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lgh f ～-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：
g
v d L h f 22
⋅⋅=λ 对于给定管径、管长的圆管稳定流，由达西公式可得：
2
2
5
22
22
8422Q
h K Q
h L
gd d Q L gdh Lv
gdh f f f f ⨯
=⨯
=
⎪⎭
⎫ ⎝⎛=
=
ππλ
式中：L
gd K 85
2π=
对水平安装的等直径圆管，由能量方程可得：
γ
2
1P P h f -=
对于指示液，被测液体均为水的U 形管压差计，有：
212
1h h P P h f -=-=
γ
式中h f ——测定管段L 的沿程水头损失，cmH 2O
γ——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 。

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=20-30cmH 2O 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
f
h （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，
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：
)
s cm (980g )
s (cm d
4v cm t
000221.0t 0337.0101775
.0v 3222
e ==++=
=
πνν
Q
d
R ）（ 2.绘制lgh f ～lgv 曲线，以lgv 为横坐标，以lgh f 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2121(lg lg )/()f f m h h v v =--。

将求得的各区段m i 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1.75<m<2.0，粗糙管紊流区m=2.0）进行比较，确定各测段所属流区。

3.绘制lg100λ～lgRe 对数曲线，lgRe 为横坐标，以lg100λ为纵坐标。

表1 记录及计算表格
常数：圆管内径d= 1.0 cm ，量测管段长度L= 9.0 cm ，水箱长度a=18.50cm ，宽度为b=15.00cm
)/cm (8/2552s l gd k ==）（π
同组者：
说明：运动粘度保留四位有效数字，K 保留三位，Re 位整数，其余保留两位小数后两位。

六、分析思考题
1.为什么本实验中压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响实验结果？
2.如何从lg lg f v
h 曲线得到的2121(lg lg )/()f f m h h v v =--值，判定流区
（m=1,m=2, 1.75<m<2，m>2）？
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。