沿程水头损失实验

前言：

确定沿程水头损失，首先得弄清沿程阻力系数的变化规律。19xx年尼古拉兹采用不同粒径的人工粗砂粘于管道内壁模拟粗糙的方法进行了一系列管道实验，得出了管道沿程阻力系数变化的一般规律。

（1）雷诺数Re<2000 时，水流为层流，?与Re呈倒数关系，且?=64/Re.

（2）2000<Re<4000 时，层流向紊流过渡，Re 为?的主要影响因素.

（3）Re>4000 时，水流处于紊流状态：（a）当Re较小时，由于粘性底层较厚，从而掩盖了圆管内壁粗糙度，流动处于紊流光滑区，?只与Re 有关，即λ=f（Re）；（b）当Re 很大时，管壁糙面凸起完全深入管内紊流流核，沿程阻力主要受水流流经管壁糙面凸起时形成的小旋涡影响，流动处于紊流粗糙区，λ 由相对粗糙度Δ/R（R为水力半径，下同）决定，λ=f（Δ/ d）；（c）当Re 介于紊流光滑区与粗糙区之间时，λ 由Re 和Δ/d 共同决定，流动处于紊流过渡粗糙区，λ=f（Δ/d，Re）。

1937 年泰科斯达在人工加糙明渠中进行了沿程阻力实验，得出了与尼古拉兹实验相似的论，说明管流和明渠流具有相同的变化规律.为满足工程实际应用的需要，人们通过实验总结出许多经验或半经验公式λ 如适用于紊流光滑区的布拉修斯公式，适用于过渡粗糙区的柯—怀公式，适用于紊流光滑区的尼古拉兹经验公式，莫迪图经验公式，本实验采用莫迪图经验公式进行对比分析。

摘要：

本次实验内容有，测量沿程阻力系数?，通过与莫迪图对比分析其合理性，提高实验成果分析能力；绘制lghf?lgV曲线，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。

实验原理

LV2

hf??d2g 由达西公式

2gdhf12gdhf?2hf2???(d/Q)?K22L?L4Q 得

K??2gd5/8L

其中hf为水头损失，?为沿程阻力系数，L为管道长度、d为管道内径，V为平均流速，

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沿程水头损失实验

班级学号______________

姓    名______________

实验日期______________

指导教师______________

  

北京航空航天大学流体所

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水压差计及电测仪测量压差的方法；

3．将测得的Re-关系值与莫迪图对比，分析其合理性，并且与莫迪图比较，进一步提高实验成果分析能力。

二、实验装置

    本实验的实验装置，如图１所示。

    图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 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．旁通管路与旁通阀；  13．稳压筒

实验装置配备如下：

1．测压装置：U形管水压差计和电子量测仪。

低压差用U形管水压差计量测，而高压差需要用电子量测仪来量测。电子量测仪（见图2）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。压差读数（以厘米水柱为单位）通过主机显示。

图2   电子量测仪

1．压力传感器； 2．排气旋钮； 3．连通管； 4．主机

2．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--水压力罐式稳压器等组成。压力超高时能自动停机，过低能自动开机。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。

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 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水头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—水压差计及电测仪测量压差的方法；

3、将测得的关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。

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；  6．实验管道；  7．水银压差计；8．滑支测量尺；  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，有两种方式测压差：

1、低压差时用水压差计量测；

2、高压差时用电子量测仪（简称电测仪）量测(但本仪器暂时不能测定高压)。

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—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7.2

1.压力传感器；  2.排气旋钮；  3.连接管；  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。

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《流体力学，泵与泵站综合实验》实验报告

 开课实验室：流体力学实验室                                    年     月     日

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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：

 

对于给定管径、管长的圆管稳定流，由达西公式可得：

式中：

对水平安装的等直径圆管，由能量方程可得：

对于指示液，被测液体均为水的U形管压差计，有：

式中h_f——测定管段L的沿程水头损失，cmH₂O

——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。

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  实验一 沿程水头损失实验

20##年12月

 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水头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—水压差计及电测仪测量压差的方法；

3、将测得的关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。

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；  6．实验管道；  7．水银压差计；8．滑支测量尺；  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，有两种方式测压差：

1、低压差时用水压差计量测；

2、高压差时用电子量测仪（简称电测仪）量测(但本仪器暂时不能测定高压)。

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—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7.2

1.压力传感器；  2.排气旋钮；  3.连接管；  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。

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§7  沿程水头损失实验

7.1 实验目的和要求

1．学会测定管道沿程水头损失因数l和管壁粗糙度D的方法；

2．分析园管恒定流动的水头损失规律、l随雷诺数Re变化的规律，验证沿程水头损失h_f与平均流速v的关系。

7.2  实验装置

1．实验装置简图

实验装置及各部分名称如图7.1所示。

图7.1 沿程水头损头实验装置图

1. 自循环高压恒定全自动供水器  2. 实验台  3. 回水管  4. 压差计

5. 滑动测量尺  6. 稳压筒  7. 实验管道  8. 压差电测仪  9. 压力传感器

10. 测压点  11. 实验流量调节阀  12. 供水管及供水阀  13. 旁通管及旁通阀

2．装置说明

(1)水泵与稳压器。自循环高压恒定全自动供水器1由水泵、压力自动限制开关、气—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，水泵的供水是先进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。

(2) 旁通管与旁通阀。由于供水泵设有压力自动限制开关，在供小流量时因压力过高，水泵可能出现断续关闭的现象，为此设有旁通管与旁通阀13，在小流量实验时，通过旁通管分流可使水泵持续稳定运行。

(3) 阀11用于调节层流实验流量；阀12用于检修，实验时始终全开；阀13层流时用于分流（全开），湍流时用于调节实验流量。

(4) 实验管道7为不锈钢管，其测压断面上沿十字型方向设有4个测压孔，经过均压环与测点管嘴相连通。

(5) 本实验仪配有压差计4（倒U型气-水压差计）和压差电测仪8，压差计测量范围为0~0.3 mH₂O；压差电测仪测量范围为0~10 mH₂O，视值单位为10^-2 mH₂O。压差计4与压差电测仪8所测得的压差值均可等值转换为两测点的测压管水头差，单位以m表示。在测压点与压差计之间的连接软管上设有管夹，除湍流实验时管夹关闭外，其他操作时管夹均处于打开状态。

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