实验24 沿程阻力实验
一、实验目的和要求
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
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
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1所示。
根据压差测法不同，有两种型式：
型式
压差计测压差。低压差时采用水压差计4量测。装置简图如图1所示。
型式
电子量测仪测压差。高压差时用电子量测仪（简称电测仪）量测。
本实验装置设备有：
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—水压力罐式稳压器等组成。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。
2，旁通道与旁通阀
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道（图中未标出），通过分流可使水泵持续稳定运行。旁通管中设有调节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，稳压管 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。
4、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。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
得
（7.1）
另由能量方程对水平等直径圆管可得
（7.2）
压差可用压差计或电测。
四、实验方法与步骤
准备
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10是否已关闭。否则予以补水并关闭阀门；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
启动水泵。本供水装置采用的是自动水泵，接通电源，全开阀10，打开供水阀9，水泵自动开启供水。
准备
调节量测系统。
1、 夹紧水压计止水夹，打开出水阀7和进水阀9（逆钟向），关闭旁通阀10（顺钟向），启动水泵排除管道中的气体。
2、 全开阀10，关闭阀7，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9，开阀7，使水压计的液面将至标尺零指示附近，即旋紧F1。再次开启阀9并立即关闭阀7，稍候片刻检查水压计是否齐平，如不平则需重调。
3、 水压计齐平时，则可旋开电测仪排气旋钮，对电测仪的连接水管通水、排气，并将电测仪调至“000”显示。
4、 实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在阀10、阀9全开的前提下，逐次开大出水阀7，每次调节流量时，均需稳定2~3分钟，流量愈小，稳定时间愈长；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；
层流段：应在水压计
（夏季）[
（冬季）]量程范围内，测记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
值，每次增量可按
增加，直至测出最大的
值。阀的操作次序是当阀9、阀10开至最大后，逐渐关闭阀10，直至
显示最大值。
5、 结束实验前，应全开阀10，关闭阀7，检查水压计与电测仪是否指示为零，若均为零，则关闭阀9，切断电源。否则，表明压力计已进气，需重做实验。
6、 实验结束后，关闭水泵及电测仪开关，拔下电源插头，打开流量阀，放空水箱，将配套实验工具归放原位，擦干实验台和附近地面上的水迹。
五、实验成果及要求：
1、 记录参数 圆管直径d= cm，量测段长度L= cm
2、 记录及计算（见表1）
3、 绘图分析* 绘制
曲线，并确定指数关系值m的大小。在厘米纸上以
为横坐标，以
为纵坐标，点绘所测的
关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率
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<m<2.0）进行比较，确定流区。
六、实验分析与讨论:
1、 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？实验管道安装成向下倾斜，是否影响实验成果？
2、 据实测m值判别本实验的流区。
3、 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？
4、 管道的当量粗糙度如何量得？
☆ 5、本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。
表1
次序 |
重量 |
时间 |
流量 |
流速 |
水温 |
粘度 |
雷诺数 |
压差 |
沿程损失 |
系数 |
流区 |
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1 |
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2 |
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3 |
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4 |
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6 |
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7 |
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8 |
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9 |
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