实验四 并联管路特性及流量分配实验实验类型: 综合性实验 学 时：2适用对象：热能与动力工程专业、建筑环境与设备工程专业一、实验目的1、了解并联管路特性及并联管路中阀门开度变化时的流量分配情况；2、掌握并联管路特性曲线（h w -q V 或p w -q V ）的绘制方法，明确各支路存在流量偏差的原因。
二、实验要求1、在并联管路中，当各支路流量控制球阀处于全开时，绘制各支路的管路特性曲线和并联管路特性曲线；计算采用不同方法测量总流量的相对误差，分析各支路存在流量偏差的原因。
2、将任意三条支路上的流量控制球阀完全关闭，绘制其余两支路流量控制球阀处于两种不同开度时各支路的管路特性曲线和两支路并联管路特性曲线，分析管路特性曲线在流量控制球阀处于不同阀门开度时的变化趋势及其原因；3、比较不同支路的阻力特性曲线，并分析存在差别的原因。
三、实验原理1、并联管路特点（1）并联管路的流动损失特性：并联管路中各支路的流动损失相等，即h w = h w i （m ） （41）（2）并联管路的流量特性：并联管路的总流量等于各支路的流量之和，即1NV V i i q q ==∑ （m 3/s ） （42）而对于每一支路，其能量损失可按串联管路计算，故22w 11()2NMj i i jk i Vij k jl h k q d gυλζ===+=∑∑ (m) （43a ） 或者以压强损失表示为，'2w i wi i Vi p gh k q ρ∆== (Pa) （43b ）以上公式即为并联管路的水力计算式，利用这些公式，即可解决并联管路中流量分配，水头计算以及管径选择等问题。
2、参数测量在本实验中，并联管路的总流量V q 采用三角堰流量计测量，按下式计算521.4tg2V q H θ=∆ （m 3/s ） （44）式中 q V ——并联管路的总流量，m 3/s ；H ——三角堰堰顶淹深，m ；——三角堰堰顶夹角，本实验设备中，=90。
并联管路中的各支路流量Vi q 由涡轮流量计测定，各支路的流动损失由差压表测定。
3、并联管路特性曲线的绘制由式（43a ）和式（43b ）可知，流动损失与体积流量的平方成正比，即管路流动损失曲线为一条过原点的抛物线。
根据所测不同流量下的压差损失，可绘制出p w －q V 曲线，如图41所示的曲线Ⅰ或曲线Ⅱ。
根据并联管路的流动损失和流量特性式（41）和式（42），在各支路流动损失相等的条件下，将各支路的对应流量相加，可得并联管路的特性曲线，如图41所示。
图中曲线和分别为支路1和支路2的流动损失特性曲线，曲线III 为曲线和并联后的管路特性曲线。
四、实验所需仪器、设备、材料（试剂）该实验系统包括实验用水循环系统（图42）、并联管路特性及流量分配综合实验系统（图43）和三角堰流量测量系统（图44）等组成。
此外，实验所配仪器有涡轮流量计（LWGY-25）和差压表（1201PG 0~40kPa ）。
实验用水循环系统如图42所示，在实验室地下有一个容积为150m 3的地下水库，由水源泵组5将水库中的水经上水管2打入五楼恒位水箱1保持恒定水位。
恒位水箱中的水，一部分经供水管3供实验系统使用，经过实验管道4和三角堰流量测量系统6后流回到地下水库；另一部分则通过溢流管7进入地下水库，形成一个水循环系统。
并联管路特性及流量分配综合实验系统如图43所示。
从高位恒位水箱经供水管引入并联管路系统，经五组并联的实验管道，由排出管排入三角堰。
每一实验支路上均装有涡轮流量计3、流量控制球阀4和差压表2。
涡轮流量计用于测量分支管路流量，通过改变流量控制球阀开度的大小来调节分支管路的流动损失和流量。
并联管路流量控制总阀1用于调节进入并联管路系统的总流量，系统总流量采用三角堰流量计进行测量。
三角堰流量测量系统如图44所示，该三角堰为直角堰，即2θ=45。
三角堰流量测量水箱外侧装有连通玻璃管和标尺，连通玻璃管的水位指示三角堰中的水位，水位高度变化可从标尺上读出，即H ＝H －H 0，称为堰顶的淹深。
其中H 为某一测量工况下的连通玻璃管∆p wq VIIIIIIq V 1＋q V 2q V 2qq V 1q V 1q图4-1 并联管路特性曲线绘制示意图标尺读数，单位为mm ；H 0为堰顶水位起始值（如图44所示），对于1＃实验台H 0＝153 mm ，2＃实验台H 0=156mm ，3＃实验台H 0=150 mm 。
按式521.4tg 2V q H θ=∆（m 3/s ），即可求出体积流量V q1q V 去三角堰恒位水箱来流 q V 324图4-3 并联管路特性及流量分配综合实验系统1650012 237地下水库±0.005 64图4-2 实验用水循环系统图1—恒位水箱；2—上水管；3—供水管；4—实验管路；5—水源泵组；6—三角堰流量测量水箱；7—溢流管。
实验中的管路系统基本参数如下：联箱管路径为Φ50mm ；实验管路采用GBT3091-2001 25（1）镀锌碳钢管，壁厚=4mm 。
五、实验预习要求、实验条件、方法及步骤本实验的先修实验课为《管道沿程损失实验》，即本实验要求学生在熟悉和掌握以下几点的基础上进行。
① 工业管道沿程损失系数的测定方法；② 各种测量仪表、设备测取有关数据的操作方法； ③ 管路特性曲线的绘制方法； ④ 并联管路特性曲线的绘制方法。
