1、8 局部水头损失实验8.1 实验目的和要求1. 学习掌握三点法、四点法测量局部阻力因数的技能，并将突扩管的实测值与理论值比较，将突缩管的实测值与经验值比较；2. 通过阀门局部阻力因数测量的设计性实验，学习二点法测量局部阻力因数的方法。8.2 实验装置1实验装置简图实验装置及各部分名称如图 8.1 所示。 1321376452134056 B8945 图 8.1 局部水头损失实验装置简图1.自循环供水器 2.实验台 3.可控硅无级调速器 4.恒压水箱 5.溢流板6.稳水孔板 7.圆管突然扩大 8.气阀 9.测压计 10.测压管 11.滑动测量尺12. 圆管突然收缩 13.实验流量调节阀 14.回
2、流接水斗 15.下回水管2装置说明实验管道由圆管突扩、突缩等管段组成，各管段直径已知。在实验管道上共设有六个测压点，测点和分别用以测量突扩和突缩的局部阻力因数。其中测点位于突扩的起始界面处，这里引用公认的实验结论 “在突扩的环状面积上的动水压强近似按静水压强规律分布” ，认为该测点可用以测量小管出口端中心处压强值。气阀 8 用于实验开始时排除管中滞留气体。3基本操作方法(1) 排气。启动水泵待恒压水箱溢流后，关闭实验流量调节阀 13，打开阀8 排除管中滞留气体。排气后关闭阀 8，并检查测压管各管的液面是否齐平，若不平，重复排气操作，直至齐平。(2) 测压管水头用测压计测量，基准面可选择在滑动测
3、量尺零点上。(3) 流量测量。实验流量用阀 13 调节，流量由称重法测量，用秒表计时，用电子称称重。8.3 实验原理流体在流动的局部区域，如流体流经管道的突扩、突缩和闸门等处(图 4.4.2)，由于固体边界的急剧改变而引起速度分布的变化，甚至使主流脱离边界，形成旋涡区，从而产生的阻力称为局部阻力。由于局部阻力作功而引起的水头损失称为局部水头损失，用 hj 表示。局部水头损失是在一段流程上，甚至相当长的一段流程上完成的，如图 8.2，断面 1 至断面 2，这段流程上的总水头损失包含了局部水头损失和沿程水头损失。若用 hi（i=1,2）表示第 i 断面的测压管水头，即有 闸 门突 扩 突 缩12v
4、v12v图 8.2 局部水头损失 221wjf12()()hhgv或 2j1 f1()h局部阻力因数 为 2j/ghv(1) 圆管突然扩大段。本实验仪采用三点法测量。三点法是在突然扩大管段上布设三个测点，如图 4.4.1 测点、所示。流段至为突然扩大局部水头损失发生段，流段至为均匀流流段，本实验仪测点、间距为测点、的一半，h f1-2 按流程长度比例换算得出。则 hf1-2h f2-3 / 2=h2-3/ 2=( h2-h3) / 22231j 1()(Egv式中 hi 为测压管水头值，当基准面选择在标尺零点时即为第 i 断面测压管液位的标尺读值； 分别表示式中的前、后括号项。12E、因此只要
5、实验测得三个测压点的测压管水头值 h1、h 2、h 3 及流量等即可得突然扩大段局部阻力水头损失。若圆管突然扩大段的局部阻力因数 用上游流速 v1 表示，为21j gh对应上游流速 v1 的圆管突然扩大段理论公式为 21A()(2) 圆管突然缩小段。本实验仪采用四点法测量。四点法是在突然缩小管段上布设四个测点，如图 4.4.1 测点、所示。图中 B 点为突缩断面处。流段至为突然缩小局部水头损失发生段，流段至、至都为均匀流流段。流段至 B 间的沿程水头损失按流程长度比例由测点 、测得，流段 B 至的沿程水头损失按流程长度比例由测点 、测得。本实验仪 l3-4=2 l4-B，l B -5l 5-6
6、，有 hf4-Bh f3-4/2=h3-4/ 2，h fB -5h f5-6=h5-6。则 hf4-5h 3-4 / 2+h5-6=( h3-h4) / 2+ h5-h6223454j 6()(Eggvv因此只要实验测得四个测压点的测压管水头值 h3、h 4、h 5、h 6 及流量等即可得突然缩小段局部阻力水头损失。若圆管突然缩小段的局部阻力因数 用下游流速 v5 表示，为25j/hg对应下游流速 v5 的圆管突然缩小段经验公式为 540.1A()(3)测量局部阻力因数的二点法。在局部阻碍处的前后顺直流段上分别设置一个测点，在某一流量下测定两点间的水头损失，然后将等长度的直管段替换局部阻碍段，
7、再在同一流量下测定两点间的水头损失，由两水头损失之差即可得局部阻碍段的局部水头损失。8.4 实验内容与方法1. 测量突然扩大局部水头损失与突然缩小局部水头损失，并测定相应的局部水头损失因数。参照实验基本操作方法，在恒定流条件下改变流量 23 次，其中一次为最大流量，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量。实验数据处理与分析参考 4.4.5。2设计性实验：利用图 8.1 实验装置，设计某开度下阀门的局部阻力因数的测量实验。要求：用二点法测量，设计实验装置改造简图，制定实验方案，并结合实验 CAI 软件（已随仪器配置） ，进行计算机仿真实验。8.5 数据处理及成果要求1记录有关信息及
8、实验常数实验设备名称：_ 实验台号：_实 验 者：_ 实验日期：_实验管段直径：d1 = D1 =_10-2m d2 = d3 = d4 = D2 =_10-2m d5 = d6 =D3 =_10-2m实验管段长度：l1-2 = 12 10-2m l2-3 = 24 10-2 m l3-4 = 12 10-2 ml4-B = 6 10-2m lB-5 = 6 10-2 m l5-6 = 6 10-2 m2. 实验数据记录及计算结果表 8.1 局部水头损失实验记录表流量 测压管读数/10 -2m次数 体积 V/10-6m3 时间 T/s 流量 Vq/(10-6m3/s)h1 h2 h3 h4 h
9、5 h6123表 8.2 局部水头损失实验计算表前断面 后断面次数阻力形式流量 Vq/(10-6m3/s)2gv/10-2mE1/10-2m2gv/10-2mE2/10-2mhj/10-2m理论值经验值123突然扩大123突然缩小注： 对应于突扩段的 v1 或突缩段的 v5。3成果要求(1) 测定突扩断面局部水头损失因数 值并与理论值比较。(2) 测定突缩断面局部水头损失因数 值并与经验值比较。(3) 完成设计性实验。8.6 分析思考题1管径粗细相同、流量相同条件下，试问 d1/d2（ d1d2）在何范围内圆管突然扩大的水头损失比突然缩小的大？2结合流动演示仪的水力现象，分析局部阻力损失机理。产生突扩与突缩局部水头损失的主要部位在哪里？怎样减小局部水头损失？3局部阻力类型众多，局部阻力因数的计算公式除突然扩大是由理论推导得出之外，其它都是由实验得出的经验公式。试问，获得经验公式有那些途径？
