水頭損失實驗

1、本實驗的重點(diǎn)與注意點(diǎn)： 重點(diǎn)： 理解圓管層流和紊流的沿程損失隨平均流速變化的規(guī)律注意點(diǎn)：1 每次測量流量的時段不小于810秒(流量大可短些)， 流量每調(diào)節(jié)一次，均需穩(wěn)定23分鐘，流量愈小，穩(wěn)定時間愈長； 2 傳感器封裝在有機(jī)玻璃方盒中，頂部是引腳，故傳感器不能倒置， 避免積水使引腳短路。一 實驗?zāi)康呐c要求:1. 加深理解圓管層流和紊流的沿程損失隨平均流速變化的規(guī)律；2. 掌握管道沿程阻力系數(shù)的量測技術(shù)；3. 將測得的 關(guān)系值與莫迪圖對比、分析。二 實驗裝置:本實驗的裝置如圖3.8.1所示。本實驗裝置配備有：1.自動水泵與穩(wěn)壓器2.旁通管與旁通閥之一、沿程水頭損失實驗 水頭損失實驗 13. 穩(wěn)壓

2、筒為了簡化排氣，并防止實驗中再進(jìn)氣，在電測儀的傳感器前連接2只充水(不滿頂)的密封立筒。(圖3.8.2)。4.電測儀由壓力傳感器和主機(jī)兩部分組成。經(jīng)由連通管將其接入測點(diǎn)(圖3.8.2)。壓差讀數(shù)(以厘米水柱為單位)通過主機(jī)顯示。低壓差用氣水壓差計量測，高壓差用電測儀量測。 1. 壓力傳感器 2. 排氣旋鈕 3. 連通管 4. 主機(jī)圖3.8.2 壓力傳感器與電測儀21.自循環(huán)高壓恒定全自動供水器 2.實驗臺 3.回水管 4.氣水壓差計 5.測壓排6.實驗管道 7.電子量測儀 8.滑動測量尺 9.測壓點(diǎn) 10.實驗流量調(diào)節(jié)閥11.供水管及供水閥 12.旁通管及旁通閥 13.調(diào)壓筒圖3.8.1 沿程

3、水頭損頭實驗儀3三 實驗原理：由達(dá)西公式 得 另由能量方程對水平等直徑圓管可得 四 實驗方法與步驟:見指導(dǎo)書五 實驗分析與討論2. 實際工程中鋼管中的流動，大多為光滑紊流或紊流過渡區(qū)， 而水電站泄洪洞的流動，大多為紊流阻力平方區(qū)，其原因何在?1. 據(jù)實測m值判別本實驗的流區(qū)4一、實驗?zāi)康呐c要求11.掌握測定管道局部阻力系數(shù)的方法，并與理論公式或經(jīng)驗公式的計算值相比較；2.通過對圓管突然擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)的波達(dá)公式和突然縮小的局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗公式的實驗驗證與分析，熟悉通過理論分析法和經(jīng)驗法建立函數(shù)公式的途徑；3.觀察管徑突然擴(kuò)大以及其它各種邊界突變情況下旋渦區(qū)測壓管水面線的變化情況，比較突擴(kuò)與

4、突縮局部水頭損失大?。?. 加深對局部阻力損失機(jī)理的理解；5.設(shè)計實驗：如何將實驗裝置一稍加改變，用以量測流量調(diào)節(jié)閥K的局部阻力系數(shù)? 之二、局部水頭損失實驗 5二、實驗原理對局部障礙前后兩過流斷面列能量方程： 則 圓管突然擴(kuò)大的理論值（波達(dá)公式）： 圓管突然縮小的經(jīng)驗公式： 6三、實驗裝置 1.水箱 2.水泵 3.實驗臺 4.水泵電源開關(guān) 5.恒壓水箱 6.溢流板 7.穩(wěn)水孔板 8.消能穩(wěn)水玻璃球 9.圓管突然擴(kuò)大 10. 圓管突然縮小 11.排氣閥 12.實驗管道 13.閘閥K1 14.流量調(diào)節(jié)閥K 15.回流接水槽 16.測壓排 17.滑動測量尺 18.測壓管 19.回水管 圖1 局部水

5、頭損失實驗裝置一 71.自循環(huán)供水器 2.實驗臺 3.無級調(diào)速器 4.恒壓水箱 5. 溢流板 6.穩(wěn)水孔板 7.圓管突然擴(kuò)大 8.測壓排 9. 測壓管 10. 滑動測量尺 11. 圓管突然縮小 12.流量調(diào)節(jié)閥K 13.回水管圖2 局部水頭損失實驗裝置二 8四、實驗步驟 1. 啟動水泵，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定，排除實驗管道中的滯留氣體；2. 檢查流量調(diào)節(jié)閥K全關(guān)時，各測壓管的液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平；3. 打開流量調(diào)節(jié)閥K，用體積法或電測法量測管道流量，測讀各測壓管的液面標(biāo)高，并調(diào)節(jié)流量，共做三次；4. 測記本次實驗中最大流量的各測壓管液面標(biāo)高，繪制測壓管水頭線；5. 實

