局部阻力损失实验分析报告

局部阻力损失实验报告

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

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12

f h -由

23

f h -按流长比例换算得出。

实测 2

2

1

12

21212[()][()]22je f p p h Z Z h g

g

αυαυγ

γ

-=+

+

-+

+

+

2

1/2e je h g

αυζ=

理论 212

(1)e A

A ζ'=-

2

,

12je e

h g

αυζ'=

2．突然缩小

采用四点法计算，下式中B 点为突缩点，4f B h -由34f h -换算得出，5fB h

-由56

f h -换算得出。

实测 2

2

5

54

44455[()][()]22js f B fB p p h Z h Z h g

g

αυαυγ

γ

--=+

+

--+

+

+

2

5/2s js h g

αυζ=

经验公式，计算中的速度应取小管径中的速度值。

4

3

2

55553333' 1.2255 2.2096 1.38590.11670.5

s A A A A A A A A ζ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫

=-+--+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭

当53/0.1A A <时，可简化为5

3

0.5(1)s A A ζ'=-

252js s

h g

αυζ''

=

实验装置

本实验装置如图所示。

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.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2—5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3~4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： 实验装置台号No 4

D1=D5=1.4cm D2=D3=D4=2.0cm L1-2=20.0cm L2-3=19.8cm L3-b=6.5cm Lb-4=3.5cm L4-5=20.0cm

2

12

(1)e A A ζ'=-

= 0.2601，

432

55553333' 1.2255 2.2096 1.38590.11670.5

s A A A A A A A A ζ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫

=-+--+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭

=0.2994

注：由于A5/A4=0.49>0.1,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) 1 50.4 54.6 53.3 41.4 39.6 3980 18 221.1 2 44.8 48.8 47.9 37.9 36.4 3980 18.6 214.0 3 40.8 44.5 43.3 34.2 31.6 3980 19.7 202.0 4 32.7 35.7 34.9 26.9 25.6 3980 21.8 182.6 5 29.4 32.3

31.3

23.8

22.2

3980

22.5 176.9

NO.2 扩张段实验数据

v1*v1/2g （cm ） v2*v2/2g （cm ） hf1-2(cm)

(p1-p2)/γ Hje(cm) ζe ζe 理论 1 10.53 2.53 1.31 -4.2 2.49 0.2361 0.2601 2 9.86 2.37 0.91 -4 2.58 0.2619 0.2601 3 8.79 2.11 1.21 -3.7 1.77 0.2009 0.2601 4 7.18 1.72 0.81 -3 1.65 0.2293 0.2601 5 6.74 1.62 1.01 -2.9

1.21

0.1795 0.2601 平均值

0.2216 0.2601

N0.3 收缩段实验数据

v5*v5/2g （cm ） v4*v4/2g （cm ） hf4-B (cm) hf5-B (cm) （p4-p5)/γ (cm) Hjs (cm) ζs ζ理论 1 10.53 2.53 0.43 0.32 1.8 3.16 0.3001 0.2994 2 9.86 2.37 0.30 0.26 1.5 1.95 0.1979 0.2994 3 8.79 2.11 0.39 0.46 2.6 1.57 0.1790 0.2994 4 7.18 1.72 0.26 0.23 1.3 2.06 0.2866 0.2994 5 6.74 1.62 0.33 0.28 1.6

1.77

0.2631 0.2994 平均值

0.2453

0.2994

3.扩张段 ζe/ζe 理论=0.2216/0.2601=85.19% 收缩段 ζs/ζs 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：