實(shí)驗(yàn)三 局部阻力系數(shù)的測(cè)定

1、試驗(yàn)三 局部水頭損失量測(cè)試驗(yàn)一、 試驗(yàn)?zāi)康? 觀看突擴(kuò)管旋渦區(qū)測(cè)管水頭線，以及其它各種邊界突變狀況下的測(cè)管水頭變化狀況，加深對(duì)局部水頭損失的感性生疏。 2 把握測(cè)定管道局部水頭損失系數(shù)的方法，并將突擴(kuò)管的實(shí)測(cè)值與理論值比較，將突縮管的實(shí)測(cè)值與閱歷值比較。 3 學(xué)習(xí)用測(cè)壓管測(cè)量壓強(qiáng)和用體積法測(cè)流量的試驗(yàn)技能。二、 試驗(yàn)原理有壓管道恒定流遇到管道邊界的局部突變 流淌分別形成剪切層 剪切層流淌不穩(wěn)定，引起流淌結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，并產(chǎn)生旋渦 平均流淌能量轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)能量，造成不行逆的能量耗散（圖1）。與沿程因摩擦造成的分布損失不同，這部分損失可以看成是集中損失在管道邊界的突變處，每單位重量流體擔(dān)當(dāng)?shù)倪@部分能

2、量損失稱為局部水頭損失。圖1 流道的局部突變示意圖依據(jù)能量方程，局部水頭損失 ，這里我們認(rèn)為因邊界突變?cè)斐傻哪芰繐p失全部產(chǎn)生在1-1，2-2兩斷面之間，不再考慮沿程損失。 上游斷面1-1應(yīng)取在由于邊界的突變，水流結(jié)構(gòu)開頭發(fā)生變化的漸變流段中，下游2-2斷面則取在水流結(jié)構(gòu)調(diào)整剛好結(jié)束，重新形成漸變流段的地方。總之，兩斷面應(yīng)盡可能接近，又要保證局部水頭損失全部產(chǎn)生在兩斷面之間。經(jīng)過測(cè)量兩斷面的測(cè)管水頭差和流經(jīng)管道的流量，進(jìn)而推算兩斷面的速度水頭差，就可測(cè)得局部水頭損失。局部水頭損失系數(shù)是局部水頭損失折合成速度水頭的比例系數(shù)，即當(dāng)上下游斷面平均流速不同時(shí)，應(yīng)明確它對(duì)應(yīng)的是哪個(gè)速度水頭？例如，對(duì)于突擴(kuò)

3、圓管就有和之分。其它狀況的局部損失系數(shù)在查表或使用閱歷公式確定時(shí)也應(yīng)當(dāng)留意這一點(diǎn)。通常狀況下對(duì)應(yīng)下游的速度水頭。局部水頭損失系數(shù)隨流淌的雷諾數(shù)而變，即 。但當(dāng)雷諾數(shù)大到肯定程度后， 值成為常數(shù)。在工程中使用的表格或閱歷公式中列出的 就是指這個(gè)范圍的數(shù)值。局部水頭損失的機(jī)理簡單，除了突擴(kuò)圓管的狀況以外，一般難于用解析方法確定，而要通過實(shí)測(cè)來得到各種邊界突變狀況下的局部水頭損失系數(shù)。 對(duì)于突擴(kuò)圓管的狀況，局部水頭損失系數(shù)有理論結(jié)果，推導(dǎo)如下：流淌經(jīng)過突擴(kuò)圓管的局部水頭損失 ，取1-1，2-2兩斷面如圖2， 這里要特殊留意1-1斷面取為突擴(kuò)開頭的斷面，2-2斷面則取在水流結(jié)構(gòu)調(diào)整剛好結(jié)束，重新形成漸

4、變流段的地方。兩斷面面積都為，而和則分別為細(xì)管和粗管中的平均流速。依據(jù)動(dòng)量方程可知 所以有 。將其代入局部水頭損失的表達(dá)式，得 。 取的值均為1.0，則 ，或 。 可見，。突擴(kuò)圓管局部水頭損失之所以能夠?qū)С錾鲜鼋馕霰磉_(dá)式是由于：我們假設(shè)1-1，2-2斷面上的測(cè)管水頭為常數(shù)；1-1，2-2兩斷面的面積相等。而突縮圓管的1-1，2-2兩斷面必需分別取在粗管和細(xì)管中，這是由流淌結(jié)構(gòu)打算的，因此突縮圓管的局部水頭損失不能解析表達(dá)，只有閱歷公式：。 這里的對(duì)應(yīng)下游，即細(xì)管中的速度水頭。 圖2 突擴(kuò)和突縮圓管局部計(jì)算示意圖其它各種彎管、截門、閘閥等的局部水頭損失系數(shù)可查表或由閱歷公式獲得。三、 試驗(yàn)設(shè)備1

