石大水力學(xué)實驗指導(dǎo)07沿程水頭損失實驗

PAGE31PAGE（七）沿程水頭損失實驗一、實驗?zāi)康囊?、加深了解圓管層流和紊流的沿程損失隨平均流速變化的規(guī)律，繪制曲線；2、掌握管道沿程阻力系數(shù)的量測技術(shù)和應(yīng)用氣一水壓差計及電測儀測量壓差的方法；3、二、實驗裝置本實驗的裝置如圖7.1所示。圖7.1自循環(huán)沿程水頭損失實驗裝置圖1、自循環(huán)高壓恒定全自動供水器；2、實驗臺；3、回水管；4、水壓差計；5、測壓計；6、實驗管道；7、水銀壓差儀；8、滑動測量尺；9、測壓點；10、實驗流量調(diào)節(jié)閥；11、供水管與供水閥；12、旁通管與旁通閥；13、穩(wěn)壓筒。根據(jù)壓差測法不同，有兩種型式：型式I壓差計測壓差。低壓差用水壓差計量測；高壓差用水銀多管式壓差計量測。裝置簡圖如圖7.1所示。本實驗裝置配備有：1、自動水泵與穩(wěn)壓器自循環(huán)高壓恒定全自動供水器由離心泵、自動壓力開關(guān)、氣一水壓力罐式穩(wěn)壓器等組成。壓力超高時能自動停機(jī)，過低時能自動開機(jī)。為避免因水泵直接向?qū)嶒灩艿拦┧斐傻膲毫Σ▌拥扔绊?，離心泵的輸水是先進(jìn)入穩(wěn)壓器的壓力罐，經(jīng)穩(wěn)壓后再送向?qū)嶒灩艿?。圖7.21、壓力傳感器；2、排氣旋鈕；3、連通管；4、主機(jī)2、旁通管與旁通閥由于本實驗裝置所采用水泵的特性，在供小流量時有可能時開時停，從而造成供水壓力的較大波動。為了避免這種情況出現(xiàn)，供水器設(shè)有與蓄水箱直通的旁通管（圖中未標(biāo)出），通過分流可使水泵持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。旁通管中設(shè)有調(diào)節(jié)分流量至蓄水箱的閥門，即旁通閥，實驗流量隨旁通閥開度減?。ǚ至髁繙p?。┒龃?。實際上旁通閥又是本裝置用以調(diào)節(jié)流量的重要閥門之一。3、穩(wěn)壓筒為了簡化排氣，并防止實驗中再進(jìn)氣，在傳感器前連接由2只充水（不滿頂）之密封立筒構(gòu)成。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（圖7.2）。壓差讀數(shù)（以厘米水柱為單位）通過主機(jī)顯示。三、實驗原理由達(dá)西公式得（7.1）另由能量方程對水平等直徑圓管可得（7.2）壓差可用壓差計或電測。對于多管式水銀壓差有下列關(guān)系：（7.3）式中，分別為水銀和水的容重；為汞柱總差。*由圖7.3知據(jù)水靜力學(xué)基本方程及等壓面原理有圖7.3四、實驗方法與步驟（一）實驗準(zhǔn)備1、檢查實驗裝置?？磳嶒炘O(shè)備是否連接完善。2、開啟所有閥門（包括進(jìn)水閥、旁通閥、流量調(diào)節(jié)閥）。3、打開防塵罩，通電。4、排氣。1）測壓架端軟管排氣：連續(xù)開關(guān)旁通閥數(shù)次，待水從測壓架中經(jīng)過即可。排氣完畢，打開旁通閥。若此時測壓管內(nèi)水柱過高，可打開測壓架頂部放氣閥（所有閥門都打開），水柱自動降落，至正常水位擰緊放氣閥即可。2）傳感器端軟管排氣：關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，打開傳感器端排氣閥，傳感器內(nèi)連續(xù)出水，關(guān)閉排氣閥，排氣完成。3）關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，觀察測壓架內(nèi)兩水柱是否齊平，不平，找出原因并排除；齊平，實驗準(zhǔn)備完成，開始實驗。（二）層流實驗1、全開進(jìn)水閥、旁通閥，微開流量調(diào)節(jié)閥，保證實驗管道兩點壓差小于2cm（夏天）~3cm（冬天）內(nèi)，待壓力穩(wěn)定，測量流量、溫度測壓管內(nèi)壓差。2、改變流量3~5次，重復(fù)上述步驟。（三）紊流實驗1、關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，將電測儀讀數(shù)（既管道兩測點壓差）調(diào)領(lǐng)。2、夾緊測壓架兩端夾子，防止水流經(jīng)測壓架。3、全開流量調(diào)節(jié)閥、進(jìn)水閥，適當(dāng)關(guān)小旁通閥開度，增大實驗管道內(nèi)流量，待流量穩(wěn)定之后，測量流量、溫度、電測儀讀數(shù)（即實驗管道兩測點壓差）。4、改變流量3~5次，重復(fù)上述步驟。（四）實驗完成，打開所有閥門，關(guān)閉電源。根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)分別繪制層流段lgRe~lghf關(guān)系曲線、紊流段lgRe~lghf關(guān)系曲線。五、實驗成果及要求1、有關(guān)常數(shù)。實驗裝置臺號NO圓管直徑，量測段長度。2、記錄及計算（見表7.1）3、繪圖分析*繪制曲線，并確定指數(shù)關(guān)系值m的大小。在厘米紙上以為橫坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)，點繪所測的關(guān)系曲線，根據(jù)具體情況連成一段或幾段直線。求厘米紙上直線的斜率將從圖上求得m值與已知各流區(qū)的m值（即層流m=1，光滑管流區(qū)m=1.75，粗糙管紊流區(qū)m=2.0，紊流過渡區(qū)1.75<m<2.0）進(jìn)行比較，確定流區(qū)。表7.1記錄及計算表格常數(shù)次序體積cm3時間s流量Qcm3/s流速Vcm/s水溫℃粘度vcm2/s雷諾數(shù)Re比壓計、電測儀讀數(shù)cm沿程損失hfcm沿程損失系數(shù)λRe<2320h1H21234567891011121314六、實驗分析與討論1、為什么壓差計的水柱差就是沿程水頭損失？實驗管道安裝成向下傾斜，是否影響實驗成果？2、據(jù)實測m值判別本實驗的流區(qū)。☆3、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？4、管道的當(dāng)量粗糙度如何測得？☆5、本次實驗結(jié)果與莫迪圖吻合與否？試分析其原因。*附錄7.1實驗曲線繪法建議1、圖紙繪圖紙可用普通厘米紙或?qū)?shù)紙，面積不小于；2、坐標(biāo)確定若采用厘米紙，取為縱坐標(biāo)（繪制實驗曲線一般以因變量為縱坐標(biāo)），lgv為橫坐標(biāo)；采用對數(shù)紙，縱坐標(biāo)