1、第十章 流体力学 实验10.6 沿 程阻力损失测定实验实验目的 学会管道 沿程水头损失系数 的测定 方法； 掌握圆管 层流和紊流的沿程损失 随平均流速变化的规律，绘制 曲线； 将实测得到的结果与莫迪图作对比 分析；实验装置实验管压差板稳压水箱供水箱计量水箱回水管 实验台主要 由两根 不同的实验管路组成 。 实验管中间 L长度的两断面上设有测压孔 ， 可用压差板测出管路实验长度 L上的沿程损失；管路的流量测量采用体积法测量 。图 1 实验 装置流程图实验原理 流体流动中为克服摩擦阻力而损耗的能量称为 沿程损失 。 此阻力主要是流体与管壁及流体本身的内部摩擦组成 。 沿程阻力损失与长度 、 粗糙度
2、及流速的平方成正比 ， 而与管径成反比 ， 通常采用达西一维斯巴赫公式计算：gvdLhf 22= 其中： 为沿程水头损失系数； L为上下游量测断面之间的管段长度； d为管道直径； 为断面平均流速 。 若在实验中测 得沿程阻力损失和 断面平均流速 ， 则可直接得到沿程水头损失系数 。实验原理 对于通过直径不变的圆管的恒定水流 ， 沿程水头损失为)2(-)2(22222111gvgpzgvgpzh f +=hgpgp = 21 其值为上下游量测断面的压差计读数 。 因此 ， 沿程水头损失系数 为：gvdLh22= 若在实验中测得 h和断面平均流速 ， 则可直接得到沿程水头损失系数 。实验原理 试验
3、时，流速自小变大，试验点都落在与横坐标轴成45 的 斜 直线 OB上，这说明层流的沿程水头损失与流速的一次方 成正比 ; 当 流速增大到超过某一程度（如 B点时），层流即开始向紊流 过渡 ; 流速 再继续增大到超过 C点，水头损失增加得 更快，试验点 分布在斜率从 1.75-2.0的线段 CD上。增大流速时Dlg hfC减小流速时 流速从大到小，水流从紊流转变为层流，试验点不再与BC线重合，而是落在曲线 CA上。图 2 沿程阻力损失 与断面平均流速的关系实验原理 沿程水头损失系数 与流体的性质 、 管道的粗糙程度以及流速和流态有关 ， 公式的特点是把求阻力损失问题转化为无量纲阻力系数问题 。
4、（ 1） 在层流中的沿程阻力系数 为 至于过渡流和紊流中的沿程阻力系数 ， 至今尚无理论公式 。 1933年 ， 尼古拉兹对内壁用人工沙粒粗糙的圆管进行了广泛且深入的水力学实验 ， 得到了沿程阻力系数与雷诺数 （ Re） 的关系 。 1944年 ， 穆迪根据前人试验成果 ， 在双对数坐标中绘制了 ， Re， /d（ 相对粗糙度 ） 的关系 ， 即为著名的穆迪图 。eR64=实验原理 根据尼古拉兹等人的试验结果 ， 沿程阻力系数的经验公式归纳如下 ： （ 2） 水力光滑 管紊流流动 ， 4000Re100000， 可用勃拉休斯公式 ， （ 3） 对于水力粗糙管紊流流动25.03164.0eR=
5、沿程水头损失系数 完全由粗糙度决定 ， 与雷诺数无关 ， 此时沿程水头损失与断面平均流速的平方成正比 ， 所以紊流粗糙管区通常也叫做 “ 阻力平方区 ” 。274.1)2l g (21+= d实验原理 （ 4） 对于在紊流光滑区和紊流粗糙管区之间存在过渡区 ， 沿程水头损失系数 与雷诺数和粗糙度都有关 。图 3 穆迪图实验步骤 1、 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 。 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。实验管压差板稳压水箱供水箱计量水箱回水管图 4 实验 装置流程图实验步骤 2、 接通电源 ， 启动
6、 水泵 ， 打开 供水阀 。 3、 调通量测系统： （ 1） 启动水泵排除管道中的气体 。 （ 2） 关闭出水阀 ， 排除其中的气体 。 随后 ， 关闭进水阀 ， 开出水阀 ， 使水压计的液面降至标尺零附近 。 再次开启进水阀并立即关闭出水阀 ， 稍候片刻检查水位是否齐平 ， 如不平则需重调 ， 使水压差计水位齐平 。实验步骤 （ 3） 实验装置通水排气后 ， 即可进行实验测量 。 在进水阀全开的前提下 ， 逐次开大出水阀 ， 每次调节流量时 ， 均需稳定 2-3分钟 ， 流量愈小 ， 稳定时间愈长；测流量时间不小于 8-10秒；测流量的同时 ， 需测记压差计读数 ； （ 4） 结束实验前 ，
7、 关闭出水阀 ， 检查水压计是否指示为零 ， 若均为零 ， 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 。实验数据及整理 1、 有关常数d = mm L= mm 水温 = 2、 记录及 计算次序 体积/cm3 时间 /s 流量cm3/s 流速cm/s 水温 / 粘 度/(cm2/s) 雷诺数 Re 压差计 /cm 沿程损失 hf/cm 沿程损失 系数 Re2320=64/ Re123456789101112表 1记录及计算实验数据及整理 3、 绘图分析 绘制 曲线 ， 并确定指数关系值 n的大小 。 在坐标纸上 以 为 横坐标 ，以 为 纵坐标 ， 点绘所测 的 关系 曲线 ， 根据具体情况连成一段或几段直线 。 求坐标上直线的斜率 。fhlg 将从图纸上求得 n值与已知各流区的 n值 （ 即层流 n=1， 光滑管流区 n=1.75， 粗糙管紊流区 n=2.0， 紊流过渡区 1.75n2.0） 进行比较 ， 确定流态区 。fhlgvlg vlgfhlgvlg 1212lglglglgvvhhn ff=分析与思考 1、 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失 ？ 如果实验管道安装得不水平 ，是否影响实验结果 ？ 2、 实验结果与莫迪图吻合与否 ？ 分析原因 。 3、 实验中的误差主要由哪些环节产生 ？谢谢观看
