局部阻力损失实验报告

1、精选局部阻力损失实验前言:工农业生产的迅速发展，使石油管路、给排水管路、机械液压管路等，得到 了越来越广泛的应用。为了使管路的设计比较合理 ，能满足生产实际的要求，管 路设计参数的确定显得更为重要。管路在工作过程中存在沿程损失和局部阻力损 失，合理确定阻力系数是使设计达到实际应用要求的关键。但是由于扩张、收缩段的流动十分复杂，根据伯努利方程和动量方程推导出的理论值往往与具体的管 道情况有所偏差，一般需要实验测定的局部水头损失进行修正或者得出经验公式 用于工业设计。在管路中，经常会出现弯头，阀门，管道截面突然扩大，管道截面突然缩小 等流动有急剧变化的管段，由于这些管段的存在，会使水流的边界发生急

2、剧变化 水流中各点的流速，压强都要改变，有时会引起回流，旋涡等，从而造成水流机 械能的损失。例如，流体从小直径的管道流往大直径的管道，由于流体有惯性，它 不可能按照管道的形状突然扩大，而是离开小直径的管道后逐渐地扩大。因此便 在管壁拐角与主流束之间形成漩涡，漩涡靠主流束带动着旋转，主流束把能量传 递给漩涡、漩涡又把得到的能量消耗在旋转中 （变成热而消散）。此外，由于管 道截面忽然变化所产生的流体冲击、碰撞等都会带来流体机械能的损失。摘要：本实验利用三点法测量扩张段的局部阻力系数，用四点法量测量收缩段的 局部阻力系数，然后与圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的 经验公式中的经验值进

3、行对比分析，从而掌握用理论分析法和经验法建立函数式 的技能。进而加深对局部阻力损失的理解。三、实验原理写出局部阻力前后两断面的能量方程， 根据推导条件，扣除沿程水头损失可 得：1 突然扩大采用三点法计算，下式中hf12由hf23按流长比例换算得出。实测hje (ZiB)12g(乙虫）22ghfi 2hje/12g理论e (1A 2hje2g2 突然缩小采用四点法计算，下式中B点为突缩点，hf4B由hf34换算得出，hfB5由hf56 换算得出。实测p52hf4B (Z5 -)药hfB 52经验公式,hjs/茹 计算中的速度应取小管径中的速度值。4321.2255 理 2.2096 1.3859

4、 土 0.1167 0.5AbA3A3A3hjs当g 01时，可简化为s 0,5(1却局邮搅失系數OJ1OJ0-Jj030.40_50.60.7o.sg1突然-1_cOtfIS讯MMQ676017Q.T440 7S4Cl御1 0缩小rIaDMO42L03 B 70-23 70.3120 3AL-o.a?g0載面A-.A;1GJO-.E.0.60403(U04Ilv,尸0:i：O.WO.ltf0250J&_临0.S11扩大F 1j0tOlliam却0.1討0.444I225-J tL2g实验装置本实验装置如图所示432Li局部阻力系数实验装置图1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；

5、4恒压水箱；5.溢流 板；6.稳水孔板；7.突然扩大实验管段；8.测压计；9滑动测量尺；10.测压 管；11.突然收缩实验管段；12.流量调节阀；实验管道由小-大一小三种已知管径的管道组成， 共设有六个测压孔，测孔 13和25分别测量突扩和突缩的局部阻力系数。其中测孔1位于突扩界面处， 用以测量小管出口端压强值。实验方法与步骤1 .测记实验有关常数。2打开电源开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。3.打开出水阀至最大开度，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积 法测记流量。4 .改变出水阀开度34次，分别测记测压管读数及流量。5.实验完成。实验成果及要求1.记录、计算有关常数:实验

6、装置台号No D仁D5=1.4cm D2=D3=D4=2.0cm L1-2=20.0cm L2-3=19.8cmL3-b=6.5cmLb-4=3.5cmL4-5=20.0cme (1 与 0.2601，A1.2255A52.20961.3859 AA3A5A30.1167 A30.5=0.2994注：由于A5A4=0.490.1故采用以上经验公式计算值 2 整理记录、计算表。NO.1测压管及流量记录表h1(cm)h2(cm)h3(cm)h4(cm)h5(cm)V(cm3)t(s)Q(cm3/s)150.454.653.341.439.6398018221.1244.848.847.937.93

7、6.4398018.6214.0340.844.543.334.231.6398019.7202.0432.735.734.926.925.6398021.8182.6529.432.331.323.822.2398022.5176.9NO.2扩张段实验数据v1*v1/2g (cm)v2*v2/2g(cm)hf1-2(cm)(p1-p2)/YHje(cm)Z eZ e理 论110.532.531.31-4.22.490.23610.260129.862.370.91-42.580.26190.260138.792.111.21-3.71.770.20090.260147.181.720.81-

8、31.650.22930.260156.741.621.01-2.91.210.17950.2601平均值0.22160.2601N0.3收缩段实验数据v5*v5/2g(cm)v4*v4/2g(cm)hf4-B(cm)hf5-B(cm)(p4-p5)/ y(cm)Hjs(cm)Z sZ理论110.532.530.430.321.83.160.30010.299429.862.370.300.261.51.950.19790.299438.792.110.390.462.61.570.17900.299447.181.720.260.231.32.060.28660.299456.741.620

