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§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?和管壁粗糙度?的方法；

2．分析园管恒定流动的水头损失规律、?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。

K4567①③⑤③①②红色点89F1F2⑤⑥④⑥②1011④1213321 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

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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型气-水压差计）和压差电测仪8，压差计测量范围为0~0.3 mH2O；压差电测仪测量范围为0~10 mH2O，视值单位为10-2 mH2O。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。

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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?h最大值约为30 mm，温度高时(夏天)，?h最大值仅为20 mm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

lv2hf??

d2g式中：?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

2gdhf12gdhfπ2h?2?(d/qV)2?kf2 lvl4qV k = π2gd5/8l

p1p)?(z2?2)??h ?g?g由伯努利方程可得

hf?(z1?沿程水头损失hf即为两测点的测压管水头差?h，可用压差计或电测仪测得。 2．圆管层流运动

??64 Re3．管壁平均当量粗糙度?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

1???2lg[??d?4.1365()0.89] 3.7dqV?1即 ??3.7d?[120?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

?d.89?4.13605(

qV)]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

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