《水头损失实验》PPT课件.ppt

本实验的重点与注意点： 重点： 理解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律 注意点： 1 每次测量流量的时段不小于 810秒 (流量大可短些 )， 流量每调节一次，均需稳定 23 2 传感器封装在有机玻璃方盒中，顶部是引脚，故传感器不能倒置， 避免积水使引脚短路。 Re 一 实验目的与要求 : 1. 加深理解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律； 2. 3. 将测得的 关系值与莫迪图对比、分析。 二 实验装置 : 本实验的装置如图 3.8.1所示。 本实验装置配备有： 1.自动水泵与稳压器 2.旁通管与旁通阀 之一、沿程水头损失实验 水头损失实验 3. 稳压筒 为了简化排气，并防止实验中再进气，在电测仪的传感器前连接 2只充水 (不满顶 )的密封立筒。 (图 3.8.2)。 4. 电测仪 由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点 (图 3.8.2)。 压差读数 (以厘米水柱为单位 )通过主机显示。低压差用气水压差计量测， 高压差用电测仪量测。 4 3 2 1 接测点3 接测点4 F 2F 1 3 1. 压力传感器 2. 排气旋钮 3. 连通管 4. 主机 图 3.8.2 压力传感器与电测仪 (6 )(5 ) (6 )(5 ) (4 ) (3 ) (2 ) (1 ) 13 (4 )(3 ) (2 )(1 ) F 1 9 11 10 8 12 7 6 4 5 2 3 1 1.自循环高压恒定全自动供水器 2.实验台 3.回水管 4.气水压差计 5.测压排 6.实验管道 7.电子量测仪 8.滑动测量尺 9.测压点 10.实验流量调节阀 11.供水管及供水阀 12.旁通管及旁通阀 13.调压筒 图 3.8.1 沿程水头损头实验仪 三 实验原理： 由达西公式 g v d Lh f 2 2 得 2 2 2 2 ) 4(212 Q hK Q d L gdh vL gdh fff L gdK 8 52 21 pph f 四 实验方法与步骤 : 见指导书 五 实验分析与讨论 2. 实际工程中钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区， 而水电站泄洪洞的流动，大多为紊流阻力平方区，其原因何在 ? 1. 据实测 m值判别本实验的流区 一 、 实验目的与要求 11.掌握测定管道局部阻力系数 的方法 ， 并与理论公式或 经验公式的计算值相比较； 2.通过对圆管突然扩大的局部阻力系数的 波达 公式和突然 缩小的局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析 ， 熟悉 通过理论分析法和经验法建立函数公式的途径； 3.观察管径突然扩大以及其它各种边界突变情况下旋涡区 测压管水面线的变化情况 ， 比较突扩与突缩局部水头损失 大小； 4. 加深对局部阻力损失机理的理解； 5.设计实验：如何将实验装置一稍加改变 ， 用以量测 流量 调节阀 K的局部阻力系数 ? 之二、局部水头损失实验 二 、 实验原理 对局部障碍前后两过流断面列能量方程： f fj h g v g v g p z g p z h g v g p z g v g p zh 22 )()( 2 )( 2 )( 2 2 2 12 2 1 1 2 22 2 2 11 1 则 g v hj 2 2 圆管突然扩大的理论值（波达公式）： 圆管突然缩小的经验公式： 2 2 1 )1( A A )1(5.0 3 5 A A 三、实验装置 1.水箱 2.水泵 3.实验台 4.水泵电源开关 5.恒压水箱 6.溢流板 7.稳水孔 板 8.消能稳水玻璃球 9.圆管突然扩大 10. 圆管突然缩小 11.排气阀 12. 实验管道 13.闸阀 K1 14.流量调节阀 K 15.回流接水槽 16.测压排 17.滑 动测量尺 18.测压管 19.回水管 图 1 局部水头损失实验装置一 1.自循环供水器 2.实验台 3.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.测压排 9. 测压管 10. 滑动测量尺 11. 圆管突然缩小 12.