管道沿程損失實(shí)驗(yàn)(總)

1、實(shí)驗(yàn)三管道沿程損失實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí) :2適用對(duì)象：熱能與動(dòng)力工程專業(yè)、建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)、環(huán)境工程專業(yè)、測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過實(shí)驗(yàn)理解和掌握管道沿程損失的計(jì)算方法；2、了解沿程損失的影響因素。二、實(shí)驗(yàn)要求1、掌握管道沿程損失系數(shù)與雷諾數(shù)和管壁相對(duì)粗糙度間的定性和定量關(guān)系；2、學(xué)會(huì)用三角堰測(cè)量流量的方法和波紋管差壓計(jì)的使用方法。三、實(shí)驗(yàn)原理1、沿程損失的表達(dá)式流體沿等直徑管道流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生沿程損失hf， hf 與管長(zhǎng) L 、管內(nèi)徑 d、管壁當(dāng)量粗糙度、平均流速、流體密度、動(dòng)力粘度及流態(tài)間存在一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)相似原理分析， hf 可表示如下：L2hffRe,

2、d 2gd令fRe,dL2則hf（ 31）d 2g式中沿程損失系數(shù)。2、沿程損失的測(cè)量原理沿程損失 hf 由實(shí)驗(yàn)方法求得。 在水平實(shí)驗(yàn)管道的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)處，取 I-I 和 II-II兩個(gè)緩變流截面，以管道中心線為基準(zhǔn)面，則管內(nèi)不可壓縮定常流動(dòng)在兩緩變流面間的伯努利方程為：p12p221z22h f（ 32）z1g2gg2g22由于管道水平放置， 故上式中， z1=z2；同時(shí)因?qū)嶒?yàn)管道為等直徑圓管， 所以有12 。2g2 g因此，式（ 3 2）可改寫為：p1p2（3 3）hfg式中p1p2 兩緩變流截面間的壓強(qiáng)差（Pa），由波紋管差壓計(jì)測(cè)得。實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)的平均流速由三角堰所測(cè)流量及管道內(nèi)徑計(jì)算求得：4

3、qV（ 34） 2d實(shí)驗(yàn)管道兩測(cè)點(diǎn)間的長(zhǎng)度L 和管道內(nèi)徑 d 均已知， 因此，可求出該管道在某一工況下的沿程損失系數(shù)：2g d fh（ 35）L 2通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)管道上流量調(diào)節(jié)閥的開度可改變管道內(nèi)流體的平均流速，從而可測(cè)得不同 Re 數(shù)下的沿程損失系數(shù)。3、沿程損失的變化規(guī)律沿程損失 hf服從以下四種不同的規(guī)律：（ 1）層流區(qū)沿程損失 hf與平均流速成一次方關(guān)系，可按下式計(jì)算：64， Re2300（ 36）Re（ 2）紊流水力光滑管區(qū)沿程損失 hf與平均流速的1.75 次方成正比，可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：0.3164， 4000Re105（ 37）Re0. 250.00320.221， 105R

4、e 3 106（ 38）Re0 . 2 3 7（ 3）紊流水力粗糙管過渡區(qū)沿程損失 hf與平均流速的（1.752）次方成正比，可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：2 1 g ( 2. 5 18/ 70.851，) 26.98dRe 4160d（ 39）Re3.7d2式中絕對(duì)粗糙度。（ 4）紊流水力粗糙管區(qū)（平方阻力區(qū)）沿程損失 hf與平均流速的平方成正比，可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：124 1g 3.7 d1， Re 4160 d0.85或（ 310）d22(21g1.74)2根據(jù)雷諾數(shù)Re 及管壁相對(duì)粗糙度，用上述四個(gè)區(qū)域的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出不同流動(dòng)狀態(tài)下的沿程損失系數(shù)，并與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的沿程損失系數(shù)進(jìn)行比較，若偏

