1、實驗三管道沿程損失實驗實驗類型：驗證性實驗學時：2適用對象：熱能與動力工程專業、建筑環境與設備工程專業、環境工程專業、測控技術 與儀器專業、實驗目的1、通過實驗理解和掌握管道沿程損失的計算方法;2、了解沿程損失的影響因素。、實驗要求1、掌握管道沿程損失系數與雷諾數和管壁相對粗糙度間的定性和定量關系;2、學會用三角堰測量流量的方法和波紋管差壓計的使用方法。三、實驗原理1、沿程損失的表達式流體沿等直徑管道流動時，將產生沿程損失hf，hf與管長L、管內徑d、管壁當量粗糙度厶、平均流速：、流體密度人動力粘度及流態間存在一個復雜的函數關系。根據相似原理分析，hf可表示如下:hffRj JI d 丿d2g

2、令，=f i Re,-hf丄d 2g(31)d則式中沿程損失系數。2、沿程損失的測量原理沿程損失hf由實驗方法求得。在水平實驗管道的兩個測點處,取I-I和ll-ll兩個緩變流14截面，以管道中心線為基準面，則管內不可壓縮定常流動在兩緩變流面間的伯努利方程為:2 2Z1P11 邊2 P22 hf:g 2gg 2g由于管道水平放置，故上式中，N=Z2；同時因實驗管道為等直徑圓管,(3-2)2g2g因此，式（3-2）可改寫為:(3-3)P1 - P2式中P1 - P2 兩緩變流截面間的壓強差（ Pa），由波紋管差壓計測得。4qv2(3-4)n實驗管道兩測點間的長度L和管道內徑d均已知，因此，可求出該

3、管道在某一工況下的實驗管道內的平均流速：由三角堰所測流量及管道內徑計算求得：沿程損失系數:_ 2gdhf-L 2通過調節實驗管道上流量調節閥的開度可改變管道內流體的平均流速 同Re數下的沿程損失系數。3、沿程損失的變化規律沿程損失hf服從以下四種不同的規律：（3一5）:,從而可測得不（1）層流區沿程損失hf與平均流速成一次方關系，可按下式計算:64A =Re （2）紊流水力光滑管區Re ： 2300(3-6)沿程損失hf與平均流速的1.75次方成正比，可按下面的經驗公式計算:0.3164Re054000 ： Re ： 105(3-7), 0. 22 1 5 6 =0. 0 0 3 2 七3 7

4、， 10 : Re ： 3 10（38）Re .（3）紊流水力粗糙管過渡區沿程損失hf與平均流速的（1.752）次方成正比，可按下面的經驗公式計算：d 8/7d26 尺41600.85(3-9)式中 絕對粗糙度。（4）紊流水力粗糙管區（平方阻力區）沿程損失hf與平均流速的平方成正比,，可按下面的經驗公式計算:141g3.7d 2(21g1.74)2J.85Re 4160 0丿(3_10)根據雷諾數Re及管壁相對粗糙度，用上述四個區域的經驗公式計算出不同流動狀態下 的沿程損失系數，并與實驗測得的沿程損失系數進行比較，若偏差太大，試分析原因。四、實驗所需儀器、設備、材料（試劑）1、實驗用水循環系統

5、本實驗用水為一循環系統，裝置如圖3_1所示。16500地下水庫0.00氏圖3-1實驗用水循環系統圖1 高位恒位水箱；2上水管；3供水管；4 實驗管路；5水源泵組；6三角堰；7溢流管。在圖3-1所示的實驗室地下， 有一個容積為150m3的地下水庫，由水源泵組5將水庫中的水經上水管 2打入五樓恒位水箱 1保持恒定水位。恒位水箱中的水，一部分經供水管3供實驗系統使用，經過實驗管道4和流量測量水箱 6后流回到地下水庫； 另一部分則通過溢 流管7進入地下水庫，形成一個水循環系統。2、沿程損失實驗裝置該實驗裝置由實驗管路、三角堰流量測量水箱及波紋管差壓計等設備組成，如圖3-2所示。該裝置中的實驗段分別為

