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1、2局部水头损失实验局部水头损失实验一、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。二、实验装置1实验装置简图实验装置及各部分名称如图 1 所示。132137645213 41211105 6B891415 图 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.回流接水斗15.下回
2、水管16.稳压筒17.传感器18.智能化数显流量仪2装置说明（1）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1516171617183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。（2）流量测量智能化数显流量仪智能化数显流量仪系统包括实验管道内配套流量计、稳压筒、高精密传感器和智能化数显流量仪（含数字面板表及 A/D 转换器）。该流量仪为管道式瞬时流量仪，测量精度一
3、级。流量仪的使用方法参见伯努利方程实验，需先排气调零，流量仪所显示的数值为瞬时流量值。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，智能化数显流量仪调零。(2)测压管水头用测压计测量，基准面可选择在滑动测量尺零点上。(3)流量测量。实验流量用阀 13 调节，记录智能化数显流量仪的流量值。三、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 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
4、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 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112211221122v1v2v1v2v图 2局部水头损失2212wjf1 212()()22hhhhhggvv4或2212j12f1 2()()22hhhhggvv局部阻力因数为2j/2ghv(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 1 测点、所示。流
5、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，hf1-2按流程长度比例换算得出。则hf1-2hf2-3/2=h2-3/2=(h2-h3)/2222312j1212()()222hhhhhEEggvv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；12EE、分别表示式中的前、后括号项。因此只要实验测得三个测压点的测压管水头值 h1、h2、h3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 2ghv对应上游流速 v1的圆管突然扩大段理论公式为2121AA()(2
6、)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 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，lB-5l5-6，有 hf4-Bhf3-4/2=h3-4/2，hfB-5hf5-6=h5-6。则hf4-5h3-4/2+h5-6=(h3-h4)/2+h5-h6223454j455645()()222hhhhhhhEEggvv因此只要实验测得四个测压点的测压管水头值
7、h3、h4、h5、h6及流量等即可得突然缩小段局部阻力水头损失。5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/2hgv对应下游流速 v5的圆管突然缩小段经验公式为540.51AA()(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，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。四、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
8、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第五部分。2设计性实验：利用图 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。五、数据处理及成果要求1记录有关信息及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=_10-2md2=d3=d4=D2=_10-2md5=d6=D3=_10-2m实验管段长度：l1-2=10-2ml2-3=10-2ml3-4=10-2ml4-B=10-2mlB-5=10
9、-2ml5-6=10-2m62.实验数据记录及计算结果表 1 局部水头损失实验记录表次数流量Vq/(10-6m3/s)测压管读数/10-2mh1h2h3h4h5h6123表 2 局部水头损失实验计算表次数阻力形式流量Vq/(10-6m3/s)前断面后断面hj/10-2m理论值经验值22gv/10-2mE1/10-2m22gv/10-2mE2/10-2m1突然扩大231突然缩小23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。见表 1(2)测定突缩断面局部水头损失因数值并与经验值比较。见表 1(3)完成设计性实验。六、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？七、注意事项1恒压水箱内水位要求始终保持在溢流状态，确保水头恒定。2.测压管后设有平面镜，测记各测压管水头值时，要求视线与测压管液面及镜子中影像液面齐平，读数精确到 0.5 mm。