实验报告：管路沿程水头损失实验

实验报告：管路沿程水头损失实验

一、实验目的

1、掌握管道沿程阻力系数的测量技术及电测仪测量压差的方法。

2、掌握沿程阻力系数 λ 与雷诺数Re 等的影响关系。

二、实验原理

由达西公式 g

d L h 22

f υλ=

2f 2

2f 2f /4212Q h K Q d L

gdh L gdh =⎪⎭

⎫

⎝⎛=

=πυλ （1）

L gd K 8/5

2π= 式中：h f 为管流沿程水头损失；d 为实验管段内径；L 为管段长度；υ为断面平

均流速；g 为重力加速度；Q 为过流流量；λ 为沿程阻力系数。 另由能量方程应用于水平等直径圆管可得

2121f /h h P P h -=-=γ）（ （2）

式中：P 1、P 2为实验管段起点、终点处压强；h 1、h 2为研究管段起点、终点处测

压管水头高度。压差可用压差计或电测。由上述（1）、（2）两式可求得管流在不同流量状态下的水头损失系数 λ 值。

雷诺数： υ

vd R e = 其中 24d Q v π= 式中：Re 为雷诺数；v 为断面平均流速；d 为实验管道内径；υ 为流体运动

粘度； Q 为过流流量。

三、实验装置

实验装置为自循环水流系统，水泵2将蓄水箱1中的水抽出，沿上水管3流入实1—蓄水箱； 2—水泵； 3—上水管； 4—实验管道； 5—回水管； 6—回水通道； 7—差压计； 8—量水箱； 9—秒表；

10—活动接头； 11—水位计； 12—底阀； 13—分流管；

14—分流及流量调节阀； 15—实验管道阀门。

验管段4，经回水管5通过回水通道6又流回蓄水箱1。差压计7用作测量沿程水头损失，量水箱8和秒表9用作测量流量。

四、实验步骤

1、记录有关实验常数。测定并记录水的温度。

2、将所选实验管路的阀15开到最大，同时关闭其它实验管路的阀门，然后接通电源，启动水泵。

3、流量调节通过阀14（注意实验过程中不再旋动其它阀门），顺时针旋动阀14流量增大，逆时针旋阀流量减小。当流量调至一定时，开始测定流量Q 及沿程水头损失h f 。

Q 的测定为体积法（t

V

Q =），它的测量由量水箱8及秒表9实现，先通过量水

箱的水位计记录量水箱内的起始水位，然后将活动接头10拨至量水箱，同时用秒表记录下接水的时间，读取接水的终了水位，就可计算流量Q 。 同时读取差压计7的读数1h 、2h ，以计算沿程水头损失f h 。

4、改变流量重复步骤3，需测定10组以上数据。

5、测定结束再测记水的温度，两次水温的平均值用作计算运动粘度。

6、关闭仪器及电源。

五、实验原始记录

1、记录有关常数

管径d = 1.0 cm 测量段长度L = 160 cm 水温1t = 22.9 ︒C 2t = 23.4 ︒C 运动粘度2

000221.00337.0101775.0t t ++=

υ= 9.349×10-3 cm 2/s , 式中221t t t +== 23.15 ︒C 常数K=π2gd 5/8L = 7.54876 cm 5/s 2

2、记录测量值

测

次 水箱水位高度

时间

/ s 水银柱高度

h 1 / ㎝

h 2 / ㎝

水位高度差/ Δh/cm

h 3 / ㎝

h 4 / ㎝

水银柱高度差/ Δh '/cm

1 7.3 13.5 6.

2 4.9 16.9 63.9 47 2 13.5 21.0 7.5 6.

3 19 61.7 42.7 3 3.7 8.5 4.8 4.3 21.

4 59.1 37.7 4 8.

5 13.

6 5.1 4.8 23.3 57.2 33.9 5 13.6 18.3 4.

7 4.

8 24.

9 55.5 30.6 6 18.3 22.9 4.6 4.7 26.1 54.1 28 7 22.9 27.1 4.2 5 30.1 50.2 20.1 8 7.8 12.6 4.8 5.8 29.4 50.9 21.5 9 12.6 16.1 3.5 4.6 31 49.4 18.4 10

16.1 21.2 5.1 7.1

31.7 48.4 16.7

六、实验数据计算

计算流速v 、沿程阻力系数λ、雷诺数Re 及lg(100λ)和lgRe ，并填入下表中。

七、实验结果分析及思考题回答

1、绘制λ～Re 曲线图 lg(100λ)

lg(Re)

从上图可见，λ与Re 成线性关系。再从λ～Re 所在区域Re 的值来考虑，可知曲线λ～Re 处于光滑管区。 2、思考题

① 如在同一管道中以不同液体进行实验，当流速相同时，其水头损失是否相同？

答：由沿程水头损失式 可知，在同一管道中以不同液体进行实验，当两液体流速相同时的水头损失只与沿程损失系数λ有关。而影响λ的因素有两种，即

测 次 水位高度差/ Δh/cm 接水体积 / cm 3

时间 / s 流 量

/ cm 3/s 流速 v

/ cm/s 雷诺数

/ Re

沿程损失 h f / cm 沿程损失

系数 λ

lg (100λ)

lgRe

1 6.

2 1674 4.9 341.6

3 435.20 46550.52 639.20 0.0413 0.616

4 4.6679

2 7.5 2025 6.

3 321.43 409.46 43797.53 580.72 0.042

4 0.6277 4.6414 3 4.8 1296 4.3 301.40 383.94 41067.83 512.72 0.0426 0.629

5 4.6135 4 5.1 1377 4.8 286.88 365.45 39089.30 461.04 0.0423 0.6262 4.5921 5 4.7 1269 4.8 264.38 336.78 36023.47 416.1

6 0.0449 0.652

7 4.5566 6 4.6 1242 4.7 264.26 336.63 36007.16 380.80 0.0412 0.6145 4.5564 7 4.2 1134 5.0 226.80 288.92 30903.54 273.36 0.0401 0.6033 4.4900

8 4.8 1296 5.8 223.45 284.65 30446.84 292.40 0.0442 0.6455 4.4835

9 3.5 945 4.6 205.43 261.70 27992.34 250.24 0.0448 0.6509 4.4470 10 5.1

1377 7.1 193.94 247.06 26426.57 227.12 0.0456 0.6588 4.4220

g v d L h f 22

λ

=