5、、 循環(huán)水利工作臺(tái)2、 秒表3、 測(cè)壓計(jì)四、 試驗(yàn)步驟1 認(rèn)真閱讀試驗(yàn)?zāi)康囊?、試?yàn)原理和留意事項(xiàng)。 2 查閱用測(cè)壓管量測(cè)壓強(qiáng)和用體積法（手工、自動(dòng)）量測(cè)流量的原理和步驟。 3 對(duì)比實(shí)物了解儀器設(shè)備的使用方法和操作步驟，做好預(yù)備工作后，啟動(dòng)抽水機(jī)，打開進(jìn)水開關(guān)，使水箱充水，并保持溢流狀態(tài)，使水位恒定。 4 檢查下游閥門全關(guān)時(shí)，各個(gè)測(cè)壓管水面是否處于同一水平面上。如不平，則需排氣調(diào)平。 5 核對(duì)設(shè)備編號(hào)，確認(rèn)數(shù)據(jù)記錄表上列出的斷面管徑等數(shù)據(jù)。 6 開啟下游閥門，待水流恒定后，觀看測(cè)管水頭的變化，正確選擇試驗(yàn)配件前后的量測(cè)斷面，進(jìn)行數(shù)據(jù)的量測(cè)，并登錄到數(shù)據(jù)記錄表的相應(yīng)位置。 7 轉(zhuǎn)變閥門開度，待水

6、流恒定后，重復(fù)上述步驟，并按序登錄數(shù)據(jù)。本試驗(yàn)要求做三個(gè)流量。 8 檢查數(shù)據(jù)記錄表是否有缺漏？是否有某組數(shù)據(jù)明顯地不合理？若有此狀況，進(jìn)行補(bǔ)正。 9 計(jì)算整理試驗(yàn)結(jié)果，得出各試驗(yàn)配件局部水頭損失系數(shù)實(shí)測(cè)值，并同時(shí)列出突擴(kuò)管局部水頭損失系數(shù)的理論值和突縮管的閱歷值。 10 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析爭辯。閱讀思考問題，作簡要回答。五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算1）記錄有關(guān)常數(shù)試驗(yàn)臺(tái)號(hào) D1= 1.9 (cm)；D2= 3.5 (cm)。 突擴(kuò)管： ； ； 突縮管： 。2）記錄和計(jì)算表格試驗(yàn)記錄表格次數(shù)流量Q（）測(cè)壓管讀數(shù)（cm）體積時(shí)間流量12341234六、試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)計(jì)算表格次數(shù)阻力形式流量Q（）前斷面后斷

7、面(cm)（cm）(cm)1突然擴(kuò)大2341突然縮小234七、分析與思考問題1. 突擴(kuò)管的局部水頭損失的實(shí)測(cè)值與理論值為什么會(huì)有差別，這種差別是由哪些因素造成的？ 2. 為什么要從測(cè)壓管水面變化找突擴(kuò)管的下游漸變流斷面？怎么找這個(gè)斷面？ 3. 局部水頭損失系數(shù)是否與雷諾數(shù)有關(guān)？通常給定的局部水頭損失系數(shù)是常數(shù)，應(yīng)當(dāng)怎么理解？ 4. 測(cè)定突縮管的局部水頭損失系數(shù)時(shí)，兩斷面應(yīng)當(dāng)如何選?。颗c突擴(kuò)管有何不同？ 5. 突縮管的局部水頭損失為什么不能像突擴(kuò)管一樣也有理論值？ 6. 在粗細(xì)管徑相同、流量相同的條件下，突擴(kuò)管和突縮管的局部水頭損失是否相同？為什么？ 7. 影響局部水頭損失系數(shù)測(cè)量精度的因素有哪些？本試驗(yàn)測(cè)得的突擴(kuò)管和突縮管的結(jié)果，哪個(gè)精度高？緣由是什么？ 8. 如不考慮管段的沿程水頭損失 ，所測(cè)出的局部水頭損失系數(shù)值比實(shí)際的偏大還是偏??？在工程中使用此值是否平安？ 八、留