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

lghf~lgv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Re~?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

Lu2

??Hf??由范宁公式 ?d2 （1） ?p?2d2gdh

?得 ??22 （2）

Lu?Lu

Re?64/? （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d（8mm）和实验管长L（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F1，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F1。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?h~20mmH2O（冬季）]量程2O（夏季）[?h~30mmH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

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。

沿程水头损失实验

《沿程水头损失实验》

实验指导书

流体力学实验室 2006年10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损失随平均流速变化的规律，绘制

lgV lghf

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－f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

实验装置配备有：

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（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。

3．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。为避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管，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。设计上旁通阀又是本装置用以调节流量的阀门之一。所以调节流量有两种方法，一是调节实验流量调节阀（图1）一是调节旁通阀。

4．稳压筒：

为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接稳压筒(2只充水不满顶的密封立筒)。

三、实验原理

由达西公式hf=f

2gdhL

d2g

?πd2 4Q?

hf?

?=K

得 f=

2gdhL

K=πgdL

由能量方程对水平等直径圆管可得

hf=(p1-p2)

即为压差计水柱的高度差或电测计读数

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、作用及工作原理，检查蓄水箱水位是否够高及旁通阀12是否关闭。否则予以补水并关闭旁通阀12。记录有关实验常数。

准备Ⅱ 启动水泵（接通电源）。全开旁通阀12，打开供水阀11，水泵自动开启供水。

准备Ⅲ 调通量测系统并且检查管路是否畅通。

1．夹紧水压差计止水夹，打开出水阀10和进水阀11，关闭旁通阀12，启动水泵排除管道中的气体。

2．全开旁通阀12，关闭出水阀10。松开水压差计止水夹，旋松水压差计旋塞F1，排除水压差计中的气体。随后，关进水阀11，开出水阀10，使水压差计的液面降至标尺零指示附近，即旋紧F1。再次开启进水阀11并立即关闭出水阀10，检查U形管水位是否平齐，如不平则需要重调。

3．水压差计平齐时，则可旋开电测仪排气旋钮，对电测仪的连接水管通水、排气，将电测仪调至“000”显示。

4．在阀12和阀11全开的情况下，逐次开大出水阀10，每次调节流量时，均需稳定2-3分钟，流量越小，稳定时间越长。测流时间不小于8-10秒。测流量的同时，需测记水压差计（或电测仪）、温度计等读数。

层流段：应在水压差计△h—20 cm H2O(夏季)[ △h—30 cm H2O（冬季）]量程范围内测记3—5组数据。

紊流段：夹紧水压差计止水夹，开大流量，用电测仪记录hf值，每次增量可按△h—100 cm H2O递增，直至测出最大的hf值。阀的操作次序是当阀11、阀10开至最大后，逐渐关阀12，直至hf显示最大值。

5．结束实验前，应全开阀12，关闭阀10，检查U形管和电测仪是否回零，若均为零，关阀11，切断电源。否则重做实验。

6．收拾实验台，整理数据。

五、实验报告要求

1．记录有关常数：圆管直径d=__________cm, 测量段长度 L=85cm, 2．实验记录及计算表：

3．绘图分析：绘制lgV-lghf曲线，并确定指数关系值

的大小。在厘米纸

上以lgV为横坐标，以lghf为纵坐标，点绘所测的lgV-lghf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 m =

lghf2-lghf1lgV2-lgV1

将从图上求得的值与已知各流区的值进行比较（层流m =1，光滑管流区

m =1.75，粗糙管流区m =2.0，紊流过渡区1.75<>

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．根据实测m值判别本实验的流区。

*3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。

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

lgV?lghf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-f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：

3．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。为避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管，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。设计上旁通阀又是本装置用以调节流量的阀门之一。所以调节流量有两种方法：一是调节实验流量调节阀（见图1）；二是调节旁通阀。

4．稳压筒：

为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接稳压筒(2只充水不满顶的密封立筒)。

三、实验原理

LV2

由达西公式hf?f

d2g

2gdhf12gdhf

?得 f?2

LvL

??d2

??4Q?hf?

??K 2?Q?

式中，K??2gd5L

由能量方程对水平等直径圆管可得

hf??p1?p2?

即为压差计水柱的高度差或电测计读数。

四、实验方法与步骤

准备Ⅱ 启动水泵（接通电源）。全开旁通阀12，打开供水阀11，水泵自动开启供水。

准备Ⅲ 调通量测系统并且检查管路是否畅通。

1．夹紧水压差计止水夹，打开出水阀10和进水阀11，关闭旁通阀12，启动水泵排除管道中的气体。

3．水压差计平齐时，则可旋开电测仪排气旋钮，对电测仪的连接水管通水、排气，将电测仪调至“000”显示。

4．在阀12和阀11全开的情况下，逐次开大出水阀10，每次调节流量时，均需稳定2～3分钟，流量越小，稳定时间越长。测流时间不小于8～10秒。测流量的同时，需测记水压差计（或电测仪）、温度计等读数。

层流段：应在水压差计△h—20 cm H2O(夏季)[ △h—30 cm H2O（冬季）]

量程范围内测记3—5组数据。

5．结束实验前，应全开阀12，关闭阀10，检查U形管和电测仪是否回零，若均为零，关阀11，切断电源。否则重做实验。

6．收拾实验台，整理数据。

五、实验报告要求

1．简要写出实验原理和实验步骤，画出实验装置。 2．记录有关常数。

测量段长度 L=85cm，圆管直径（cm ）d = 。 3．记录实验数据并计算。

记录及计算表

4．绘图分析：绘制lgV?lghf曲线，并确定指数关系值的大小。在厘米纸

上以lgV为横坐标，以lghf为纵坐标，点绘所测的lgV?lghf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

m =

lghf2?lghf1

lgV2?lgV1

将从图上求得的值与已知各流区的值进行比较（层流m =1，光滑管流区

m =1.75，粗糙管流区m =2.0，紊流过渡区1.75

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？

答：不计位置水头损失。由r+

水

αv122g

=r+

水

αv222g

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