(八)局部阻力损失实验

局部阻力损失实验

实验人：王琦PB10030015 苏拓

一、实验目的要求

1、掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；

2、通过对园管突扩局部阻力系数的表达公式和突缩局部阻力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、加深对局部阻力损失机理的理解。 二、实验装置

本实验装置如图8.1所示

4567891011

12

321

1

2

3

4

5

6

图 8.1 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;

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.实验流量调节阀.

实

验管道由小—大—小三种已知管径的管道组成，共设有六个测压孔，测孔1—3和3—6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。

三、实验原理

写出局部阻力前后两断面能量方程，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21-f h 由32-f h 按流长比例换算得出。 实测 ]2)[(]2)[(212

2

2

22

11

1-++

+

-+

+

=f je h g

p z g

p z h αυγ

αυγ

g

h je e 2/

2

1αυζ=

理论 2

2

1)1(A A e -

='

ζ

g

a h e je

22

1υζ'='

2、突然缩小

采用四点法计算，下式中B 点为突缩点，B f h -4由43-f h 换算得出，5-fB h 由65-f h 换算得出。 实测 ]2)[(]2)[(52

55

5424

4

4--++

+

--+

+

=fB B f js h g

p Z h g

p Z h αυγ

αυγ

g

h js s 2/

2

5αυζ=

经验 )1(5.03

5

A A s -

='

ζ g

h s js

22

5αυζ'='

实验结果及要求

1.记录，计算有关常数：

d1=D1=1.03cm, d2=d3=d4=D2=1.95cm, d5=d6=D3=1.01cm,

122334455612,24,12,6,6,6B B l cm l cm l cm l cm l cm l cm

------======5198.0)1(2

21'=-

=A A e ζ 3659.0)1(5.03

5'=-=A A s ζ 2.整理、记录并计算：

表1 局部阻力损失实验记录表 次数

流量，cm^3/s 测压管读数/cm 体积 时间 流量 1 2 3 4 5 6 1 915 7.15 127.972 14.3 18.5 18.1 18 0 0 2 1120 9.07 123.484 15.6 19.7 19.3 19.2 2.8 0 3 1420 13.04 108.8957 19.3 22.6 22.3 22.2 8.8 7.5 4

1150 15.06 76.36122 27.9 29.5

29.4 29.4 22.6 21.8

表2 局部阻力损失实验记录表

次数 阻力 流量cm^3/s 前断面cm 后断面

cm

hj,cm § hj',cm

αv^2/2g E αv^2/2g

E

1 突扩 127.97

2 12.04719 26.6390

3 0.93777

19.81532 6.619626 0.549475 6.2621 2 123.484 11.21701 27.13538 0.873148 20.97519 5.956109 0.530989 5.8306 3

108.8957 8.723228 28.41711 0.679028

23.74025 4.523792 0.518591 4.5343

4 76.36122 4.289448 32.75884 0.333897 30.43594 2.271878 0.529643 2.2296 1 突缩

127.972 0.93777 19.30512 13.03014 13.03014 6.223952 0.477658 4.7677 2 123.484 0.873148 20.46498 12.13223 14.98937 2.567449 0.211622 4.4391 3 108.8957 0.679028 23.33209 9.434972 18.41456 3.539974 0.375197 3.4522 4

76.36122

0.333897 30.3339 4.639432 27.70066 1.816913 0.391624 1.6975

可见，突扩时，ς的理论值与实验较为符合；突缩时，ς的理论值和实验值相差很大。

实验分析与讨论

1.结合实验结果，分析比较突扩与突缩在相应条件下损失大小关系 答：紊流时，突缩的能量损失比突扩小；层流时，不确定。

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？怎样减少局部阻力损失？

3.

答：本实验是在于流道截面面积突变，使流场紊乱，内部粘性力加大造成损耗。能量损失主要在管道突变面附近。要减少局部阻力损失，可采用渐缩渐扩管道。

4.现备有一段长度及联接方式与调节阀相同，内径与试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？

答： 如上实验，将阀门放置在水平处即可。

5.实验测得突缩管在不同管径比试的局部阻力系数（Re>10^5）如下: 序号 1 2 3 4

5 d2/d1

0.2 0.4 0.6 0.8 1 ζ

0.48

0.42

0.32

0.18

试用最小二乘法建立局部阻力稀疏的经验公式。

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

d2/d1

答：由最小二乘法得到ζ=0.64-0.6*d2/d1.

6.试说明用理论分析核经验法建立相关物理量间关系式的途径。