实验三 管路局部阻力系数测定实验
一、实验目的要求：
1.掌握三点法，四点法测量局部阻力系数的技能。

2.通过对圆管突扩局部阻力系数的表达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径。

3.加深对局部阻力损失机理的理解。

二、实验成果及要求
1.记录计算有关常数。

实验装置台号No
d 1=D 1= 1.4 cm ， d 2=d 3= d 4= D 2=1.9 cm ， d 5=d 6=D 3= 1.4 cm ， l 1—2=12cm ， l 2—3=24cm ，
l 3—4=12cm ， l 4—B =6cm ， l B —5=6cm ， l 5—6=6cm ，
2
2
1)
1(A A e -
='ξ= 0.21 ，)
3
1(5.05A A s -
='ξ= 0.23 。

2．整理记录、计算表。

表1 记录表
表2 计算表
3．将实测ζ值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。

三、实验分析与讨论
1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系：
1）不同R e 的突扩ξe 是否相同？
2）在管径比变化相同的条件下，其突扩ξe 是否一定大于突缩ξs ？ 答：由式
g
v
h j 22
ζ
=
及
()21d d f =ζ
表明影响局部阻力损失的因素是v 和21d d 。

由于有
突扩：2
211⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛-=A A e
ζ
突缩：⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛-=2115.0A A s ζ 则有
()
()
2
12
212115.0115.0A A A A A A K e
s
-=
-
-=
=
ζζ
当 5.021〈A A
或
707.021〈d d
时，突然扩大的水头损失比相应的突然收缩的要大。

在本实验最大流量Q 下，突然扩大损失较突然缩小损失约大一倍，即817.160.3/54.6==js je h h 。

21d d 接近于1时，突然扩大的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，
因而阻力损失显著减小。

2．结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与
突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？ 答：流动演示仪1-7型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十多种内、外流的流动图谱。

据此对于局部阻力损失的机理分析如下：
从显示的图谱可见，凡流道边界突变处，形成大小不一的漩涡区。

漩涡是产生损失的主要根源。

由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互磨擦，便消耗了部分水体的自储能量。

另外，当这部分低能流体被主流的高能流体带走时，还须克服剪切流的速度梯度，经质点间的动能交换，达到流速的重新组合，这也损耗了部分能量。

这样就造成了局部阻力损失。

从流动仪可见，突扩段的漩涡主要发生在突扩断面以后，而且与扩大系数有关，扩大系数越大，漩涡区也越大，损失也越大，所以产生突扩局部阻力损失的主要部位在突扩断面的后部。

而突缩段的漩涡在收缩断面均有。

突缩前仅在死角区有小漩涡，且强度较小，而突缩的后部产生了紊动度较大的漩涡环区。

可见产生突缩水头损失的主要部位是在突缩断面后。

从以上分析可知，为了减小局部阻力损失，在设计变断面管道几何边界形状时应流线型化或昼接近流线形，以避免漩涡的形成，或使漩涡区尽可能小。

如欲减小管道的局部阻力，就应减小管径比以降低突扩段的漩涡区域；或把突缩进口的直角改为圆角，以消除突缩断面后的漩涡环带，可使突缩局部阻力系数减小到原来的21～101。

突然收缩实验管道使
用年份长以后，实测阻力系数减小，主要原因也在这里。