流体力学实验报告.doc

局部水头损失实验专业 城市地下空间工程 班级 姓名 学号 小组成员 实验日期 2011 年 12 月 21 日一、实验目的1. 掌握测定管道局部水头损失系数的方法（三点法、四点法），并与理论公式或经验公式的计算值相比较。2. 通过对圆管突扩局部损失系数的包达公式和突缩局部损失系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径。3. 观察管径突然扩大时旋涡区测压管水面线的变化情况，以及其它各种边界突变情况下的测压管水头线变化情况。4. 加深对局部阻力损失机理的理解。二、实验原理当边界发生急剧变化时，主流就会与边界分离出现旋涡以及水流流速分布的改组，从而消耗一部分机械能。写出局部阻力前后两断面的能量方程，根据推导条件，当两断面间距离较长时，扣除沿程水头损失可得：1. 突然扩大管径的突然扩大是产生局部水头损失的典型例子。采用三点法计算，hf1-2由hf2-3按流长比例换算得出。实测 理论 2. 突然缩小采用四点法计算，设B为突缩点，hf4-B由hf3-4换算得出，hfB-5由hf5-6换算得出。实测 经验 三、实验数据记录及整理计算实验装置台号：局部水头损失实验1#四、成果分析及小结 1. 结合实验成果，分析比较突然扩大与突然缩小在相应条件下的局部水头损失大小关系。由式 及 表明影响局部阻力损失的因素是v和d1/d2。由于有突扩： 突缩：则有 当 或 时，突然扩大的水头损失比相应突然收缩的要大。d1/d2接近于1时，突扩的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，因而阻力损失显著减小。 2.从显示的图谱可见，凡流道边界突变处，形成大小不一的漩涡区。漩涡是产生损失的主要根源。由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互摩擦，便消耗了部分水体的自储能量。另外，当这部分低能流体被主流的高能流体带走时，还须克服剪切流的速度梯度，经质点间的动能交换，达到流速的重新组合，这也损耗了部份能量。这样就造成了局部阻力损失。从流动仪可见，突扩段的漩涡主要发生在突扩断面以后，而且与扩大系数有关，扩大系数越大，漩涡区也越大，损失也越大，所以产生突扩局部阻力损失的主要部位在突扩断面的后部。而突缩段的漩涡在收缩断面前后均有。突缩前仅在死角区有小漩涡，且强度较小，而突缩的后部产生了紊动度较大的漩涡环区。可见产生突缩水头损失的主要部位是在突缩断面后。 从以上分析知，为了减小局部阻力损失，在设计变断面管道几何边界形状时应流线型化或尽量接近流线型，以避免漩涡的形成，或使漩涡区尽可能小。如欲减小本实验管道的局部阻力，就应减小管径比以降低突扩段的漩涡区域；或把突缩进口的直角改为圆角，以消除突缩断面后的漩涡环带，可使突缩局部阻力系数减小到原来的。突然收缩实验管道，使用年份长后，实测阻力系数减小，主要原因也在这里。五、问题讨论请设计一个实验，如何量测阀门的局部水头损失？请画出示意图（可徒手画）。在阀门前后的直管段上长度大于(2040)d的断面处，各布置一个测压点。1、先测出整个测量段上的总水头损失hw1-2，有式中： hji 分别为两测点间互不干扰的各个局部阻力段的阻力损失；hjn 被测段的局部阻力损失；hf1-2 两测点间