沿程水头损失实验报告 2.沿程水头损失实验 一、实验目的 1.通过实验了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律,绘制 lghf~-lgv 曲线; 2.掌握管流沿程阻力系数的量测技术和应用压差计的方法; 3.将测得的 Re-λ 关系值与莫迪图对比,提高实验成果分析能力。 二、实验原理 对于圆管稳定流动,达西公式给出: hf ? ? ? L v2 ? d 2g 对于给定管径、管长的圆管稳定流,由达西公式可得: ?? 2 gdhf Lv 2 ? 2 gdhf ? 4Q ? L? 2 ? ? ?d ? 2 ? ? 2 gd 5 8L ? hf Q 2 ?K? hf Q2 式中: K ? ? 2 gd 5 8L P ? P2 1 对水平安装的等直径圆管,由能量方程可得: hf ? ? 对于指示液,被测液体均为水的 U 形管压差计,有: hf ? P ? P2 1 ? ? h1 ? h2 式中 hf——测定管段 L 的沿程水头损失,cmH2O ? ——实验水温和大气压力下的水容重 三、实验装置 1.沿程水头损失实验装置 1 套,结构示意如图 1 所示 2.秒表 1 块 3.温度计 1 支 4.管径 d=1.0cm。 1 沿程水头损失实验报告 图1 沿程水头损失实验装置示意图 1.水箱(内置潜水泵)2.供水管 3.电器插座 4.`流回水管 5. 整流栅板 6. 溢流板 7.水箱 8. 测 压嘴 9.实验管道 10.差压计 11.调节阀门 12.调整及计量水箱 13.回水管 14.实验桌 15 旁通管 阀门 16 进水阀门 本装置有下水箱、自循环水泵、供水阀、稳压水箱、实验管道、流量调节阀,计量水箱、 回水管、 压差计等组成。 实验时应将管道、 胶管及压差计内的空气排出, 接通电源水泵启动, 开启供水阀,逐次开大流量调节阀,调整两个阀门开度。每次调节流量时,均需稳定 2-3 分 钟,流量愈小,稳定时间愈长;测流量时间不小于 8-10 秒;测流量的同时,需测记压差计、 温度计[自备]应挂在水箱中读数。 四、实验步骤 1.对照装置图和说明,搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理,记录有 关常数管道内径 d,测量管段长度 L,水箱长 a 和宽 b; 2.检查储水箱水位(不够高时冲水) ,旁通阀是否已关闭; 3.接通电源,启动水泵,全开进水阀 16,水泵自动开启供水,保持溢流板有 稍许溢流。 4.打开流量调节阀 11,系统充水赶气(排气) ; 5.稳定后,测读并记录数据表中所要求的参数; ①层流区:应在水压差计△h=20-30cmH2O 量程范围内,进行 3-5 组实验。 其中第一次实验压差△h=0.2cm 左右,逐次增加压差△h=0.2cm 左右。 ②紊流区:开大流量,第一次实验压差△h=0.5-0.8cm,逐次增加压差△ h=10cm,直至测出最大的 hf (右侧测压点水位最低) ,进行 3-5 组实验。 ③流量改变时用秒表和计量箱测定流量,记下时间Δt 和体积 V。 7.实验仪器校核: 实验结束后, 关闭阀门 11, 检查水差压计仪是否指示位零, 2 沿程水头损失实验报告 若均为零,则关闭进水阀门 16,断开电源,清理现场。否则表明差压计已进空 气,需重做试验。 五、数据记录与整理 1.记录与计算见表 1; 计算原理: Re ? vd ? ?? 0.01775 (cm2 s) 1 ? 0.0337t ? 0.0002212 t 4Q v ? 2 (cm s) ?d g ? 980(cm3 s) 2.绘制 lghf~lgv 曲线,以 lgv 为横坐标,以 lghf 为纵坐标;根据具体情况练 成一段或几段直线,求各段直线的斜率 m ? (lg hf 2 ? lg hf 1 ) /(v2 ? v1 ) 。 将求得的各区段 mi 值与已知的各流区的 m 值(层流区 m=1,光滑管流区 m=1.75,紊流过渡区 1.752)? 3.实际工程中钢管中的流动大多为光滑管流或紊流过渡区,而水电站泄洪洞 的流动大多为紊流阻力平方区,其原因何在? 4.本次实验结果是否与莫迪图吻合?如果不吻合,试分析其原因。 4