沿程水头损失实验
一、实验目的要求
1、加深了解圆管层流和紊流的沿程水头损失随平均流速变化的规律，绘制
v h f lg ~lg 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 ~e R 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7.1所示
图7.1 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； 6．实验管道； 7．水银压差计；8．滑支测量尺； 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．稳压筒。

根据压差测法不同，有两种方式测压差： 1、低压差时用水压差计量测；
2、高压差时用电子量测仪（简称电测仪）量测(但本仪器暂时不能测定高压)。

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。

4
2
1.压力传感器；
2.排气旋钮；
3.连接管；
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。

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（图7.2），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 （p 1-p 2）/ρ = Σhf =λLv 2/2d
得 λ= △p*2d/ρL v 2 △p = ρgh
则 λ= 2ghd / L v 2 （1）
另由能量方程对水平等直径圆管可得
γ/)(21p p h f -= （2） 流速计算公式 u = q / A = 4q / πd 2 雷诺数公式 Re = ρdv / μ
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 （8mm ）和实验管长L （85cm ）。

准备II 启动水泵。

本供水装置采用的是自动水泵，接通电源，全开旁通阀，打开进水阀，水泵自动开启供水。

准备III 调通量测系统。

1、夹紧水压计止水夹和关闭U 形管的排气阀，打开出水阀和进水阀（逆时针），关闭旁通阀（顺时针），启动水泵排除管道中的气体。

2、全开旁通阀、关闭出水阀，插上U 形管的排气出水管，松开U 形管水压计的止水夹，并旋松水压计的旋塞1F ，排除水压计中的气体。

随后，关进水阀，开出水阀10，拔开U 形管上的排气出水管，使水压计的液面降至标尺零附近，即旋紧水压计上的排气塞1F 。

水压计齐平即可开始做实验，否则需重调。

3、通过调节旁通阀或进水阀或出水阀来调节流量，使得U 形压差计产生压差，用直尺量出水柱（压差）的高度，并记录。

每次调节流量时，均需稳定2-3分钟，测流时间不小于15秒；同时测流量（不得小于15秒）和水箱中水的温度。

层流段：应在水压计O mmH h 220~∆（夏季）[O mmH h 230~∆（冬季）]量程范围内，测记5-8组数据。

4、结束实验前，应全开旁通阀，关闭出水阀，检查水压计是否齐平，齐平
则下一组可以直接进行测流实验，否则需先排气后方可进行。

最后一组做完实验后，检查水压计是否齐平，齐平则关闭进水阀，切断电源。

否则，表明压力计已进气，需重做实验。

五、数据处理
实验温度：t = 18℃，μ= 106.55*10-5 Pa*s，ρ= 998.5kg/m3；
(2)数据处理
作图λ~Re关系图得：
莫迪图：
作图v h f lg ~lg 曲线得：
六、实验感想 （1）实验分析：
在实验的过程中，实验仪器两端的水柱高度差越大，也就造成的压差越大，20s 内流过的水流量Q 越大，水流速度v 越大，λ越小，而雷诺数Re 增大，损失的能量h f 也就越大。

从数据分析后得出的λ~Re 关系图中可以看出，实验时由于Re ≥5000，流体进入湍流区，λ随Re 的增大而减小，当Re 增大到一定的值后，λ随Re 的变化而趋于平缓。

关系曲线图中λ~Re 关系的变化趋势与莫迪图相近，故实验结果有一定的准确性和合理性。

从v h f lg ~lg 曲线图中，我们可以清晰的发现，在实验过程中，随着水流的
平均速度的增大，能量的损失也增大，即沿程水头随着速度的增大而增大，且几乎呈线性关系。

（2）实验心得：
由于仪器的原因，这次实验操作简单，只要测出了两端的高度差，规定时间内流体的流量大小，再根据公式即可得出实验的必要数据和结果，但实验本身的目的不是为了考查学生，而是希望同学们根据课堂所学的相关知识以及实验的方案进行实验，通过亲身的动手操作来进一步了解该实验让我们对相关仪器的认知以及对课堂知识的进一步了解，因此在实验中，本次实验也是对我们今后期末考的一次基本考试复习和知识的巩固，加深了解圆管层流和紊流的沿程水头损失随平均流速变化的规律。

除了加深对知识的巩固，我个人认为，实验后对数据整理和结果分析，也会对我们有一定的能力提高。

实验结束后，如何准确，完整的处理实验数据，探讨结果，对科研人员来说，也是一个很重要的个人技能。

从这次的实验数据的处理来看，我在这方面的能力是相当不足的，没有足够的耐心独立解决这一问题。

在数据处理过程中，我发现我自己不知从何下手，如何完美解决这些数据，得出结果，效率太低，使得自己白白浪费很多时间。

因此在实验数据处理过程中，曾不止一次地想要放弃，借助别的同学的实验报告抄袭，但最终还是忍住了。

从这件事我应当反省自己，如何解决这一问题。

今后，如果每做一次实验，必须自己独立完成，独立解决。

从这件事，我也明白，不仅仅是实验数据的处理，在将来工作时，遇到的问题会更多，更复杂、麻烦。

如果现在不养成一种独立自主的习惯，埋头专研的精神，在今后的工作和研究中会受到极大的阻碍，不利于今后自己人生与事业的成功。

所以，今后我应当多多训练这方面的能力，突破这一障碍。

为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？
在管道中的，水头损失直接反应于水头压力。

测力水头两端压差就等于水头损失。

如果管道倾斜安装，不影响实验结果。

但压差计应垂直，如果在特殊情况下无法垂直，可乘以倾斜角度转化值。