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。
3、稳压筒 为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接由2只充水（不满顶）之密封立筒构成。
4、电测仪 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（图7.2），压差读数（以厘米水柱为单位）通过主机显示。
三、实验原理
由范宁公式 
（1）
得 
（2）
（3）
四、实验方法与步骤
准备I 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；检查蓄水箱水位是否够高及旁通阀是否已关闭。否则予以补水并关闭阀门；记录有关实验常数：工作管内径
（8mm）和实验管长
（85cm）。
准备II 启动水泵。本供水装置采用的是自动水泵，接通电源，全开旁通阀，打开进水阀，水泵自动开启供水。
准备III 调通量测系统。
1、夹紧水压计止水夹和关闭U形管的排气阀，打开出水阀和进水阀（逆时针），关闭旁通阀（顺时针），启动水泵排除管道中的气体。
2、全开旁通阀、关闭出水阀，插上U形管的排气出水管，松开U形管水压计的止水夹，并旋松水压计的旋塞
，排除水压计中的气体。随后，关进水阀，开出水阀10，拔开U形管上的排气出水管，使水压计的液面降至标尺零附近，即旋紧水压计上的排气塞
。水压计齐平即可开始做实验，否则需重调。
3、通过调节旁通阀或进水阀或出水阀来调节流量，使得U形压差计产生压差，用直尺量出水柱（压差）的高度，并记录。每次调节流量时，均需稳定2-3分钟，测流时间不小于15秒；同时测流量（不得小于15秒）和水箱中水的温度。
层流段：应在水压计
（夏季）[
（冬季）]量程范围内，测记3组以上数据。
4、结束实验前，应全开旁通阀，关闭出水阀，检查水压计是否齐平，齐平则下一组可以直接进行测流实验，否则需先排气后方可进行。最后一组做完实验后，检查水压计是否齐平，齐平则关闭进水阀，切断电源。否则，表明压力计已进气，需重做实验。
五、实验记录和数据处理
数据记录：每组测流时间：20s
将数据带入公式（1）（2）（3）得：
实验所得图
莫迪图
实验总结：
对于我们组的损失实验，由于整个实验本身的操作比较简单，在加上有研究生师姐在一旁指导，并没有出现操作上的明显失误。我们本来以为水平管里水的运动状态是层流状态，不过从实验得出的数据来分析雷诺数达到了6000-8000这个范围，明显超出了层流范围，属于湍流运动，所以说空想和实验还是有差别的。其次，根据我们实验数据绘制的λ—Re关系图，与图1-39对比走势符合，都是雷诺数随实验水流速率变大和摩擦系数减小而变大的。需要说一下的是，最开始画图直接按照各族顺序画图，得到的曲线最后是拐向上的，以为实验出现问题，结果分析才发现是因为操作过程中没有按照一定变化规律调节流速导致出现问题，并不是数据问题，所以以后实验中操作还应该再严谨一些。
第二篇：03 沿程水头损失实验
§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hf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。
(6) 温度计浸没在水箱1中，用于测量水体的温度。
3．基本操作方法
（1）实验前准备
1)压差计连接管排气与压差计补气。启动水泵，全开阀11与12，连续开关旁通阀13数次，待水从压差计顶部流过即可。若测压管内水柱过高须补气，全开阀门11、12、13，打开压差计4顶部气阀K，自动充气使压差计中的右管液位降至底部，立即拧紧气阀K即可。
2) 传感器排气。关闭流量调节阀11，先后将传感器9上的排气旋钮F1和F2打开，使旋孔中出水，将两引水管中空气排净后，再旋紧F1和F2。
3) 调节压差电测仪。关闭阀11的情况下，管道中充满水但流速为零，此时，电测仪读值应为零，若不为零，则可旋转电测仪面板上的调零电位器，使读值为零。
（2）实验过程操作
1)调节流量。
(a) 层流实验时，全开旁通阀13，微调实验流量调节阀11来调节流量；
(b) 湍流实验时，全开实验流量调节阀11，调节旁通阀13来调节流量。
2) 测量流量。流量由称重法测量，用秒表计时，用电子称称重。
3) 测压差。层流实验时，用压差计测量，流量调节后须等待几分钟，稳定后再测量；湍流实验时，用管夹关闭压差计连通管，改用压差电测仪测量。
4) 由于水泵发热，水温持续升高，应先进行层流实验。层流状态下，温度低时（冬天），实验管道两点压差Dh最大值约为30 mm，温度高时(夏天)，Dh最大值仅为20 mm左右。
5) 每次实验均须测记水温。
7.3 实验原理
1．对于通过直径不变的圆管的恒定水流，沿程水头损失由达西公式表达为
式中：l为沿程水头损失因数；l为上下游测量断面之间的管段长度；d为管道直径；v 为断面平均流速。
若在实验中测得沿程水头损失hf和断面平均流速，则可直接得沿程水头损失因数
其中 k = 
由伯努利方程可得
沿程水头损失hf即为两测点的测压管水头差Dh，可用压差计或电测仪测得。
2．圆管层流运动
3．管壁平均当量粗糙度D在流动处于湍流过渡区或阻力平方区时测量，可由巴尔公式确定
即 
7.4 实验内容与方法
1．沿程水头损失因数测量与分析实验
参照实验基本操作方法，分别在层流和湍流两种流态下测量流量、水温、压差各4~6次。实验数据参考表4.3.1处理。
2．设计性实验
试利用图4.3.1实验仪器设计测定实验管段平均当量粗糙度D的实验。
7.5 数据处理及成果要求
1．记录有关信息及实验常数
实验设备名称：__________________ 实验台号：_________
实 验 者：______________________ 实验日期：_________
圆管直径d=_________´10-2 m 测量段长度l =_______´10-2 m
2．实验数据记录及计算结果（参表4.3.1）
3．成果要求
(1) 测定沿程水头损失因数l值，分析沿程阻力损失因数l随雷诺数的变化规律。并将结果与穆迪图进行比较，分析实验所在区域。
(2) 根据实测管道内流量和相应沿程损失值，绘制lgv ～lghf关系曲线，并确定其斜率m值，
。将从图上求得的m值与已知各流区的m值进行比较验证。
(3)完成设计性实验。
7.6 分析思考题
1．为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？实验管道倾斜安装是否影响实验成果?
2．为什么管壁平均当量粗糙度D不能在流动处于光滑区时测量？
7.7 注意事项
1．实验装置长期静置不用后再启动时，需在切断电源后，先用螺丝刀顶住电动机轴端，将电机轴转动几圈后方可通电启动。
2．实验时，去掉水泵罩壳，以防泵体过热。
表7.1 沿程水头损失实验记录计算表
