PAGE48（六）管路沿程阻力系數(shù)測定實驗一、實驗目的要求1．加深了解園管層流和紊流的沿程損失隨平均流速變化的規(guī)律；掌握管道沿程阻力系數(shù)的量測技術和應用氣—水壓差及水—水銀多管壓差計測量壓差的方法；3．將測得的Re～λ關系值與莫迪圖對比，分析其合理性，進一步提高實驗成果分析能力。二、實驗裝置本實驗的裝置如圖一所示。根據(jù)壓差測法不同，有兩種型式：型式Ⅰ壓差計測壓差。低壓差用水壓差計量測；高壓差用水銀多管式壓差計量測。裝置簡圖如圖一所示。型式Ⅱ電子量測儀測壓差。低壓差仍用水壓差計量測；而高壓差用電子測儀（簡稱電測儀）量測。與型式Ⅰ比較，該型唯一不同在于水銀多管式壓差計被電測儀（圖二）所取代。本實驗裝置配備有：1．自動水泵與穩(wěn)壓器自循環(huán)高壓恒定全自動供水器3由離心泵、自動壓力開關、氣—水壓力罐式穩(wěn)壓器等組成。壓力超高時能自動停機，過低時能自動開機。為避免因水泵直接向實驗管道供水而造成的壓力波動等影響，離心泵的輸水是先進入穩(wěn)壓器的壓力罐，經穩(wěn)壓后再送向實驗管道。2．旁通管與旁通閥由于本實驗裝置所采用水泵的特性，在供水流量時有可能時開時停，從而造成供水壓力的較大波動。為了避免這種情況出現(xiàn)，供水器設有與蓄水箱直通的旁通管（圖中未標出），通過分流可使水泵持續(xù)穩(wěn)定運行。旁通管中設有調節(jié)分流量至蓄水箱的閥門，即旁通閥，實驗流量隨旁通閥開度減?。ǚ至髁繙p?。┒龃?。實際上旁通閥又是本裝置用以調節(jié)流量的重要閥門之一。3．水封面為了簡化排氣，并防止實驗中再進氣和誤操作引起的水銀外溢。在水銀壓差計的連通管上裝有水封器，水封器由2只充水（不滿頂）的密封立筒構成（圖一）。4．電測儀由壓力傳感器和主機兩部分組成。經由連通管將其接入測點（畋7.2）。壓差讀數(shù)（以米水柱為單位）通過主機顯示。三、實驗原理由達西公式得(1)另由能量方程對水平等直徑園管可得（2）壓差可用壓差計或電測。對于多管式水銀壓差有下列關系：**由圖三知據(jù)水靜力學基本方程及等壓面積原理有（3）式中，、分別為水銀和水的容重；為汞柱總差。四、實驗方法與步驟準備Ⅰ對照表裝置圖和說明搞清各組成部件的名稱、作用及其工作原理；檢查蓄水箱、水位是否夠高及旁通閥12是否已關閉。否則予以補水并關閉閥門；記錄有關實驗常數(shù)；工作管內徑d和實驗管長L（標志于蓄水箱）。準備Ⅱ啟動水泵。本供水裝置采用的是自動水泵，接通電源，全開閥12打開供水閥11，水泵自動開啟供水。準備Ⅲ調通量測系統(tǒng)。（1）通水、排氣對各有關量測儀及其連通管按下列程序充水排氣：【實驗管道】關閉旁通閥12，全開水供水閥11和出水閥10?！舅畨翰钣嫛筷P閉閥10/全開閥12/松開（水壓計連通管）止水夾/開啟閥11（待測管升至一定高度，再按下列步序適當降低，以保證有足夠的量程）/旋開倒U管旋鈕F1（圖一）/全關閥1/（待倒U型管水位降至測尺標值10cm左右）擰緊F1，【水銀壓差計】檢查水封器13充水度是否夠，當無壓下水位低于2/3筒高時，按下列步驟進行充水：關閉閥10/開啟閥10若干次，直至連通管氣泡排凈為止。【壓力傳感器】關閉閥10/開啟閥11/打開排氣旋鈕（圖二）待旋孔溢水再擰緊。（2）校核關閉閥10/全開閥11/檢查水壓差計兩測管中水位平否？以及水銀壓差計是否滿足？否則按上述步驟重新排氣。實驗量測（1）調節(jié)流量實驗可按流量由小到大依資助進行；微開閥10（閥12已全開），使流量逐次增大，其增量，在流量較小時，用水壓差計水柱差控制，每次增量可取=4～6mm（初次小些）。大流量通過漸關旁通閥調大壓差量測改用水銀壓差計（或電測儀），流量增量改用汞柱差控制，第一次取=30～40mm，以后各次取=150mm（如用電測相應取=0.4m和2.0m）。注意：①當換用水銀壓差計時，務心夾緊水壓差計連通管；②流量每周一次，均需穩(wěn)定2～3分鐘，流量愈小，穩(wěn)定時間愈長；③每次測流時段水小于8～10秒（流量大可短些）；④要求變更流量不少于10次。（（3）結束工作①關閉閥10，檢查=0及與否。否則表明壓差計已進氣，需重做實驗；②關閉閥11，切斷電源。五、實驗成果及要求1．有關常數(shù)。實驗裝置臺號圓管直徑d=cm，量測段長度L=85cm。及計算（見表1）。表1記錄及計算表常數(shù)K=π2gd5/8L=cm5/s2次序體積cm3時間s流量Qcm3/s流速vcm3/s水溫C粘度vcm2/s雷諾數(shù)Re比壓計數(shù)cm沿程損失hfcm流程損失系數(shù)λRe<2320h1h21234567h1h2h3h4891011121314-PAGE49-3．繪圖分析*附錄1實驗曲線繪法建議1．圖紙繪圖紙可用普通厘米紙或對數(shù)紙，面積不小于*附錄1實驗曲線繪法建議1．圖紙繪圖紙可用普通厘米紙或對數(shù)紙，面積不小于12×12cm；2．坐標確定若采用厘米紙，取lghf為縱坐標（繪制實驗曲線一般以因變量為縱坐標），lgv為橫坐標；采用對數(shù)紙，縱坐標寫hf，橫坐標用v，即不寫成對數(shù)；3．標注在坐標軸上，分別標明變量名稱、符號、單位以及分度值；4．繪點據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出實驗點；5．繪曲線據(jù)實驗點分布繪制曲線，應使位于曲線兩側的實驗點數(shù)大致相等，且各點相對曲線的垂直距離總和也不致相等。以lgυ為橫坐標，以lghf為縱坐標，點繪所測的lgυ～lghf關系曲線，根據(jù)具體情況連成一段或幾段直線。求厘米紙上直線的斜率將從圖上求得的m值與已知各流區(qū)的m值（即層流m=1，光滑管流區(qū)m=1.75，粗糙管紊流區(qū)m=2.0，紊流過渡區(qū)1.75<m<2.0）進行比較，確定流區(qū)。六、實驗分析與討論為什么壓差計的水柱差就是沿程水頭損失