9、.330.281.61.770.26310.2994平均值0.24530.29943.扩张段收缩段Z e/ Z e 理论=0.2216/0.260仁85.19%Z s/ Z s 理论=0.2453/0.2994=83.27%实验分析与讨论1.结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系 实验结果如下图：精选水头损失与流量的关系T-饕扩段2由式 hjj2g及f (dr d2)表明影响局部阻力损失的因素是V和dl.；d2，由于有突扩：突缩：e(1Al A)2s0.5(1A1.A2)则有K e0.5(1A1 A2)0.5(1 A1 A2)1A1 A2当A A?0.5或di. d20

10、.707时，突然扩大的水头损失比相应突然收缩的要大。在本实验中D1/D2=0.7,突扩损失与突缩损失应接近，即hjs/hje=1 ，说明实验结果与理论推到相一致。从而我们也可得到，当d 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 结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与 突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？流动演示仪I-VII型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、 绕流等三十余种内、外流的流动图谱。据此对局部阻力损失的机理分析如下：从显示的图谱可见，凡流道边界突变处，形成大小不一的旋涡区。旋涡是产 生损

11、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 耗了部分能量。这样就造成了局部阻力损失。从流动仪可见，突扩段的旋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，旋涡区也越大，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。而突缩段的旋涡在收缩断面前后均有。 突缩前仅在 死角区有小旋涡，且强度较小，而突缩的后部产生了紊动度较大的旋涡环区。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

12、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，以避免旋涡的形成，或使旋涡区尽可能小。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旋涡区域；或把突 缩进口的直角改为园角，以消除突缩断面后的旋涡环带，可使突缩局部阻力系数 减小到原来的1/2110。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。3.现备有一段长度及联接方式与调节阀（图8.1 ）相同，内径与实验管道相同的直管段，如何用两点法测量阀门的局部阻力系数？两点法是测量局部阻力系数的简便有效办法。它只需在被测流段（如阀 门）前后的直管段长度大于（2040） d的断面处，各布

13、置一个测压点便可。先 测出整个被测流段上的总水头损失hwi 2，有hw1 2 hji hj2hjnhji hfi 2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 两测点间的沿程水头损失。然后，把被测段（如阀门）换上一段长度及联接方法与被测段相同，内径与 管道相同的直管段，再测出相同流量下的总水头损失hwi 2，同样有Ihw1 2 hji hj2hji i hfi 2所以hjn hwi 2 hwi 2 4.实验测得突缩管在不同管径比时的局部阻力系数（Re 105 ）如下:序号12345d2 / di0.20.40.60.81.00.48

14、0.420.320.180试用最小二乘法建立局部阻力系数的经验公式利用ExceI中最小二乘法线性拟合可以得到:E =-0.6 （d2d1） +0.64其中R2= 0.9626,说明拟合效果很好。d2/dl线性()y = -0.6x + 0-64 R1 = 0.9626若采用A2/A1为参数，则结果如下：E =0.5 (1- (A2A1)显然，采用A2/A1作为变量推导出的公式更符合实际情况5-A2/A1关系图Db T系列1线性(系列1)y - -O.Sx + 0.5-1理论推导过程如下由实验数据求得等差 x(令x d2 /di)相应的差分y(令y)，其一、二级差分如下表i1 2345x0.20

15、.20.20.2y-0.06-0.1-0.04-0.182y-0.04-0.04-0.04二级差分2y为常数，故此经验公式类型为：2y bo bix b2x( 1)(2)用最小二乘法确定系数精选令yi bo biXi b2Xi 2是实验值与经验公式计算值的偏差 如用表示偏差的平方和，即nbobi Xib2X22ii 1（2）为使为最小值，则必须满足0 bo0 bi0 b2于是式（2）分别对bo、bi、b2求偏导可得列表计算如下:5b2xi i5Yi Xii i5boXi52Yi Xi5boX2bi2Xii i53bixi ib2i i5b2X4i iiXid2 / diYi2Xi3XiiO.2

16、O.48O.O4O.OO82O.4O.42O.i6 O.O643O.6O.32O.36O.2i64O.8O.i8O.64O.5i25i.OOi.OOi.OO总和5Xi 3i i5Yii.4i i5Xi22.2i i5Xi3i.8i ii ii i(3)i4 XiYiXi2YiXiiO.OOi6O.O96O.Oi922 :O.O256O.i68O.O672 厂3O.i3OO.i92O.ii54O.4iOO.i44O.ii55i.OOOO精选总和5x41.567i 15yiXi0.6i 152yixi0.3164i 1将上表中最后一行数据代入方程组（3），得到1.4 5b0 3b,2.2b200.6 3b0 2.2b,1.8b20（4）0.3164 2.2b01.8b,1.567b20解得b00.5，bi0，b20.5，代入式（1）有 y 0.5（1 x2）于是得到突然收缩局部阻力系数的经验公式为0.51 （d2/d1）2或0.5（1 处）A1 5试说明用理论分析法和经验法建立相关物理量间函数关系式的途径。 突扩局部阻力系数公式是由理论分析法得到的。一般在具备理论分析条 件时