第10章局部阻力系數(shù)實驗

1、第10章局部阻力系數(shù)實驗10.1實驗目的和要求1. 掌握測量局部阻力系數(shù)的方法；2. 測量管道突然擴大、突然縮小時的局部阻力系數(shù)；3. 了解影響局部阻力系數(shù)的因素10.2局部阻力系數(shù)實驗的原理水流在流動過程中，由于水流邊界條件或過水斷面的改變，引起水流a部各質(zhì)點的流 速、壓強也都發(fā)生變化，并且產(chǎn)生旋渦。在這一過程中，水流質(zhì)點間相對運動加強，水流 內(nèi)部摩擦阻力所作的功增加，水流在流動調(diào)整過程中消耗能量所損失的水頭稱為局部水頭 損失。局部水頭損失的一般表達式為式中，為局部水頭損失；f力局部水頭損失系數(shù)，即局部阻力系數(shù)，它是流動形態(tài)與邊界形狀的函數(shù)，即（ = /（邊界形狀，re），般水流的雷諾數(shù)久足

2、夠大時，可以認為（系數(shù)不再隨，而變化，可視作為一常數(shù)；v為斷面平均流速，-般用發(fā)生局部水頭損失以后的斷妞平均流速，也有用損失斷前的平均流速，所以在計算或查表時要注意區(qū)分。 局部水頭損失可以通過能量方程進行分析。圖10-1為一水流突然擴大的實驗管段，在發(fā)生局部水頭損失前后取斷而1-1和2-2 （兩個斷而應屬漸變流）寫能量方程得圖10-1局部水頭損失分析簡圖2 2(10-2)v（）-（z2+zz2g式中，(z,+a) - (z2+a)力斷面1-1和2-2的測壓管水頭差；vr v2分別為1-1斷面和 7" z2-2斷面的平均流速。管道局部水頭損失0前僅有斷面突然擴大(圖10-1)可利用動量

3、方程，能量方程和連續(xù) 方程進行理論分析，并可得出足夠精確的結(jié)果，其它情況尚需通過實驗方法測定局部阻力 系數(shù)。對于管道突然擴大，理論公式為/?.二(10-3) 7 2g由連續(xù)方程解出v1或v2代入上式可分別得/z, =(-1)2- , c =(a_1)2(10-4)j 為 2gw 人,a,(10-5)式中，al、a2分別為斷面1-1和2-2的過水斷面面積；叫做突然放大的局 部阻力系數(shù)。由式(10-4和(10-5)可以看出，突然擴大的局部水頭損失可以用損失前 的流速水頭或者用損失后的流速水頭表示，但兩種表示方法其阻力系數(shù)是不一樣的，在應 用中要注意應用條件。對于斷面突然縮小的情況，目前尚沒有理論公

4、式，對于d2/人0.1的情況，有下而 的經(jīng)驗公式1/. =0.5(1(湘小=0.5(1 -(10-6)對于斷而突然縮小的其它而積比，其阻力系數(shù)可用表10-1查算2。或者用經(jīng)驗公式 (10-7)計算表10-1突然縮小時不同面積比的阻力系數(shù)由于突然縮小目前尚沒有理論公式，測量結(jié)果與經(jīng)驗公式和表中所給定的值有一定的差 距，所以仍需進一步研宂。10.3局部阻力系數(shù)實驗的儀器設(shè)備實驗裝置為自循環(huán)系統(tǒng)，包括供水箱、水泵、突然擴大實驗壓力管道、突然縮小實驗 壓力管道、測壓管、調(diào)節(jié)閥、接水盒、盛水界器、回水系統(tǒng)。實驗儀器為兩種，一種是傳 統(tǒng)的量測方法，儀器為測壓排、量筒、鋼尺和秒表；另一種為自動化的量測方法，

5、儀器為 導水抽屜、限位開關(guān)、雙通道差壓傳感器、稱重傳感器、排水泵及水位流量電測儀組成。 水位流量電測儀可顯示重量、時間、壓差。實驗的沒備儀器如圖10-2所示。測壓排凹水官水箱水泵圖io-2局部阻力系數(shù)實驗裝a 10.4局部阻力系數(shù)實驗的方法和步驟1. 記錄有關(guān)常數(shù)，如大管管徑名和小管管徑6/2;2. 打開供水泵和管道上的調(diào)節(jié)閥門，使管中充滿水。3. 關(guān)閉出水閥門，打開測壓排上的排氣閥門，將管道和測壓排中的空氣排出，并檢驗 空氣是否排完。4. 調(diào)節(jié)出水閥門，待水流穩(wěn)定后，用量杯和秒表測量流量，用鋼尺測量壓差。5. 調(diào)節(jié)尾水閥門，使流量逐漸減小或增加，重第4步#次。6. 實驗結(jié)束后將儀器恢復原狀。

6、10.5數(shù)據(jù)處理和成果分析1實驗記錄實驗設(shè)備名稱儀器編號同組學生姓名已知數(shù)據(jù)：突然放大管：d' =cmd 2 =cm測次傳統(tǒng)實驗方法水位流ft測ft儀流.01突然擴大突然縮小體積時間壓差體積時間zi+pi/ycmcmpt)ycmcmvcm;s秒acmvcm3s秒qcm3/s12345678910突然縮小管：d3 = (2)實驗數(shù)據(jù)記錄cmcm指導教師簽名實驗日期4 =2.計算成果測次a=cm2a 2=cm2突然擴大阻力系數(shù)計算qcm3/svlcm/sv2gcmv2cm/sv22/2gcmhicmcm12345678910測次j 3=cm2a4=cm2突然縮小阻力系數(shù)計算qcm3/svl

7、cm/sv,2/2gcmv2cm/sv22/2gcmhicmcm123456789103.成果分析1）計算所測量的管道突然擴大和突然縮小的局部阻力系數(shù)f值，分析比較突擴與突縮在相應條件下的局部損失大小關(guān)系2）將突然擴大實測的&值與理論公式計算的&的數(shù)據(jù)進行比較，將突然縮小的實測值與式（10-7）計算值或表（10-1）進行比較。3）繪制局部水頭損失與速度水頭的關(guān)系曲線，其斜率即為局部肌力系數(shù)。4）分析突然擴大與突然縮小局部水頭損失的變化規(guī)律。10.6實驗中應注意的問題1. 用流速&和、計算出的阻力系數(shù)是不同的，計算時注意勿代錯。2. 每次調(diào)節(jié)尾水閥門后，須待水流穩(wěn)定后再開始下一次測量。思考題1. 實驗屮所選擇的測壓管一定要在漸變流斷面上，為什么？不在漸變流斷面上的測壓 管水頭是怎樣變化的？2. 在相同管徑變化條件下，相應于同一流量，其突然擴大的阻力系數(shù)是否一定大于突 然縮小的阻力系數(shù)？3. 對于管道斷面突然縮小，液流在小管的斷面收縮成最小斷面，稱為收縮斷面，一般 認力，斷面突然縮小的主要水頭損失發(fā)生在液流從收縮斷面到斷面擴大的過程中，這一過 程的損失可以把