6、50mm的鍍鋅鋼管和 20mm黃銅管，兩測點間長度L=6m。恒位水箱來水8側視圖三角堰連通玻璃管及標尺主視圖圖3_2沿程阻力實驗裝置示意圖1波紋管差壓計；250mm實驗管段；320mm實驗管段；4 流量調節閥；5 三角堰；6標尺；7噴頭；8三角堰。圖3 3三角堰流量計示意圖e三角堰流量計如圖 3-3所示，該三角堰為直角堰，即 一=45。三角堰流量水箱外側裝2有連通玻璃管和標尺， 連通玻璃管內的水位指示三角堰中的水位，水位變化高度可從標尺上讀出，即厶H= H Ho (m),稱為堰頂淹深。其中H為某一測量工況下的連通玻璃管標尺讀數，單位為 mm; Ho為堰頂水位起始值(如圖 3_3所示)，對于1#

7、實驗臺H= 153mm, 2#實驗臺Ho=156mm。按下式即可求出體積流量 CV值。5日3Cv =1.4 = H2tg(m /s)(3_11)2五、實驗預習要求、實驗條件、方法及步驟1、實驗前復習教材中與沿程損失相關的理論知識。2、實驗步驟本實驗涉及高位恒位水箱、水源泵、地下水庫及各種管道。實驗系統較為龐大，因此，實驗時必須注意按步驟進行。(1) 啟動水源泵，向五樓高位恒位水箱供水，等溢流水返回地下水庫時，穩定5分鐘后 再進行實驗。(2) 黃銅管沿程損失實驗 實驗時，通過調節閥的開度來改變流量，實驗順序規定流量由小到大，共進行15個工況點的測量。記好黃銅管上的調節閥手輪的初始位置，每次開啟調

8、節閥手輪1/2周，開啟時必須緩慢。 調節閥開啟后，當有流體經過堰頂時，待三角堰流量水箱液面穩定后，讀出連通管標尺讀數和差壓計讀數，記錄在表3_1a中，作為第一個工況點。依次記錄其它工況點，方法同上。 待所有工況點測量完畢后，記錄下水溫，關閉流量調節閥，使連通管標尺讀數接近f后，準備下一組實驗。(3) 鍍鋅管沿程損失實驗其方法和步驟與黃銅管沿程損失實驗相同，共測量15個工況點，并將實驗數據記錄在表3 -1b中。實驗中注意以下事項： 水源泵啟動時，首先檢查電機、開關柜和水泵是否處于備用狀態，若處于備用狀態，方可啟動； 實驗中要保持水流恒定，不可隨意改變調節閥閥門開度； 由于水流的脈動作用，壓差計讀

9、數略有波動，讀數時可取其平均值； 實驗時，要確保差壓計及聯接膠管中沒有氣泡，以免造成測量誤差。 發現有氣泡時，應將差壓計上的排氣閥閥門由小到大慢慢打開，將管內氣體排除。(4)依據表3 -1a和表3-1b進行實驗數據處理，記錄在表 3-2a、表3-2b和表3-3中，并將=f I Re曲線繪制在雙對數坐標紙(圖 3上。I d丿六、思考題1、由實驗結果分析流體處于何種流態：層流還是紊流？若為紊流流態，又處在哪種流 動區域？2、 為什么采用雙對數坐標繪制 - Re曲線？附：管道沿程損失實驗結果與數據處理用表1 實驗原始數據記錄表表3 Ja (黃銅管)實驗原始數據記錄水堰初始水位 Ho： mm差壓計滿量

10、程： kPa實驗臺編號： #工況點差壓值(kPa)標尺讀數H(mm)堰頂淹深H=H_H0(m)18.4219.00.069027.9217.00.067037.4216.00.066046.9215.50.065556.4214.50.064565.9213.00.063075.4212.50.062584.9211.50.061594.4210.50.0605103.9208.00.0580113.4206.80.0568122.9205.50.0555132.4203.30.0533141.9200.70.0507151.4198.20.0482按水溫為_J0_C查得水的運動粘度v=1.3

