管道沿程損失實驗總

1、實驗三 管道沿程損失實驗實驗類型：驗證性實驗學(xué) 時: 2適用對象：熱能與動力工程專業(yè)、建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)、環(huán)境工程專業(yè)、測控技術(shù)與儀器專業(yè)一、實驗?zāi)康?、通過實驗理解和掌握管道沿程損失的計算方法；2、了解沿程損失的影響因素。二、實驗要求1、掌握管道沿程損失系數(shù)與雷諾數(shù)和管壁相對粗糙度間的定性和定量關(guān)系； 2、學(xué)會用三角堰測量流量的方法和波紋管差壓計的使用方法。三、實驗原理1、沿程損失的表達(dá)式流體沿等直徑管道流動時，將產(chǎn)生沿程損失，與管長L、管內(nèi)徑d、管壁當(dāng)量粗糙度、平均流速u、流體密度r、動力粘度m及流態(tài)間存在一個復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)相似原理分析，可表示如下：令 則 （3-1）式中 l沿程

2、損失系數(shù)。2、沿程損失的測量原理沿程損失由實驗方法求得。在水平實驗管道的兩個測點處，取I-I和II-II兩個緩變流截面，以管道中心線為基準(zhǔn)面，則管內(nèi)不可壓縮定常流動在兩緩變流面間的伯努利方程為： （3-2）由于管道水平放置，故上式中，z1=z2；同時因?qū)嶒灩艿罏榈戎睆綀A管，所以有。因此，式（3-2）可改寫為： （3-3）式中 兩緩變流截面間的壓強(qiáng)差（Pa），由波紋管差壓計測得。實驗管道內(nèi)的平均流速u由三角堰所測流量及管道內(nèi)徑計算求得： （3-4）實驗管道兩測點間的長度L和管道內(nèi)徑d均已知，因此，可求出該管道在某一工況下的沿程損失系數(shù)： （3-5）通過調(diào)節(jié)實驗管道上流量調(diào)節(jié)閥的開度可改變管道內(nèi)流

3、體的平均流速u，從而可測得不同Re數(shù)下的沿程損失系數(shù)。3、沿程損失的變化規(guī)律沿程損失服從以下四種不同的規(guī)律：（1）層流區(qū)沿程損失與平均流速成一次方關(guān)系，l可按下式計算： ，（3-6）（2）紊流水力光滑管區(qū)沿程損失與平均流速的1.75次方成正比，l可按下面的經(jīng)驗公式計算：，（3-7） ，（3-8）（3）紊流水力粗糙管過渡區(qū)沿程損失與平均流速的（1.752）次方成正比，l可按下面的經(jīng)驗公式計算： ，（3-9）式中 絕對粗糙度。（4）紊流水力粗糙管區(qū)（平方阻力區(qū)）沿程損失與平均流速的平方成正比，l可按下面的經(jīng)驗公式計算：或 ， （3-10）根據(jù)雷諾數(shù)Re及管壁相對粗糙度，用上述四個區(qū)域的經(jīng)驗公式計算

4、出不同流動狀態(tài)下的沿程損失系數(shù)l，并與實驗測得的沿程損失系數(shù)進(jìn)行比較，若偏差太大，試分析原因。四、實驗所需儀器、設(shè)備、材料（試劑）1、實驗用水循環(huán)系統(tǒng)本實驗用水為一循環(huán)系統(tǒng)，裝置如圖3-1所示。1650012237地下水庫0.00564圖3-1 實驗用水循環(huán)系統(tǒng)圖1高位恒位水箱；2上水管；3供水管；4實驗管路；5水源泵組；6三角堰；7溢流管。在圖3-1所示的實驗室地下，有一個容積為150m3的地下水庫，由水源泵組5將水庫中的水經(jīng)上水管2打入五樓恒位水箱1保持恒定水位。恒位水箱中的水，一部分經(jīng)供水管3供實驗系統(tǒng)使用，經(jīng)過實驗管道4和流量測量水箱6后流回到地下水庫；另一部分則通過溢流管7進(jìn)入地下水

5、庫，形成一個水循環(huán)系統(tǒng)。2、沿程損失實驗裝置該實驗裝置由實驗管路、三角堰流量測量水箱及波紋管差壓計等設(shè)備組成，如圖3-2所示。該裝置中的實驗段分別為50mm的鍍鋅鋼管和20mm黃銅管，兩測點間長度L=6m。恒位水箱來水65843圖3-2 沿程阻力實驗裝置示意圖1波紋管差壓計；250mm實驗管段；320mm實驗管段；4流量調(diào)節(jié)閥；5三角堰；6標(biāo)尺；7噴頭；8三角堰。721連通玻璃管安裝位置34HmaxH側(cè)視圖主視圖H0Hq連通玻璃管及標(biāo)尺三角堰堰頂圖33 三角堰流量計示意圖三角堰流量計如圖3-3所示，該三角堰為直角堰，即=45。三角堰流量水箱外側(cè)裝有連通玻璃管和標(biāo)尺，連通玻璃管內(nèi)的水位指示三角堰

6、中的水位，水位變化高度可從標(biāo)尺上讀出，即DHHH0（m），稱為堰頂淹深。其中H為某一測量工況下的連通玻璃管標(biāo)尺讀數(shù)，單位為mm；H0為堰頂水位起始值（如圖3-3所示），對于1實驗臺H0153mm，2實驗臺H0=156mm。按下式即可求出體積流量值。 （m3/s） （3-11）五、實驗預(yù)習(xí)要求、實驗條件、方法及步驟1、實驗前復(fù)習(xí)教材中與沿程損失相關(guān)的理論知識。2、實驗步驟本實驗涉及高位恒位水箱、水源泵、地下水庫及各種管道。實驗系統(tǒng)較為龐大，因此，實驗時必須注意按步驟進(jìn)行。（1）啟動水源泵，向五樓高位恒位水箱供水，等溢流水返回地下水庫時，穩(wěn)定5分鐘后再進(jìn)行實驗。（2）黃銅管沿程損失實驗 實驗時，通