5、差太大，試分析原因。四、實(shí)驗(yàn)所需儀器、設(shè)備、材料（試劑）1、實(shí)驗(yàn)用水循環(huán)系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)用水為一循環(huán)系統(tǒng)，裝置如圖31所示。11650023274650.00地下水庫圖 31 實(shí)驗(yàn)用水循環(huán)系統(tǒng)圖1高位恒位水箱； 2上水管； 3供水管； 4實(shí)驗(yàn)管路； 5水源泵組； 6三角堰； 7溢流管。在圖31 所示的實(shí)驗(yàn)室地下，有一個(gè)容積為150m3 的地下水庫， 由水源泵組5 將水庫中的水經(jīng)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(jīng)供水管3供實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)管道4 和流量測(cè)量水箱6 后流回到地下水庫；另一部分則通過溢流管7 進(jìn)入地下水庫，形成一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)。2、沿程損失實(shí)驗(yàn)裝置該實(shí)

6、驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)管路、三角堰流量測(cè)量水箱及波紋管差壓計(jì)等設(shè)備組成，如圖32所示。該裝置中的實(shí)驗(yàn)段分別為 50mm 的鍍鋅鋼管和 20mm 黃銅管，兩測(cè)點(diǎn)間長(zhǎng)度L=6m。恒位1水箱來水23567圖 32 沿程阻力實(shí)驗(yàn)裝置示意圖481波紋管差壓計(jì)； 2 50mm 實(shí)驗(yàn)管段； 320mm 實(shí)驗(yàn)管段； 4流量調(diào)節(jié)閥； 5三角堰； 6標(biāo)尺； 7噴頭； 8三角堰。連通玻璃管安裝位置34Hmax三角堰連通玻璃管及標(biāo)尺HH堰頂0H側(cè)視圖主視圖圖 33三角堰流量計(jì)示意圖三角堰流量計(jì)如圖33 所示，該三角堰為直角堰，即=45。三角堰流量水箱外側(cè)2裝有連通玻璃管和標(biāo)尺，連通玻璃管內(nèi)的水位指示三角堰中的水位，水位變化高度

7、可從標(biāo)尺上讀出，即H H H0（m），稱為堰頂淹深。其中H 為某一測(cè)量工況下的連通玻璃管標(biāo)尺讀數(shù)， 單位為 mm；H0 為堰頂水位起始值（如圖 3 3 所示），對(duì)于 1實(shí)驗(yàn)臺(tái)H0 153mm，2實(shí)驗(yàn)臺(tái) H 0=156mm 。按下式即可求出體積流量qV 值。5（ m3/s）qV 1.4 H 2 tg（3 11）2五、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求、實(shí)驗(yàn)條件、方法及步驟1、實(shí)驗(yàn)前復(fù)習(xí)教材中與沿程損失相關(guān)的理論知識(shí)。2、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)涉及高位恒位水箱、水源泵、地下水庫及各種管道。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)較為龐大，因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須注意按步驟進(jìn)行。（ 1）啟動(dòng)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(shí)，穩(wěn)定 5 分鐘后再進(jìn)行

8、實(shí)驗(yàn)。（ 2）黃銅管沿程損失實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥的開度來改變流量，實(shí)驗(yàn)順序規(guī)定流量由小到大，共進(jìn)行15個(gè)工況點(diǎn)的測(cè)量。記好黃銅管上的調(diào)節(jié)閥手輪的初始位置，每次開啟調(diào)節(jié)閥手輪1/2 周，開啟時(shí)必須緩慢。 調(diào)節(jié)閥開啟后，當(dāng)有流體經(jīng)過堰頂時(shí)，待三角堰流量水箱液面穩(wěn)定后，讀出連通管標(biāo)尺讀數(shù)和差壓計(jì)讀數(shù)，記錄在表 3 1a 中，作為第一個(gè)工況點(diǎn)。依次記錄其它工況點(diǎn)，方法同上。 待所有工況點(diǎn)測(cè)量完畢后，記錄下水溫，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，使連通管標(biāo)尺讀數(shù)接近HO后，準(zhǔn)備下一組實(shí)驗(yàn)。（ 3）鍍鋅管沿程損失實(shí)驗(yàn)其方法和步驟與黃銅管沿程損失實(shí)驗(yàn)相同，共測(cè)量15 個(gè)工況點(diǎn)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表 3 1b 中。實(shí)驗(yàn)中注

