内科大水力学实验指导01有压管流综合型实验-6管路沿程阻力系数测定实验.docx

（六）管路沿程阻力系数测定实验一、实验目的要求I.加深了解园管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律；1.掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气一水压差及水一水银多管压差计测 量压差的方法；3.将测得的七入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一所示。图一自循环沿程水头损头实验装置简图I.自循环高用恒定全自动供水器4.水压差过7.电子献测仪10.实骁流量调力阀13.调乐附2.实验台5.测压计8.滑动测量尺II.供水管及供水阀3. P）水管6.实腕管道9.测乐点12.旁通管及旁通阀根据压差测法不同，有两种型式：型式I 压差计测压差。低压差用水压差计量测；高压差用水银多管式压差计量 测。装置简图如图一所示。型式电子量测仪测压差。低压差仍用水压差计量测；而高压差用电子测仪（简称电测仪）量测。与型式I比较，该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪（图二） 所取代。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3由离心泵、自动压力开关、气一水压力罐式稳压器 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。图二图三1 .压力传感器2.排气旋钮3.连通管 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，在供水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 .水封面 为了简化排气，并防止实验中再进气和误操作引起的水银外溢。在水 银压差计的连通管上装有水封器，水封器由2只充水（不满顶）的密封立筒构成（图一）。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（畋7.2）o压差读数（以米水柱为单位）通过主机显示。三、实验原理由达西公式hf=-2gdhf J 2gdhl 79 hf得 九=上卢二= ±jGd2Q）2 = K 味（1）LLrL 4QK = 2gd5/SL另由能量方程对水平等直径园管可得% =（1一2）什压差可用压差计或电测。对于多管式水银压差有下列关系：ZA =（遍_1）（小-4+均_%） = 12.6地九 %hn = Ii2 _%+%_%（3）式中，儿,、几分别为水银和水的容重；/储为汞柱总差。四、实验方法与步骤准备I 对照表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12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d和实验管长L （标志于蓄水箱）。准备启动水泵。本供水装置采用的是自动水泵，接通电源，全开阀12打开供水阀11,水泵自动开启供水。准备In 调通量测系统。（1）通水、排气对各有关量测仪及其连通管按下列程序充水排气：【实验管道】关闭旁通阀12,全开水供水阀11和出水阀IOo【水压差计】 关闭阀10/全开阀12/松开（水压计连通管）止水夹/开启阀11 （待 测管升至一定高度，再按下列步序适当降低，以保证有足够的量程）/旋开倒U管旋钮 F1 （图一）/全关阀1/ （待倒U型管水位降至测尺标值IOCm左右）拧紧F,【水银压差计】检查水封器13充水度是否够，当无压下水位低于2/3筒高时，按下列步骤进行充水：关闭阀10/开启阀10若干次，直至连通管气泡排净为止。*由图三知据水静力学基本方程及等压面积原理有P-ry+）+Ym （-）+r,（-）+rm （-）+r（h4+y）=p2。二 = hf =（逐一 1）（¼-i+4-） = 1 2.6YY【压力传感器】关闭阀10/开启阀11/打开排气旋钮（图二）待旋孔溢水再拧紧。（2）校核 关闭阀10/全开阀11/检查水压差计两测管中水位平否？以及水银压差计是否满足hn = h2-h,+h4-h3=0?否则按上述步骤重新排气。实验量测（1）调节流量实验可按流量由小到大依资助进行；微开阀10（阀12已全开），使流量逐次增大，其增量，在流量较小时，用水压差计水柱差及控制，每次增量可取M =46mm （初次小些）。大流量通过渐关旁通阀调大压差量测改用水银压差计（或电测 仪），流量增量改用汞柱差控制，第一次取J=3040mm,以后各次取电二15Omm （如 用电测相应取/=0.4m和2.0m）o注意：当换用水银压差计时，务心夹紧水压差计连通管；流量每周一次，均需稳定23分钟，流量愈小，稳定时间愈长；每次测流时段水小于810秒（流量大可短些）；要求变更流量不少于10次。（2）依次测定压差计测管（或电测仪）读数、相应流量和温度（温度表应挂在水箱中）。（3）结束工作关闭阀10,检查加=O及/&=O与否。否则表明压差计已进气，需重做实验;关闭阀11,切断电源。五、实验成果及要求1.有关常数。实验装置台号圆管直径d=cm,量测段长度L=85cm0及计算（见表1）。表1记录及计算表次序体积cm3时间S流量 Q cm3s流速V cm3s水温C粘度V cm2s雷诺数Rc比压计数 cm沿程损失 hf cm流程损失 系数人一兄hih21234567hihzh?h4891011121314L=cm5s2常数 K= d583.绘图分析" 绘制IgUIghf曲线，并确定指数关系值m的大小。在厘米纸上 以IgU为横坐标，以Ighf为纵坐标，点绘所测的IgUIghf关系曲线，根据具体情况连 成一段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率mhf2-ghfxlg2-lg2将从图上求得的m值与已知各流区的m值（即层流m=l,光滑管流区m=1.75,粗糙管 紊流区m=2.0,紊流过渡区1.75<m<2.O）进行比较，确定流区。六、实验分析与讨论1 .为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响 实验成果？2 .据实测m值判别本实验的流动型态和流区。3 .实际工程中钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流 动，大多为紊流阻力平方区，其原因何在？4 .管道的当量粗糙度如何测得？5 .本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。附录1实验曲线绘法建议1 .图纸绘图纸可用普通厘米纸或对数纸，面积不小于12X 12cm；2 .坐标确定若采用厘米纸，取Ighf为纵坐标（绘制实验曲线一般以因变量为纵坐标），Igv为横坐标；采用对数纸，纵坐标写hr,横坐标用V,即不写成对数；3 .标注在坐标轴上，分别标明变量名称、符号、单位以及分度值：4 .绘点据实验数据绘出实验点：5 .绘曲线 据实验点分布绘制而应使位于曲线两侧的实验点数大致相等，且各点相对曲线的 垂直距离总和也不致相等。-6-