6、驗完成后關(guān)閉泄水閥，檢查測壓管液面是否齊平，否則需重做。 9五、實驗分析與討論 1. 結(jié)合實驗成果，分析比較圓管突然擴(kuò)大與突然縮小在相同條件下水頭損失的大小關(guān)系。 由式 及 表明：影響局部水頭損失的因素是v和d1/d2。 又突擴(kuò)： 突縮： 則有 當(dāng) 或 時，突然擴(kuò)大的水頭損失比相應(yīng)突然收縮的要大。 102. 結(jié)合流動現(xiàn)象演示實驗所見的水力現(xiàn)象，分析局部水頭損失機(jī)理。圓管突擴(kuò)與突縮局部阻力損失的主要部位在哪里?怎樣減小局部阻力損失? 從流動演示儀型演示的突擴(kuò)、突縮、漸擴(kuò)、漸縮、分流、合流、閘（閥）、繞流等三十余種管流、明渠流的流動圖譜，分析局部水頭損失的機(jī)理如下： 凡流道邊界突變處，均形成大小不

7、一的漩渦區(qū)。漩渦是產(chǎn)生水頭損失的主要根源。由于水質(zhì)點(diǎn)的無規(guī)則運(yùn)動和激烈的紊動，相互摩擦，消耗了部分水體的自儲能量。同時，當(dāng)這部分低能流體被主流的高能流體帶走時，還須克服剪切流的速度梯度，經(jīng)過質(zhì)點(diǎn)間的動能交換，達(dá)到流速的重新組合，這也損耗了部份能量。這樣就造成了局部阻力損失。 11 根據(jù)以上分析可知，為了減小局部阻力損失，在設(shè)計變斷面管道幾何邊界形狀時應(yīng)流線形化或盡量接近流線形，以避免漩渦的形成，或使漩渦區(qū)盡可能小。如欲減小本實驗管道的局部阻力，就應(yīng)減小管徑比以降低突擴(kuò)段的漩渦區(qū)域；或把突縮進(jìn)口的直角改為圓角，以消除突縮斷面后的環(huán)狀漩渦帶，可使突縮局部阻力系數(shù)減小到原來的 。這一點(diǎn)也是突然收縮實

8、驗管道使用年份長后，實測阻力系數(shù)減小的主要原因。 從流動演示儀可見，突擴(kuò)段的漩渦主要發(fā)生在突擴(kuò)斷面以后，而且與擴(kuò)大系數(shù)有關(guān)，擴(kuò)大系數(shù)越大，漩渦區(qū)也越大，損失也越大，所以產(chǎn)生突擴(kuò)局部阻力損失的主要部位在突擴(kuò)斷面的后部。而突縮段的漩渦在收縮斷面前后均有。突縮前僅在死角區(qū)有小漩渦，且強(qiáng)度較小，而突縮的后部產(chǎn)生了紊動度較大的環(huán)狀漩渦區(qū)?？梢姰a(chǎn)生突縮水頭損失的主要部位是在突縮斷面后。 123設(shè)計實驗：如何將實驗裝置一稍加改變，用以量測流量調(diào)節(jié)閥K的局部阻力系數(shù)?（可以少量增減儀器配件） 準(zhǔn)備一段長度及聯(lián)接方式與裝置一中流量調(diào)節(jié)閥K相同，內(nèi)徑與實驗管道相同的直管段，在閥門K前后的直管段上長度大于(2040)d的斷面處，各布置一個測壓點(diǎn)，先測出整個測量段上的總水頭損失hw ： 然后，把閥門K用前述的準(zhǔn)備直管替換，再測出相同流量下的總水頭損失 ： 所以134. 試說明用理論分析法和經(jīng)驗法建立相關(guān)物理量間函數(shù)關(guān)系式的途徑。 突擴(kuò)局部阻力系數(shù)公式是由理論分析法得到的。一般在具備理論分析條件時, 函數(shù)式可直接由理論推演得, 但有時條件不夠, 就要引入某些假定。如在推導(dǎo)突擴(kuò)阻力系數(shù)時, 假定了“在突擴(kuò)的環(huán)狀面積上的動水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布”，引入這個假定的前提是有充分的實驗依據(jù)證明這個假定是合理的。理論推導(dǎo)得出的公式, 還需通過