1、沿程水头损失实验一、实验目的要求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，绘制lghflgu曲线；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；将测得的e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。自循环沿程水头损头实验装置简图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7. 电子量测仪 8. 滑动测量尺 9. 测压点 10. 实验流量调节阀 11. 供水管及供水阀 12. 旁通管及旁通阀 13. 调压筒2、 实验原理 由达西公式得（7.1）另由能量方程对水平等直径园管可得（7.
2、2）压差可用压差计或电测。对于多管式水银压差有下列关系：（7.3）式中，、分别为水银和水的容重；为汞柱总差。三、实验方法与步骤准备：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：工作管内径和实验管长（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：调通量测系统。.夹紧水压计止水夹，打开出水阀10和进水阀11（逆钟向），关闭旁通阀12（顺钟向），启动水泵排除管道中的气体。.全开阀12，关闭阀10，松开水压计止水夹，并旋松水压计之
3、旋塞1，排除水压计中的气体。随后，关阀11，开阀10，使水压计的液面降至标尺零指示附近，即旋紧1。再次开启阀11并立即关闭阀10，稍候片刻检查水压计是否齐平，如不平则需重调。.水压计齐平时，则可旋开电测仪排气旋扭，对电测仪的连接水管通水、排气，并将电测仪调至“”显示。.实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在阀12、阀11全开的前提下，逐次开大出水阀10，每次调节流量时，均需稳定分钟，流量愈小，稳定时间愈长；测流时间不小于秒；测流量的同时，需测记水压计(或电测仪）、温度计（温度表应挂在水箱中）等读数：层流段：应在水压计hmm2（夏季）hmm2（冬季）量程范围内，测记组数据紊流段：夹紧水压计止水
4、夹，开大流量，用电测仪记录hf值，每次增量可按h100cm2递加，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。.结束实验前，应全开阀12，关闭阀10，检查水压计与电测仪是否指示为零，若均为零，则关闭阀11，切断电源。否则，表明压力计已进气，需重做实验。四、实验分析与讨论问 题 一：为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？实验管道安装成向下倾斜，是否影响实验成果？参考答案：现以倾斜等径管道上装设的水银多管压差计为例（图7. 3）说明（图中AA为水平线）：如图示00为基准面，以11和22为计算断面，计算点在轴心处，设定，由能量方程可得表明水银压差
5、计的压差值即为沿程水头损失，且和倾角无关。问 题 二：据实测m值判别本实验的流区。参考答案：（）曲线的斜率m = 1. 01. 8，即与成正比，表明流动为层流m = 1. 0、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。问 题 三：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？参考答案：钢管的当量粗糙度一般为0. 2mm，常温（）下，经济流速300cm/s，若实用管径D =（20100）cm，其，相应的 = 0. 00020. 001，由莫迪图知，流动均处在过渡区。若需达到阻力平方区，那么相应的，流速应达到（59）m/s。这样高速的有
6、压管流在实际工程中非常少见。而泄洪洞的当量粗糙度可达（19）mm，洞径一般为（23）m，过流速往往在（）m/s以上，其大于，故一般均处于阻力平方区。问 题 四：管道的当量粗糙度如何测得？参考答案：当量粗糙度的测量可用实验的同样方法测定及的值，然后用下式求解：（1）考尔布鲁克公式（1）迪图即是本式的图解。（2）SJ公式（2）（3）Barr公式（3）（3）式精度最高。在反求时，（2）式开方应取负号。也可直接由关系在莫迪图上查得，进而得出当量粗糙度值。问 题 五：本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。参考答案：通常试验点所绘得的曲线处于光滑管区，本报告所列的试验值，也是如此。但是，有的实验结果相应点落到了莫迪图中光滑管区的右下方。对此必须认真分析。如果由于误差所致，那么据下式分析d和Q的影响最大，Q有2%误差时，就有4%的误差，而d有2%误差时，可产生10%的误差。Q的误差可经多次测量消除，而d值是以实验常数提供的，由仪器制作时测量给定，一般 1%。如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只能从细管的水力特性及其光洁度等方面作深入的分析研究。还可以从减阻剂对水流减阻作用上作探讨，因为自动水泵供水时，会渗入少量油脂类高分子物质。总之，这是尚待进一步探讨的问题。
