管道沿程损失实验(总).docVIP

实验三 管道沿程损失实验 实验类型：验证性实验 学 时: 2 适用对象：热能与动力工程专业、建筑环境与设备工程专业、环境工程专业、测控技术与仪器专业 一、实验目的 1、通过实验理解和掌握管道沿程损失的计算方法； 2、了解沿程损失的影响因素。 二、实验要求 1、掌握管道沿程损失系数与雷诺数和管壁相对粗糙度间的定性和定量关系； 2、学会用三角堰测量流量的方法和波纹管差压计的使用方法。 三、实验原理 1、沿程损失的表达式 流体沿等直径管道流动时，将产生沿程损失，与管长L、管内径d、管壁当量粗糙度、平均流速?、流体密度?、动力粘度?及流态间存在一个复杂的函数关系。 根据相似原理分析，可表示如下： 令 则 （3?1） 式中 ?——沿程损失系数。 2、沿程损失的测量原理 沿程损失由实验方法求得。在水平实验管道的两个测点处，取I-I和II-II两个缓变流截面，以管道中心线为基准面，则管内不可压缩定常流动在两缓变流面间的伯努利方程为： （3?2） 由于管道水平放置，故上式中，z1=z2；同时因实验管道为等直径圆管，所以有。因此，式（3?2）可改写为： （3?3） 式中 ——两缓变流截面间的压强差（Pa），由波纹管差压计测得。 实验管道内的平均流速?由三角堰所测流量及管道内径计算求得： （3?4） 实验管道两测点间的长度L和管道内径d均已知，因此，可求出该管道在某一工况下的沿程损失系数： （3?5） 通过调节实验管道上流量调节阀的开度可改变管道内流体的平均流速?，从而可测得不同Re数下的沿程损失系数。 3、沿程损失的变化规律 沿程损失服从以下四种不同的规律： （1）层流区 沿程损失与平均流速成一次方关系，?可按下式计算： ， （3?6） （2）紊流水力光滑管区 沿程损失与平均流速的1.75次方成正比，?可按下面的经验公式计算： ， （3?7） ， （3?8） （3）紊流水力粗糙管过渡区 沿程损失与平均流速的（1.75~2）次方成正比，?可按下面的经验公式计算： ， （3?9） 式中 Δ——绝对粗糙度。 （4）紊流水力粗糙管区（平方阻力区） 沿程损失与平均流速的平方成正比，?可按下面的经验公式计算： 或 ， （3?10） 根据雷诺数Re及管壁相对粗糙度，用上述四个区域的经验公式计算出不同流动状态下的沿程损失系数?，并与实验测得的沿程损失系数进行比较，若偏差太大，试分析原因。 四、实验所需仪器、设备、材料（试剂） 1、实验用水循环系统 本实验用水为一循环系统，装置如图3?1所示。 16500 16500 1 2 2 3 7 地下水库 ?0.00 5 6 4 图3?1 实验用水循环系统图 1—高位恒位水箱；2—上水管；3—供水管；4—实验管路；5—水源泵组；6—三角堰；7—溢流管。 在图3?1所示的实验室地下，有一个容积为150m3的地下水库，由水源泵组5将水库中的水经上水管2打入五楼恒位水箱1保持恒定水位。恒位水箱中的水，一部分经供水管3供实验系统使用，经过实验管道4和流量测量水箱6后流回到地下水库；另一部分则通过溢流管7进入地下水库，形成一个水循环系统。 2、沿程损失实验装置 该实验装置由实验管路、三角堰流量测量水箱及波纹管差压计等设备组成，如图3?2所示。该装置中的实验段分别为Φ50mm的镀锌钢管和Φ20mm黄铜管，两测点间长度L=6m。 恒位 恒位 水箱 来水 6 5 8 4 3 图3?2 沿程阻力实验装置示意图 1—波纹管差压计；2—Φ50mm实验管段；3—Φ20mm实验管段；4—流量调节阀；5—三角堰；6—标尺；7—喷头；8—三角堰。 7 2 1 连通玻璃管 连通玻璃管安装位置3~4△Hmax △H 侧视图 主视图 H0 H ? 连通玻璃管及标尺 三角堰 堰顶 图3—3 三角堰流量计示意图 三角堰流量计如图3?3所示，该三角堰为直角堰，即=45?。三角堰流量水箱外侧装有连通玻璃管和标尺，连通玻璃管内的水位指示三角堰中的水位，水位变化高度可从标尺上读出，即?H＝H－H0（m），称为堰顶淹深。其中H为某一测量工况下的连通玻璃管标尺读数，单位为mm；H0为堰顶水位起始值（如图3?3所示），对于1＃实验台H0＝153mm，2＃实验台H0=156mm。按下式即可求出体积流量值。 （m3/s） （3?11） 五、实验预习要求、实验条件、方法及步骤 1、实验前复习教材中与沿程损失相关的理论知识。