流量调节阀 K 13.回水管 图 2 局部水头损失实验装置二 四、实验步骤 1. 启动水泵 ， 使水箱充水 ， 并保持溢流 ， 使水位恒定 ， 排 除实验管道中的滞留气体； 2. 检查流量调节阀 K全关时 ， 各测压管的液面是否齐平 ， 若不平 ， 则需排气调平； 3. 打开流量调节阀 K， 用体积法或电测法量测管道流量 ， 测读各测压管的液面标高 ， 并调节流量 ， 共做三次； 4. 测记本次实验中最大流量的各测压管液面标高 ， 绘制测 压管水头线； 5. 实验完成后关闭泄水阀，检查测压管液面是否齐平，否 则需重做。 五、实验分析与讨论 1. 结合实验成果，分析比较圆管突然扩大与突然缩小在相 同条件下水头损失的大小关系。 由式 及 表明：影响局部水头损失的因素是 v 和 d1/d2。 g vh j 2 2 )/( 21 ddf 又突扩： 2 2 1 )1 AA（突扩 突缩： )15.0 2 1AA （突缩 则有 21 2 21 21 /1 5.0)/1( )/1(5.0 AAAA AAK 突扩 突缩 当 或 时，突然扩大的水头损失比相应突 然收缩的要大。 5.0/ 21 AA 7 0 7.0/ 21 dd 2. 结合流动现象演示实验所见的水力现象，分析局部水头 损失机理。圆管突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪 里 ?怎样减小局部阻力损失 ? 从流动演示仪 型演示的突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、 合流、闸（阀）、绕流等三十余种管流、明渠流的流动图谱，分析局 部水头损失的机理如下： 凡流道边界突变处，均形成大小不一的漩涡区。漩涡是产生水头 损失的主要根源。由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互摩擦， 消耗了部分水体的自储能量。同时，当这部分低能流体被主流的高能 流体带走时，还须克服剪切流的速度梯度，经过质点间的动能交换， 达到流速的重新组合，这也损耗了部份能量。这样就造成了局部阻力 损失。 根据以上分析可知，为了减小局部阻力损失，在设计变断面管道几 何边界形状时应流线形化或尽量接近流线形，以避免漩涡的形成，或使 漩涡区尽可能小。如欲减小本实验管道的局部阻力，就应减小管径比以 降低突扩段的漩涡区域；或把突缩进口的直角改为圆角，以消除突缩断 面后的环状漩涡带，可使突缩局部阻力系数减小到原来的 。这 一点也是突然收缩实验管道使用年份长后，实测阻力系数减小的主要原 因。 从流动演示仪可见，突扩段的漩涡主要发生在突扩断面以后，而且 与扩大系数有关，扩大系数越大，漩涡区也越大，损失也越大，所以产 生突扩局部阻力损失的主要部位在突扩断面的后部。而突缩段的漩涡在 收缩断面前后均有。突缩前仅在死角区有小漩涡，且强度较小，而突缩 的后部产生了紊动度较大的环状漩涡区。可见产生突缩水头损失的主要 部位是在突缩断面后。 10 1 2 1 3设计实验：如何将实验装置一稍加改变，用以量测 流量调节阀 K的局部阻力系数 ?（可以少量增减仪器配件） 准备一段长度及联接方式与装置一中流量调节阀 K相同，内径与 实验管道相同的直管段，在阀门 K前后的直管段上长度大于 (20 40)d的断面处，各布置一个测压点，先测出整个测量段上的总水头损 失 hw ： fjw hhh 然后，把阀门 K用前述的准备直管替换，再测出相同流量下的总 水头损失 ： wh fw hh fwj hhh 所以 4. 试说明用理论分析法和经验法建立相关物理量间函数关 系式的途径。 突扩局部阻力系数公式是由理论分析法得到的 。 一般在具备理 论分析条件时 , 函数式可直接由理论推演得 , 但有时条件不够 , 就要引 入某些假定 。 如在推导突扩阻力系数时 , 假定了 “ 在突扩的环状面积 上的动水压强按静水压强规律分布 ” ， 引入这个假定的前提是有充 分的实验依据证明这个假定是合理的 。 理论推导得出的公式 , 还需通 过实验验证其正确性 。 这是先理论分析后实验验证的一个过程 。 经验公式有多种建立方法 , 突缩的局部阻力系数经验公式是在实 验取得了大量数据的基础上 , 进一步作数学分析得出的。这是先实验 后分析归纳的一个过程。但通常的过程应是先理论分析（包括量纲 分析等）后实验研究 , 最后进行分析归纳。