局部阻力损失实验
一、实验目的要求
１．掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；
２．通过对园管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，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、实验原理
写局部阻力前后两断面的能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得：
⒈突然扩大
采用三点法计算，下式中由按流长比例换算得出。

实测
理论
⒉突然缩小
采用四点法计算，下式中B点为突缩点，由换算得出，由换算得出。

实测
经验
三、实验方法与步骤
１．测记实验有关常数。

２．打开电子调速器开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。

待水箱溢流后，检查泄水阀全关时，各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。

３．打开泄水阀至最大开度，待流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法或用电测法测记流量。

４．改变泄水阀开度３～４次，分别测记测压管读数及流量。

５．实验完成后关闭泄水阀，检查测压管液面是否齐平？否则，需重做。

四、实验分析与讨论局部水头损失实验分析与讨论
问题一：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。

参考答案:
由式
及
表明影响局部阻力损失的因素是v和。

由于有
突扩：
突缩：
则有
当或时，突然扩大的水头损失比相应突然收缩的要大。

本实验= 2，在最大流量Q下，= 6. 6/3.58 = 1. 85，突扩损失较突缩损失约大一倍。

接近于1时，突扩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。

问题二：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？
参考答案:
流动演示仪I—VII型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十余种内、外流的流动图谱。

据此对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，相互摩擦，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前后均有。

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尽量接近流线形，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园角，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1/2～1/10。

突然收缩实验管道，使用年份长后，实测阻力系数减小，主要原因也在这里。

问题三：现备有一段长度及联接方式与调节阀（图8. 1）相同，内径与实验管道相同的直管段，如何用两点法测量阀门的局部阻力系数？
参考答案:
两点法是测量局部阻力系数的简便有效办法。

它只需在被测流段（如阀门）前后的直管段长度大于（20～40）d的断面处，各布置一个测压点便可。

先测出整个测量段上的总水头损失，有
式中：——分别为两测点间互不干扰的各个局部阻力段的阻力损失；
——被测段的局部阻力损失；
——两测点间的沿程水头损失。

然后，把被测段（如阀门）换上一段长度及联接方法与被测段相同，内径与管道相同的直管段，再测出相同流量下的总水头损失，同样有
所以
问题四：实验测得突缩管在不同管径比时的局部阻力系数（）如下：序号 1 2 3 4 5
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.48 0.42 0.32 0.18 0
试用最小二乘法建立局部阻力系数的经验公式。

问题五：试说明用理论分析法和经验法建立相关物理量间函数关系式的途径。

参考答案:
（1）确定经验公式类型
现用差分判别法确定。

由实验数据求得等差（令x =）相应的差分（令y = ），其一、二级差分如下表
二级差分为常数，故此经验公式类型为（1）
（2）用最小二乘法确定系数
令
是实验值与经验公式计算值的偏差。

如用表示偏差的平方和，即
（2）
为使为最小值，则必须满足
于是式（2）分别对求偏导可得
（3）列表计算如下：
总和
将上表中最后一行数据代入方程组（3），得到
（4）解得
，代入式（1）
有
于是得到突然收缩局部阻力系数的经验公式为
或（5）。