7、過調(diào)節(jié)閥的開度來改變流量，實驗順序規(guī)定流量由小到大，共進(jìn)行15個工況點的測量。記好黃銅管上的調(diào)節(jié)閥手輪的初始位置，每次開啟調(diào)節(jié)閥手輪1/2周，開啟時必須緩慢。 調(diào)節(jié)閥開啟后，當(dāng)有流體經(jīng)過堰頂時，待三角堰流量水箱液面穩(wěn)定后，讀出連通管標(biāo)尺讀數(shù)和差壓計讀數(shù)，記錄在表3-1a中，作為第一個工況點。依次記錄其它工況點，方法同上。 待所有工況點測量完畢后，記錄下水溫，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，使水箱內(nèi)qV0連通管標(biāo)尺讀數(shù)接近HO后，準(zhǔn)備下一組實驗。（3）鍍鋅管沿程損失實驗其方法和步驟與黃銅管沿程損失實驗相同，共測量15個工況點，并將實驗數(shù)據(jù)記錄在表3-1b中。實驗中注意以下事項： 水源泵啟動時，首先檢查電機(jī)、開關(guān)

8、柜和水泵是否處于備用狀態(tài)，若處于備用狀態(tài)，方可啟動； 實驗中要保持水流恒定，不可隨意改變調(diào)節(jié)閥閥門開度； 由于水流的脈動作用，壓差計讀數(shù)略有波動，讀數(shù)時可取其平均值； 實驗時，要確保差壓計及聯(lián)接膠管中沒有氣泡，以免造成測量誤差。發(fā)現(xiàn)有氣泡時，應(yīng)將差壓計上的排氣閥閥門由小到大慢慢打開，將管內(nèi)氣體排除。（4）依據(jù)表3-1a和表3-1b進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)處理，記錄在表3-2a、表3-2b和表3-3中，并將曲線繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)紙（圖3-4）上。六、思考題1、由實驗結(jié)果分析流體處于何種流態(tài)：層流還是紊流？若為紊流流態(tài)，又處在哪種流動區(qū)域？2、為什么采用雙對數(shù)坐標(biāo)繪制曲線？附：管道沿程損失實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理用表

9、 1實驗原始數(shù)據(jù)記錄表 表3-1a（黃銅管） 實驗原始數(shù)據(jù)記錄水堰初始水位H0： mm 差壓計滿量程： kPa 實驗臺編號： 工況點差壓值(kPa)標(biāo)尺讀數(shù)H(mm)堰頂淹深 DH=H-H0(m)18.4219.00.069027.9217.00.067037.4216.00.066046.9215.50.065556.4214.50.064565.9213.00.063075.4212.50.062584.9211.50.061594.4210.50.0605103.9208.00.0580113.4206.80.0568122.9205.50.0555132.4203.30.0533141

10、.9200.70.0507151.4198.20.0482按水溫為 10 查得水的運動粘度v 1.308E-6 m2/s 查表3-1b（鍍鋅管） 實驗原始數(shù)據(jù)記錄水堰初始水位H0： mm 差壓計滿量程： kPa 實驗臺編號： 工況點差壓值(kPa)標(biāo)尺讀數(shù)H(mm)堰頂淹深 DH=H-H0(m)14.4277.70.127724.1276.50.126533.8273.00.123043.5271.50.121553.2267.50.117562.9266.00.116072.6263.00.113082.3262.00.112092.0252.00.1020101.7251.00.10101

11、11.4249.00.0990121.1245.00.0950130.8238.00.0880140.5230.00.0800150.2228.00.0780按水溫為 10 查得水的運動粘度v 1.308E-6 m2/s2實驗計算結(jié)果用表根據(jù)流量計算出平均流速u，再根據(jù)u及hf計算出l值，記入表3-2中。表3-2a（黃銅管） 實驗計算結(jié)果工況點hf (m)(m3/s)(m/s)10.860.00175095.5730.0018020.810.00162675.1780.0019630.750.00156674.9870.0019840.700.00153724.8930.0019250.650

12、.00147924.7080.0019260.600.00139474.4390.0020070.550.00136724.3520.0019080.500.00131324.1800.0018790.450.00126044.0120.00182100.400.00113423.6100.00199110.350.00107653.4260.00193120.300.00101593.2340.00185130.240.00091822.9230.00187140.190.00081032.5790.00190150.140.00071412.2730.00181表3-2b（鍍鋅管） 實驗計

13、算結(jié)果工況點hf (m)(m3/s)(m/s)10.450.00815844.1550.0042520.420.00796814.0580.0041530.390.00742833.7830.0044240.360.00720393.6690.0043350.330.00662563.3740.0046860.300.00641613.2680.0045370.270.00600933.0610.0046380.230.00587722.9930.0042890.200.00465192.3690.00594100.170.00453872.3120.00530110.140.00431732

14、.1990.00483120.110.00389441.9830.00466130.080.00321611.6380.00497140.050.00253431.2910.00500150.020.00237881.2120.002273實驗計算結(jié)果匯總表表3-3 實驗計算結(jié)果匯總工況點黃銅管鍍鋅管l 值l 值10.00180852160.004256353320.00196791750.004156205130.00198762540.004425784740.00192748180.004335610050.00192719950.004685159660.00200678820.004534996570.00190665430.004634679780.00187639130.004284576890.00182613460.0059436226100.00199552040.0053035345110.00193523930.0048333621120.00185494460.0046630327130.00187446910.004