11、08E-6m2/s表3 Jb (鍍鋅管)實驗原始數據記錄水堰初始水位 Ho： mm差壓計滿量程： kPa 實驗臺編號： #工況點差壓值(kPa)標尺讀數H(mm)堰頂淹深少=H_H(m)14.4277.70.127724.1276.50.126533.8273.00.123043.5271.50.121553.2267.50.117562.9266.00.116072.6263.00.113082.3262.00.112092.0252.00.1020101.7251.00.1010111.4249.00.0990121.1245.00.0950130.8238.00.0880140.5230

12、.00.0800150.2228.00.0780按水溫為C查得水的運動粘度 v=1.308E-6m2/s2 實驗計算結果用表根據流量計算出平均流速：，再根據：及hf計算出值，記入表3_2中。表3_2a （黃銅管）實驗計算結果工況點hf(m)2 eqv =1.4AH 2tg (m 3/s)4cp nd(m/s).2gdhfh =2-Lu10.860.00175095.5730.0018020.810.00162675.1780.0019630.750.00156674.9870.0019840.700.00153724.8930.0019250.650.00147924.7080.0019260

13、.600.00139474.4390.0020070.550.00136724.3520.0019080.500.00131324.1800.0018790.450.00126044.0120.00182100.400.00113423.6100.00199110.350.00107653.4260.00193120.300.00101593.2340.00185130.240.00091822.9230.00187140.190.00081032.5790.00190150.140.00071412.2730.00181工況點hf(m)2日qv =1.4H tg 2(m3/s)nd(m/s)

14、2gdhf扎=2LU10.450.00815844.1550.0042520.420.00796814.0580.0041530.390.00742833.7830.0044240.360.00720393.6690.0043350.330.00662563.3740.0046860.300.00641613.2680.0045370.270.00600933.0610.0046380.230.00587722.9930.0042890.200.00465192.3690.00594100.170.00453872.3120.00530110.140.00431732.1990.0048312

15、0.110.00389441.9830.00466130.080.00321611.6380.00497140.050.00253431.2910.00500150.020.00237881.2120.00227表3_2b （鍍鋅管）實驗計算結果3 實驗計算結果匯總表表3_3實驗計算結果匯總工況點黃銅管鍍鋅管人值-udRe =v人值-udRe =v10.00180852160.004256353320.00196791750.004156205130.00198762540.004425784740.00192748180.004335610050.00192719950.0046851596

16、60.00200678820.004534996570.00190665430.004634679780.00187639130.004284576890.00182613460.0059436226100.00199552040.0053035345110.00193523930.0048333621120.00185494460.0046630327130.00187446910.0049725045140.00190394380.0050019735150.00181347550.00227185254.對數坐標紙（以此繪制=f Re = /d曲線）II0.10.090.080.070.

17、060.050.04210.03iazBiiiini iiaixiSiiiiiEiiiifi iiiLiiii:iiaMiBiii Ilk：!j：Hiiiiti ii 盅 II HIIIIJ iniHiaiMi S S M:S SS S SSS S 2JZ S MM iH HS S M iIM1 M! *W 1二=MlS = MiSMl IH n=二 I0.02EE Jil & HE lJl2ll Lilia UIBI H_ iM * =； MmS SiS匚 iS i 亙亙亙亙至mm垂 iiig Si；匚；匚匚百iS匚ii ii 確狂麗 iiiiiliiiiHiiifiiiiiii ioiii

18、Hiiiiiiii liii:iiiiiafaaiiaMBiSiuiiia Miia iiriiih-aii r illrii! iiiiS i : iiBa*aa*Ba*fiaa-Hi+fii!i+iH4-*i b4ho4*：+;；! Mia -；iiM rE i , r i i i i as ran is r !f:=十!= ri wn-r - m; - amMMEBHHMHHHH IBIII 耳豈星卩豈!1! ! !.lllllll Hiiiiiiiii iiihiiiih iiviliivi iiiHiiin iiiiiiiii iiinimi lllll IWIIH IIRIIIII

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