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沿程阻力系數(shù)測定實驗

一、實驗?zāi)康?/strong>
1.學(xué)會測定管道沿程水頭損失系數(shù)λ的方法;
2.掌握圓管層流和紊流的沿程損失隨平均流速變化的規(guī)律,繪制曲線;
3.掌握管道沿程阻力損失系數(shù)的測量方法和氣—水壓差計及電測壓差計測量壓差 的方法。
4.將實測得到的結(jié)果與莫迪圖作對比分析。
二、實驗原理
1.對于通過直徑不變的圓管的恒定水流,沿程水頭損失為

其值為上下游量測斷面的壓差計讀數(shù)。沿程水頭損失也常表達(dá)為

其中:λ為沿程水頭損失系數(shù);L為上下游量測斷面之間的管段長度;d為管道直;V為斷面平均流速。若在實驗中測得△h和斷面平均流速,則可直接得到沿程水頭損失系數(shù)。
2.不同流動形態(tài)的沿程水頭損失與斷面平均流速的關(guān)系是不同的。層流流動中的 沿程水頭損失與斷面平均流速的1次方成正比。紊流流動中的沿程水頭損失與斷面平均流速的1.75~2.0次方成正比。見圖 1、圖 2。

3.沿程水頭損失系數(shù)λ是相對粗糙度△/d與雷諾數(shù)Re的函數(shù),△為管壁的粗糙度,Re=Vd/ν(其中ν為水的運動粘滯系數(shù))。
1)對于圓管層流流動

2)對于水力滑管紊流流動可取

可見在層流和紊流光滑管區(qū),沿程水頭損失系數(shù)λ只取決于雷諾數(shù)。
3) 對于水力粗糙管紊流流動

沿程水頭損失系數(shù)λ完全由粗糙度決定,與雷諾數(shù)無關(guān),此時沿程水頭損失與斷面 平均流速的平方成正比,所以紊流粗糙管區(qū)通常也叫做“阻力平方區(qū)”。
4)對于在紊流光滑區(qū)和紊流粗糙管區(qū)之間存在過渡區(qū),沿程水頭損失系數(shù)λ與 雷諾數(shù)和粗糙度都有關(guān)。
三、實驗步驟
1.對照裝置圖和說明,搞清各組成部件的名稱、作用及其工作原理;檢查蓄水箱水位是否夠高。否則予以補水并關(guān)閉閥門;記錄有關(guān)實驗常數(shù):工作管內(nèi)徑d和實驗管長L。
2.接通電源,啟動水泵。打開供水閥。
3.調(diào)通量測系統(tǒng):
1)啟動水泵排除管道中的氣體。
2)關(guān)閉出水閥,排除其中的氣體。隨后,關(guān)閉進水閥,開出水閥,使水壓計的液面降至標(biāo)尺零附近。再次開啟進水閥并立即關(guān)閉出水閥,稍候片刻檢查水位是否齊平,如不平則需重調(diào)。
3)氣-水壓差計水位齊平。
4)實驗裝置通水排氣后,即可進行實驗測量。在進水閥全開的前提下,逐次開大出水閥,每次調(diào)節(jié)流量時,均需穩(wěn)定2-3分鐘,流量愈小,穩(wěn)定時間愈長;測流量時間不小于8-10秒;測流量的同時,需測記壓差計讀數(shù);
5)結(jié)束實驗前,關(guān)閉出水閥,檢查水壓計是否指示為零,若均為零,則關(guān)閉進水閥,切斷電源。否則,表明壓力計已進氣,需重做實驗。
四、實驗數(shù)據(jù)及整理
1.有關(guān)常數(shù) d = Φ14㎜ L=750㎜ 水溫= ℃
2.記錄及計算
3.繪圖分析 繪制LgV—lghf曲線,并確定指數(shù)關(guān)系值n的大小。在坐標(biāo)紙上以LgV為橫坐標(biāo), 以lghf為縱坐標(biāo),點繪所測的LgV—lghf關(guān)系曲線,根據(jù)具體情況連成一段或幾段直 線。求坐標(biāo)上直線的斜率

將從圖紙上求得n值與已知各流區(qū)的n值(即層流 n=1,光滑管流區(qū)n=1.75,粗糙管紊流區(qū)n=2.0,紊流過渡區(qū) 1.75<n<2.0)進行比較,確定流態(tài)區(qū)。
五、分析與思考
1.為什么壓差計的水柱差就是沿程水頭損失?如果實驗管道安裝得不水平,是否 影響實驗結(jié)果?
2.本次實驗結(jié)果與莫迪圖吻合與否?分析原因。
3.實驗中的誤差主要由哪些環(huán)節(jié)產(chǎn)生?

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