§3-4 沿程水头损失实验
一、实验目的
1加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制lghflgυ~曲线； 2掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气—水压差计及电测仪测量压差的方法； 3将测得的R
e~λ关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。
二、实验装置
本实验的装置如图4．1所示。
图4．1自循环沿程水头损失实验装置图
1．自循环高压恒定全自动供水器；2．实验台；3．回水管；4．水压差计；5．测压计；6．实验管道；7．电子量测仪；8．滑动测量尺；9．测压点；10．实验流量调节阀；11．供水管与供水阀；12．旁通管与旁通阀；13．稳压管。
根据压差测法不同，有两种型式：
形式 I 压差计测压差。低压差仍用水压差计量测；高压差用水银多管式压差计量测。装置简图如图4．1所示。
形式 II 电子量测仪测压差。低压差仍用水压差计量测；而高压差用电子量测仪（简称电测仪）量测。与型式I 比较，该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪（图4．2）所取代。
本实验装置配备有：
1．自动水泵与稳压器
自循环高压恒定全自动供水器由离心泵、自动压力开关、气—水压力罐式稳牙器等组成。压
力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响，离心泵的输水是先进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。
图4．2
1．压力传感器；2．排气旋钮；3．连通管；4．主机
2．旁通管与旁通阀
由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量时有可能时开时停，从而造成供水压力的较大波动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管（图中未标出），通过分流可使水泵持续稳定运行。旁通管中设有调压分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀，实验流量随旁通阀开度减小（分流量减小）而增大。实际上旁通阀又是本装置用以调节流量的重要阀门之一。
3．稳压筒
为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接由2只充水（不满顶）之密封立筒构成。
电测仪
由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点（图4．2）。压差读数（以厘米水柱为单位）通过主机显示。
三、实验原理
由达西公式
Lυhf=λd2g
得 2
λ=
2gdhf12gdhfπ2hf2=(d/Q)=KLυ2L4Q2（7．1） K=π2gd5L
另由能量方程对水平等直径圆管可得
hf=(p1-p2)（7．2）
压差可用压差计或电测。
四、实验方法与步骤
准备I
对照装置图和说明，搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；检查蓄水箱水位
是否够高及旁通阀12是否已关闭。否则予以补充水并关闭阀门；记录有关实验常数：工作管内径d和实验管长L（标志于蓄水箱）。
准备 II 启动水泵。本供水装置采用的是自动水泵，接通电源，全开阀12，打开供水阀11，水泵自动开启供水。
准备 III 调通量测系统。
夹紧水压计止水夹，打开出水阀10和进水阀11（逆钟向），关闭旁通阀12（顺钟向），启动水泵排除管道中的气体。
全开阀12，关闭阀10，松开水压计止水夹，并旋松水压计之旋塞F1，排除水压计中的气体。随后，关阀11，开阀10，使水压计的液面降至标尺零指示附近，即旋紧F1。再开启阀11并立即关闭阀10，稍候片刻检查水压计是否齐平，如不平则需重调。
水压计齐平时，则可旋开电测仪排气旋扭，对电测仪的连接水管通水、排气，并将电测仪调至“000”显示。
实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在阀12、阀11全开的前提下，逐次开大出水阀10，每次调节流量时，均需稳定2—3分钟，流量越小，稳定时间越长；测流时间不小于8~10秒；测流量的同时，需测记水压计（或电测仪）、温度计（温度表应挂在水箱中）等读数：
2O（夏季）[∆h~30mmH2O（冬季）]量程范围内，测层流段：应在水压计∆h~20mmH
记3~5组数据。
紊流段：夹紧水压计止水夹，开大流量，用电测仪记录
递加，直至测出最大的
直至hf值，每次增量可按∆h~100cmH2Ohf值。阀的操作次序是当阀11、阀10开至最大后，逐渐关阀12，hf显示最大值。
结束实验前，应全开阀12，关闭阀10，检查水压计与电测仪是否指示为零，若均为零，则关闭阀11，切断电源。否则，表明压力计已进气，需重做实验。
五、实验成果及要求：
1．有关常数 实验装置台号No.
