實(shí)驗(yàn)三 局部阻力系數(shù)的測定

1、實(shí)驗(yàn)三 局部水頭損失量測實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀察突擴(kuò)管旋渦區(qū)測管水頭線，以及其它各種邊界突變情況下的測管水頭變化情況，加深對局部水頭損失的感性認(rèn)識。2 掌握測定管道局部水頭損失系數(shù)的方法，并將突擴(kuò)管的實(shí)測值與理論值比較，將突縮管的實(shí)測值與經(jīng)驗(yàn)值比較。3 學(xué)習(xí)用測壓管測量壓強(qiáng)和用體積法測流量的實(shí)驗(yàn)技能。二、 實(shí)驗(yàn)原理有壓管道恒定流遇到管道邊界的局部突變 流動分離形成剪切層 剪切層流動不穩(wěn)定，引起流動結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，并產(chǎn)生旋渦 平均流動能量轉(zhuǎn)化成脈動能量，造成不可逆的能量耗散（圖1）。與沿程因摩擦造成的分布損失不同，這部分損失可以看成是集中損失在管道邊界的突變處，每單位重量流體承擔(dān)的這部分能量損

2、失稱為局部水頭損失。圖1 流道的局部突變示意圖根據(jù)能量方程，局部水頭損失，這里我們認(rèn)為因邊界突變造成的能量損失全部產(chǎn)生在1-1，2-2兩斷面之間，不再考慮沿程損失。上游斷面1-1應(yīng)取在由于邊界的突變，水流結(jié)構(gòu)開始發(fā)生變化的漸變流段中，下游2-2斷面則取在水流結(jié)構(gòu)調(diào)整剛好結(jié)束，重新形成漸變流段的地方。總之，兩斷面應(yīng)盡可能接近，又要保證局部水頭損失全部產(chǎn)生在兩斷面之間。經(jīng)過測量兩斷面的測管水頭差和流經(jīng)管道的流量，進(jìn)而推算兩斷面的速度水頭差，就可測得局部水頭損失。局部水頭損失系數(shù)是局部水頭損失折合成速度水頭的比例系數(shù)，即當(dāng)上下游斷面平均流速不同頭？例如，對于突擴(kuò)圓管就有其它情況的局部損失系數(shù)在查表或

3、使用經(jīng)驗(yàn)公式確定時也應(yīng)該注意這一點(diǎn)。通常情況下對應(yīng)下游的速度水頭。) 局部水頭損失系數(shù)隨流動的雷諾數(shù)而變，即 z=f(Re。時，應(yīng)明和確它對應(yīng)的是哪個速度水之分。但當(dāng)雷諾數(shù)大到一定程度后， 值成為常數(shù)。在工程中使用的表格或經(jīng)驗(yàn)公式中列出的 就是指這個范圍的數(shù)值。局部水頭損失的機(jī)理復(fù)雜，除了突擴(kuò)圓管的情況以外，一般難于用解析方法確定，而要通過實(shí)測來得到各種邊界突變情況下的局部水頭損失系數(shù)。 對于突擴(kuò)圓管的情況，局部水頭損失系數(shù)有理論結(jié)果，推導(dǎo)如下：流動經(jīng)過突擴(kuò)圓管的局部水頭損失，取1-1，2-2兩斷面如圖2， 這里要特別注意1-1斷面取為突擴(kuò)開始的斷面，2-2斷面則取在水流結(jié)構(gòu)調(diào)整剛好結(jié)束，重新

