石大水力学实验指导07沿程水头损失实验

PAGE31PAGE（七）沿程水头损失实验一、实验目的要求1、加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制曲线；2、掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气一水压差计及电测仪测量压差的方法；3、二、实验装置本实验的装置如图7.1所示。图7.1自循环沿程水头损失实验装置图1、自循环高压恒定全自动供水器；2、实验台；3、回水管；4、水压差计；5、测压计；6、实验管道；7、水银压差仪；8、滑动测量尺；9、测压点；10、实验流量调节阀；11、供水管与供水阀；12、旁通管与旁通阀；13、稳压筒。根据压差测法不同，有两种型式：型式I压差计测压差。低压差用水压差计量测；高压差用水银多管式压差计量测。装置简图如图7.1所示。本实验装置配备有：1、自动水泵与稳压器自循环高压恒定全自动供水器由离心泵、自动压力开关、气一水压力罐式稳压器等组成。压力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响，离心泵的输水是先进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。图7.21、压力传感器；2、排气旋钮；3、连通管；4、主机2、旁通管与旁通阀由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量时有可能时开时停，从而造成供水压力的较大波动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管（图中未标出），通过分流可使水泵持续稳定运行。旁通管中设有调节分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀，实验流量随旁通阀开度减小（分流量减小）而增大。实际上旁通阀又是本装置用以调节流量的重要阀门之一。3、稳压筒为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接由2只充水（不满顶）之密封立筒构成。4、电测仪由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点（图7.2）。压差读数（以厘米水柱为单位）通过主机显示。三、实验原理由达西公式得（7.1）另由能量方程对水平等直径圆管可得（7.2）压差可用压差计或电测。对于多管式水银压差有下列关系：（7.3）式中，分别为水银和水的容重；为汞柱总差。*由图7.3知据水静力学基本方程及等压面原理有图7.3四、实验方法与步骤（一）实验准备1、检查实验装置。看实验设备是否连接完善。2、开启所有阀门（包括进水阀、旁通阀、流量调节阀）。3、打开防尘罩，通电。4、排气。1）测压架端软管排气：连续开关旁通阀数次，待水从测压架中经过即可。排气完毕，打开旁通阀。若此时测压管内水柱过高，可打开测压架顶部放气阀（所有阀门都打开），水柱自动降落，至正常水位拧紧放气阀即可。2）传感器端软管排气：关闭流量调节阀，打开传感器端排气阀，传感器内连续出水，关闭排气阀，排气完成。3）关闭流量调节阀，观察测压架内两水柱是否齐平，不平，找出原因并排除；齐平，实验准备完成，开始实验。（二）层流实验1、全开进水阀、旁通阀，微开流量调节阀，保证实验管道两点压差小于2cm（夏天）~3cm（冬天）内，待压力稳定，测量流量、温度测压管内压差。2、改变流量3~5次，重复上述步骤。（三）紊流实验1、关闭流量调节阀，将电测仪读数（既管道两测点压差）调领。2、夹紧测压架两端夹子，防止水流经测压架。3、全开流量调节阀、进水阀，适当关小旁通阀开度，增大实验管道内流量，待流量稳定之后，测量流量、温度、电测仪读数（即实验管道两测点压差）。4、改变流量3~5次，重复上述步骤。（四）实验完成，打开所有阀门，关闭电源。根据上述实验数据分别绘制层流段lgRe~lghf关系曲线、紊流段lgRe~lghf关系曲线。五、实验成果及要求1、有关常数。实验装置台号NO圆管直径，量测段长度。2、记录及计算（见表7.1）3、绘图分析*绘制曲线，并确定指数关系值m的大小。在厘米纸上以为横坐标，以为纵坐标，点绘所测的关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率将从图上求得m值与已知各流区的m值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流区m=2.0，紊流过渡区1.75<m<2.0）进行比较，确定流区。表7.1记录及计算表格常数次序体积cm3时间s流量Qcm3/s流速Vcm/s水温℃粘度vcm2/s雷诺数Re比压计、电测仪读数cm沿程损失hfcm沿程损失系数λRe<2320h1H21234567891011121314六、实验分析与讨论1、为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？实验管道安装成向下倾斜，是否影响实验成果？2、据实测m值判别本实验的流区。☆3、实际工程中钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，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、管道的当量粗糙度如何测得？☆5、本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。*附录7.1实验曲线绘法建议1、图纸绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于；2、坐标确定若采用厘米纸，取为纵坐标（绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标），lgv为横坐标；采用对数纸，纵坐标