圆管直径d=cm，量测段长度L= 85cm。
2．记录及计算（见表4．1表）。
3．绘图分析，绘制
坐标，以lgυ~lghf曲线，并确定指数关系值m的大小。在厘米纸上以lgυ为横lgυ~lghf关系曲线，根据具体情况连成一段或几段lghf为纵坐标，点绘所测的
直线。求厘米纸上直线的斜率
m=lghf2-lghf1
lgυ2-lgυ1
将从图上求得的m值与已知各流区的m值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流m=2.0，紊流过渡区1.75
六、实验分析与讨论
为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响实验成果？ 据实测m值判别本实验的流区。
实际工程中钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动，大多为紊流阻力平方区，其原因何在？
管道的当量粗糙度如何测得？
本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。
§3-4 沿程水头损失实验
一、实验目的
1加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制lghflgυ~曲线； 2掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气—水压差计及电测仪测量压差的方法； 3将测得的R
e~λ关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。
二、实验装置
本实验的装置如图4．1所示。
图4．1自循环沿程水头损失实验装置图
1．自循环高压恒定全自动供水器；2．实验台；3．回水管；4．水压差计；5．测压计；6．实验管道；7．电子量测仪；8．滑动测量尺；9．测压点；10．实验流量调节阀；11．供水管与供水阀；12．旁通管与旁通阀；13．稳压管。
根据压差测法不同，有两种型式：
形式 I 压差计测压差。低压差仍用水压差计量测；高压差用水银多管式压差计量测。装置简图如图4．1所示。
形式 II 电子量测仪测压差。低压差仍用水压差计量测；而高压差用电子量测仪（简称电测仪）量测。与型式I 比较，该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪（图4．2）所取代。
本实验装置配备有：
1．自动水泵与稳压器
自循环高压恒定全自动供水器由离心泵、自动压力开关、气—水压力罐式稳牙器等组成。压
力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响，离心泵的输水是先进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。
图4．2
1．压力传感器；2．排气旋钮；3．连通管；4．主机
2．旁通管与旁通阀
由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量时有可能时开时停，从而造成供水压力的较大波动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管（图中未标出），通过分流可使水泵持续稳定运行。旁通管中设有调压分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀，实验流量随旁通阀开度减小（分流量减小）而增大。实际上旁通阀又是本装置用以调节流量的重要阀门之一。
3．稳压筒
为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接由2只充水（不满顶）之密封立筒构成。
电测仪
由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点（图4．2）。压差读数（以厘米水柱为单位）通过主机显示。
三、实验原理
由达西公式
Lυhf=λd2g
得 2
λ=
2gdhf12gdhfπ2hf2=(d/Q)=KLυ2L4Q2（7．1） K=π2gd5L
另由能量方程对水平等直径圆管可得
hf=(p1-p2)（7．2）
压差可用压差计或电测。
四、实验方法与步骤
准备I
对照装置图和说明，搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；检查蓄水箱水位
是否够高及旁通阀12是否已关闭。否则予以补充水并关闭阀门；记录有关实验常数：工作管内径d和实验管长L（标志于蓄水箱）。
准备 II 启动水泵。本供水装置采用的是自动水泵，接通电源，全开阀12，打开供水阀11，水泵自动开启供水。
准备 III 调通量测系统。
夹紧水压计止水夹，打开出水阀10和进水阀11（逆钟向），关闭旁通阀12（顺钟向），启动水泵排除管道中的气体。
全开阀12，关闭阀10，松开水压计止水夹，并旋松水压计之旋塞F1，排除水压计中的气体。随后，关阀11，开阀10，使水压计的液面降至标尺零指示附近，即旋紧F1。再开启阀11并立即关闭阀10，稍候片刻检查水压计是否齐平，如不平则需重调。
水压计齐平时，则可旋开电测仪排气旋扭，对电测仪的连接水管通水、排气，并将电测仪调至“000”显示。
实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在阀12、阀11全开的前提下，逐次开大出水阀10，每次调节流量时，均需稳定2—3分钟，流量越小，稳定时间越长；测流时间不小于8~10秒；测流量的同时，需测记水压计（或电测仪）、温度计（温度表应挂在水箱中）等读数：
2O（夏季）[∆h~30mmH2O（冬季）]量程范围内，测层流段：应在水压计∆h~20mmH
记3~5组数据。
紊流段：夹紧水压计止水夹，开大流量，用电测仪记录
递加，直至测出最大的
直至hf值，每次增量可按∆h~100cmH2Ohf值。阀的操作次序是当阀11、阀10开至最大后，逐渐关阀12，hf显示最大值。
结束实验前，应全开阀12，关闭阀10，检查水压计与电测仪是否指示为零，若均为零，则关闭阀11，切断电源。否则，表明压力计已进气，需重做实验。
五、实验成果及要求：
1．有关常数 实验装置台号No.
圆管直径d=cm，量测段长度L= 85cm。
2．记录及计算（见表4．1表）。
3．绘图分析，绘制
坐标，以lgυ~lghf曲线，并确定指数关系值m的大小。在厘米纸上以lgυ为横lgυ~lghf关系曲线，根据具体情况连成一段或几段lghf为纵坐标，点绘所测的
直线。求厘米纸上直线的斜率
m=lghf2-lghf1
lgυ2-lgυ1
将从图上求得的m值与已知各流区的m值（即层流m=1，光滑管流区m=1.75，粗糙管紊流m=2.0，紊流过渡区1.75
六、实验分析与讨论
为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响实验成果？ 据实测m值判别本实验的流区。
实际工程中钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动，大多为紊流阻力平方区，其原因何在？
管道的当量粗糙度如何测得？
本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。