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时间:2021-02-06
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1、§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
2、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
3、气-水压差计)和压差电测仪8,压差计测量范围为0~0.3mH2O;压差电测仪测量范围为0~10mH2O,视值单位为10-2mH2O。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
4、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
5、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30mm,温度高时(夏天),Dh最大值仅为20mm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
6、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=_______
7、__´10-2m测量段长度l=_______´10-2m2.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
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