局部水头损失实验报告.doc

武汉大学教学实验报告 学院：水利水电学院 专业：水利类 2016年 12 月 2 日 实验名称 管道局部水头损失实验 指导教师 赵昕 年 级 2015级 学号 201530158018 成绩 姓 名 张浩波 实验目的 掌握测定管道局部水头损失系数ζ的方法。 将管道局部水头损失系数的实测值与理论值进行比较。 观测管径突然扩大时旋涡区测压管水头线的变化情况和水流情况。 实验原理 由于边界形状的急剧改变，水流就会与边界分离出现旋涡以及水流流速分布的改组，从而消耗一部分机械能。单位重量液体的能量损失就是水头损失。 局部水头损失常用流速水头与一系数的乘积表示。 式中：ζ为局部水头损失系数。 系数ζ是流动形态与边界形状的函数。一般水流雷诺数足够大时，可认为系数ζ不随雷诺数变化而看作常数。 突然扩大的管道局部水头损失可应用动量方程与能量方程以及连续性方程联合求解得到以下公式： 式中：A1，v1分别为突然扩大上游管段的断面面积和平均流速，A2为突然扩大下游管段的断面面积。 实验设备 实验设备如图2-9所示。 图2-9 局部水头损失实验仪 实验步骤 熟悉仪器，记录管道直径D和d。 检查各测压管的橡皮管接头是否接紧。 启动抽水机，打开进水阀门，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。 检查实验流量调节阀门全关时测压管的液面是否齐平，若不平，则需排气调平。 慢慢打开实验流量调节阀门，使流量在测压管量程范围内最大，待流动稳定后，记录测压管液面标高，用体积法测量管道流量。 调节尾阀改变流量，重复测量5~6次。 注意事项 实验必须在水流稳定后方可进行。 计算局部水头损失时，应注意选取相应的流速水头；所选量测断面应选在渐变流上，尤其是下游断面应选在旋涡区末端，即主流恢复并充满全管的断面上。 实验成果及要求 有关常数。圆管直径 D=2.70cm，圆管直径d=1.41cm。 记录及计算表（表2-6）。 表2-6 管道局部水头损失实验数据记录及计算表（突然扩大管） 测次 1 2 3 4 5 6 体积W/cm3 813 913 860 862 807 772 时间T/s 6.34 7.75 8.38 9.65 10.85 13.43 流量Q/cm3/s 128.23 117.81 102.63 89.33 74.38 57.48 流速v1/cm/s 82.10 75.42 65.70 57.19 47.62 36.80 流速v2/cm/s 22.39 20.57 17.92 15.60 12.99 10.04 测压管水头h1/cm 26.12 26.87 28.30 29.39 30.38 31.40 测压管水头h2/cm 27.38 27.91 29.16 29.95 30.80 31.65 流速水头H1/cm 3.44 2.90 2.20 1.67 1.16 0.69 流速水头H2/cm 0.26 0.22 0.16 0.12 0.09 0.05 实测损失hj 1.92 1.65 1.18 0.98 0.65 0.39 实测损失系数ζ实测 0.56 0.57 0.54 0.59 0.56 0.56 理论损失系数ζ理论 0.53 实测平均值ζ平均 0.56 成果分析：将实测的局部水头损失系数与理论值进行比较，试分析产生误差的原因。 由实验数据不难得出结论，局部水头损失系数的理论值与实际值在误差范围内保持一致，但同时也发现实测数据比理论值略大。稍加分析就可得出，由于实验条件，器材以及实验人的因素，误差在所难免。同时因为本次实验未考虑沿程水头损失，故而损失的水头被计算到局部水头损失里面，从而造成了实际值略微偏大。 思考题 试分析实测hj与理论值有什么不同？原因何在？ 答：实测值比理论值偏大，原因如上所述。 如不忽略管段的沿程水头损失hf，则测出的损失系数ζ比实际ζ值是偏大还是偏小？在使用此值时是否可靠？ 答：如果不忽略沿程水头损失，实测ζ比理论值偏大。但由于相差不大，故而此值可靠。 在相同的管径变化条件下，相应于同一流量，其突然扩大的损失系数 ζ是否一定大于突然缩小的ζ值？ 答：不一定，由相关公式可知，ζ的大小只与A1/A2的值有关。 不同的雷诺数，局部水头损失系数ζ是否相同？通常ζ值是否为常数？ 答：ζ值与雷诺数有关，不同的雷诺数代表了不同的流态，具有不同的ζ值。但在一般常见的雷诺数下，ζ的变化非常小，故而在本次实验中可以看作常数。 —1—