压差计或电测仪测得。2圆管层流运动64九=Re3. 管壁平均当量粗糙度A在流动处于湍流过渡区或阻力平方区时测量，可由巴尔公式确定左=赳輪+ 4J365（-呵即7.4 实验内容与方法A =3. 7 x 120kqV4. 136
7、o5 (9)qV1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A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 =x10-2 m测量段长度l =x10-2 m2实验数据记录及计算结果(参表4.3.1)3成果要求(1) 测定沿程水头损失因数九值，分析沿程阻力损失因数九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lgulghf关系曲线，并确 定其斜率m值，m二lg化lgh。将从图上求得的m值与已知各流区的m值进行lg 2 - lg 1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A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