实验按以下步骤进行① 实验小组可由3~5人组成，设实验组长1名，做好分工，明确调节指令及信息反馈方式；② 将各支路流量控制球阀4调整到全开状态，通过调节总管路上的流量控制阀1改变各支路流量（6次），将各支路的流量、流动损失和三水堰水位等实验数据记录在表41中。
计算三角堰所测流量与各支管流量和间的偏差值，在图45、46中绘制各支路的管路特性曲线和并联管路特性曲线；③关闭任意三支路上的流量控制球阀，使其余两支路流量控制球阀处于两种不同开度（如1/2开度和3/4开度），通过调节总管路上的流量控制阀改变各支路流量（6次），将各支路的流量、流动损失和三角堰水位等实验数据记录在表42、表43中。
在图47中绘制某一支路流量控制球阀处于全开、1/2开度和3/4开度时管路特性曲线，并分析该曲线的变化规律，在图48中绘制两支路并联后的管路特性曲线。
六、思考题1、分析在相同流量下，支路并联后流动损失降低的原因。
连通玻璃管安装位置3~4△H max△H侧视图主视图H 0Hθ连通玻璃管及标尺三角堰堰顶图4-4 三角堰流量计示意图2、分析涡轮流量计所测并联管路总流量和三角堰所测流量存在偏差的原因。
附：《并联管路特性及流量分配实验》结果与数据处理用表表4 1 支路1＃～5＃控制阀门全开，调节总阀开度改变流量实验台编号：＃次数1＃支路2＃支路3＃支路4＃支路5＃支路三角堰水位堰顶淹深三角堰流量总流量相对误差p w1(kPa)q V1(m3/h)p w2(kPa)q V2(m3/h)p w3(kPa)q V3(m3/h)p w4(kPa)q V4(m3/h)p w5(kPa)q V5(m3/h)H(mm)H=H H0(m)'Vq(m3/s)q V=q Vi(m3/s)%1 32 4.87 36 5.05 38 6.23 45 4.69 49 3.87 268.5 0.11850.00680.00690.94%2 22 4.05 26 4.23 27 5.20 32 3.87 36 3.21 259.0 0.10900.00550.0057 4.00%3 13 3.12 16 3.28 14 4.00 20 2.98 22 2.47 248.5 0.09850.00430.0044 3.28%4 10 2.54 11 2.66 11 3.29 13 2.42 17 2.03 241.3 0.09130.00350.0036 1.94%5 5 1.94 7 1.96 6 2.51 10 1.82 12 1.56 232.7 0.08270.00280.0027 1.24%6 3 1.20 5 1.11 2 1.63 5 1.17 7 1.01 218.8 0.06880.00170.0017 2.20%1）三角堰初始水位H0= 150 mm； 2）相对误差'100V VVq qdq-=⨯％表4 2 任选＃支路与＃支路，将阀门开度调至半开状态，调节总阀开度改变各支路的流量实验台编号＃次数＃支路＃支路三角堰水位堰顶淹深三角堰流量总流量相对误差p w1(kPa)q V1(m3/h)p w2(kPa)q V2(m3/h)H(mm)H=H H0(m)'Vq(m3/s)q V=q Vi(m3/s)%1 42 3.71 48 3.33 223.8 0.07380.00210.0020 5.59%2 30 2.97 33 2.64 216.4 0.06640.00160.0016 2.03%3 22 2.47 24 2.16 215.1 0.06510.00150.001315.04%4 15 2.14 18 1.83 206.8 0.05680.00110.0011 2.44%5 11 1.74 13 1.43 203.7 0.05370.00090.0009 5.88%6 8 1.39 10 1.06 197.3 0.04730.00070.00070.10% 26. . .表4 3 任选＃支路与＃支路，将阀门开度调至3/4开度位置，调节总阀开度改变各支路的流量实验台编号＃次数＃支路＃支路三角堰水位堰顶淹深三角堰流量总流量相对误差p w1(kPa)q V1(m3/h)p w2(kPa)q V2(m3/h)H(mm)H=H H0(m)'Vq(m3/s)q V=q Vi(m3/s)%1 40 4.38 49 4.68 228.7 0.07870.00240.0025 3.46%2 29 3.51 32 3.77 224.1 0.07410.00210.0020 3.36%3 17 2.62 20 2.83 217.5 0.06750.00170.00158.65%4 11 2.01 12 2.12 210.9 0.06090.00130.001110.47%5 6 1.46 8 1.46 204.8 0.05480.00100.000817.59%6 3 0.90 5 0.69 197.3 0.04730.00070.000435.16% 27. . .管路特性曲线的绘制q V图4-5 各支路流量控制球阀处于全开时的管路特性曲线∆p wq V ∆p wV ∆p w图4-7 支路流量控制球阀分别处于全开、1/2开度和3/4开度时的管路特性曲线∆p w。