9、意以下事項(xiàng)： 水源泵啟動(dòng)時(shí)， 首先檢查電機(jī)、 開關(guān)柜和水泵是否處于備用狀態(tài)， 若處于備用狀態(tài)，方可啟動(dòng)； 實(shí)驗(yàn)中要保持水流恒定，不可隨意改變調(diào)節(jié)閥閥門開度； 由于水流的脈動(dòng)作用，壓差計(jì)讀數(shù)略有波動(dòng)，讀數(shù)時(shí)可取其平均值； 實(shí)驗(yàn)時(shí)， 要確保差壓計(jì)及聯(lián)接膠管中沒有氣泡，以免造成測(cè)量誤差。發(fā)現(xiàn)有氣泡時(shí)，應(yīng)將差壓計(jì)上的排氣閥閥門由小到大慢慢打開，將管內(nèi)氣體排除。（ 4）依據(jù)表31a 和表 31b 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，記錄在表32a、表 32b 和表 33 中，并將fRe，曲線繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙（圖34）上。d六、思考題1、由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析流體處于何種流態(tài)：層流還是紊流？若為紊流流態(tài)，又處在哪種流動(dòng)區(qū)域？2、

10、為什么采用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)繪制Re 曲線？附：管道沿程損失實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理用表1實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表表 31a（黃銅管）實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄水堰初始水位H0：mm差壓計(jì)滿量程：kPa實(shí)驗(yàn)臺(tái)編號(hào)：工況點(diǎn)差壓值標(biāo)尺讀數(shù) H堰頂淹深H=HH0(kPa)(mm)(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

11、.50.0555132.4203.30.0533141.9200.70.0507151.4198.20.0482按水溫為10 查得水的運(yùn)動(dòng)粘度v1.308E-6m2 /s表 31b（鍍鋅管）實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄水堰初始水位H 0：mm差壓計(jì)滿量程：kPa實(shí)驗(yàn)臺(tái)編號(hào)：工況點(diǎn)差壓值標(biāo)尺讀數(shù) H堰頂淹深H=H H0(kPa)(mm)(m)14.4277.70.127724.1276.50.126533.8273.00.123043.5271.50.121553.2267.50.117562.9266.00.116072.6263.00.113082.3262.00.112092.0252.00.1020

12、101.7251.00.1010111.4249.00.0990121.1245.00.0950130.8238.00.0880140.5230.00.0800150.2228.00.0780按水溫為10 查得水的運(yùn)動(dòng)粘度v1.308E-6m2/s2實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果用表根據(jù)流量 qV 計(jì)算出平均流速，再根據(jù)及 hf 計(jì)算出值，記入表3 2中。表 32a（黃銅管）實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果54qVhfqV1.4H 2 tg2gdhf工況點(diǎn)d2(m)2L 2(m3/s)(m/s)10.860.00175095.5730.0018020.810.00162675.1780.0019630.750.00156674.9

13、870.0019840.700.00153724.8930.0019250.650.00147924.7080.0019260.600.00139474.4390.0020070.550.00136724.3520.0019080.500.00131324.1800.0018790.450.00126044.0120.00182100.400.00113423.6100.00199110.350.00107653.4260.00193120.300.00101593.2340.00185130.240.00091822.9230.00187140.190.00081032.5790.00190

14、150.140.00071412.2730.00181表 32b（鍍鋅管）實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果5hfqV 1.4 H 2 tg工況點(diǎn)(m)2(m3/s)10.450.008158420.420.007968130.390.007428340.360.007203950.330.006625660.300.006416170.270.006009380.230.005877290.200.0046519100.170.0045387110.140.0043173120.110.0038944130.080.0032161140.050.0025343150.020.00237884qV2gdhfd2L

15、2(m/s)4.1550.004254.0580.004153.7830.004423.6690.004333.3740.004683.2680.004533.0610.004632.9930.004282.3690.005942.3120.005302.1990.004831.9830.004661.6380.004971.2910.005001.2120.002273實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果匯總表表 33實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果匯總黃銅管鍍鋅管工況點(diǎn)dd值Re值Revv10.00180852160.004256353320.00196791750.004156205130.00198762540.004425784740.00192748180.004335610050.00192719950.004685159660.00200678820.004534996570.00190665430.004634679780.00187639130.004284576890.00182613460.0059436226100.00199552040.0053035345110.00193523930.004833362