4、形成漸變流段的地方。兩斷面面積都為，而和則分別為細(xì)管和粗管中的平均流速。根據(jù)動量方程可知(p1+gz1)A2-(p2+gz2)A2=rQ(a02v2-a01v1)所以有將其代入局部水頭損失的表達(dá)式，得 。取的值均為1.0，則 。 ，或可見。，。突擴(kuò)圓管局部水頭損失之所以能夠?qū)С錾鲜鼋馕霰磉_(dá)式是因?yàn)椋何覀兗僭O(shè)1-1，2-2斷面上的測管水頭為常數(shù)；1-1，2-2兩斷面的面積相等。而突縮圓管的1-1，2-2兩斷面必須分別取在粗管和細(xì)管中，這是由流動結(jié)構(gòu)決定的，因此突縮圓管的局部水頭損失不能解析表達(dá)，只有經(jīng)驗(yàn)公式：。 這里的對應(yīng)下游，即細(xì)管中的速度水頭。圖2 突擴(kuò)和突縮圓管局部計(jì)算示意圖其它各種彎管、

5、截門、閘閥等的局部水頭損失系數(shù)可查表或由經(jīng)驗(yàn)公式獲得。三、1、循環(huán)水利工作臺2、秒表3、測壓計(jì)四、 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)。2 查閱用測壓管量測壓強(qiáng)和用體積法（手工、自動）量測流量的原理和步驟。3 對照實(shí)物了解儀器設(shè)備的使用方法和操作步驟，做好準(zhǔn)備工作后，啟動抽水機(jī)，打開進(jìn)水開關(guān)，使水箱充水，并保持溢流狀態(tài)，使水位恒定。4 檢查下游閥門全關(guān)時，各個測壓管水面是否處于同一水平面上。如不平，則需排氣調(diào)平。5 核對設(shè)備編號，確認(rèn)數(shù)據(jù)記錄表上列出的斷面管徑等數(shù)據(jù)。6 開啟下游閥門，待水流恒定后，觀察測管水頭的變化，正確選擇實(shí)驗(yàn)配件前后的量測斷面，進(jìn)行數(shù)據(jù)的量測，

6、并登錄到數(shù)據(jù)記錄表的相應(yīng)位置。7 改變閥門開度，待水流恒定后，重復(fù)上述步驟，并按序登錄數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)要求做三個流量。8 檢查數(shù)據(jù)記錄表是否有缺漏？是否有某組數(shù)據(jù)明顯地不合理？若有此情況，進(jìn)行補(bǔ)正。9 計(jì)算整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出各實(shí)驗(yàn)配件局部水頭損失系數(shù)實(shí)測值，并同時列出突擴(kuò)管局部水頭損失系數(shù)的理論值和突縮管的經(jīng)驗(yàn)值。 10 對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。閱讀思考問題，作簡要回答。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算 1）記錄有關(guān)常數(shù)實(shí)驗(yàn)臺號D1= (cm)；D2= 。 突擴(kuò)管：z1= ；z2= ； 突縮管：z= 。 2）記錄和計(jì)算表格實(shí)驗(yàn)記錄表格六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)計(jì)算表格七、分析與思考問題1. 突擴(kuò)管的局部水頭損失的實(shí)測

7、值與理論值為什么會有差別，這種差別是由哪些因素造成的？2. 為什么要從測壓管水面變化找突擴(kuò)管的下游漸變流斷面？怎么找這個斷面？3. 局部水頭損失系數(shù)是否與雷諾數(shù)有關(guān)？通常給定的局部水頭損失系數(shù)是常數(shù)，應(yīng)該怎么理解？4. 測定突縮管的局部水頭損失系數(shù)時，兩斷面應(yīng)該如何選??？與突擴(kuò)管有何不同？5. 突縮管的局部水頭損失為什么不能像突擴(kuò)管一樣也有理論值？6. 在粗細(xì)管徑相同、流量相同的條件下，突擴(kuò)管和突縮管的局部水頭損失是否相同？為什么？7. 影響局部水頭損失系數(shù)測量精度的因素有哪些？本實(shí)驗(yàn)測得的突擴(kuò)管和突縮管的結(jié)果，哪個精度高？原因是什么？8. 如不考慮管段的沿程水頭損失 ，所測出的局部水頭損失系數(shù)hj值比實(shí)際的偏大還是偏??？在工程中使用此z值是否安全