沿程水头损失实验
实验人 XXX 合作者 XXX XX 年XX 月XX 日
一、实验目的
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lgh f ～-lg v 曲线； 2．掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用压差计的方法；
3．将测得的R e -λ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、实验设备
本装置有下水箱、自循环水泵、[供水阀、稳压筒、实验管道、流量调节阀]三组，计量水箱、回水管、压差计等组成。实验时接通电源水泵启动，全开供水阀，逐次开大流量调节阀，每次调节流量时，均需稳定2-3分钟，流量越小，稳定时间越长；测流量时间不小于8-10秒；测流量的同时，需测记压差计、温度计[自备，应挂在水箱中]读数。三根实验管道管径不同，应分别作实验。
三、实验原理
由达西公式g v d L h r 22
⋅⋅=λ 得2
22422⎪⎭
⎫
⎝⎛==d Q L gdh Lv gdh f f πλ=K ×h f ／Q 2 另有能量方程对水平等直径圆管可得γ
2
1P P h f -=
对于多管式水银压差有下列关系
h f =（P 1－P 2）／γw =（γm ／γw －1）(h 2－h 1+h 4－h 3)=12.6△h m Δh m = h 2－h 1+h 4－h 3 h f —mmH 2O
四、实验结果与分析
实验中，我们测量了三根管的沿程阻力系数，三根管的直径分别为10mm ，14mm ，20mm 。对每根管进行测量时，我们通过改变水的流速，在相距80cm 的两点处分别测量对应的压强。
得到表1至表3中的实验结果。 相关数据说明：
水温29.4℃，对应的动力学粘度系数为2
0.01/cm s ν= 流量通过水从管中流入盛水箱的体积和时间确定。水箱底面积为2
202 0S cm =⨯，记录水箱液面升高12h cm =（从5cm 到17cm 或者从6cm 到18cm ）的时间t ，从而计算出流量
34800
(/)()
Sh Q cm s t t s =
=； 若管道直径为D ，则水流速度为2
4Q
v D
π=
； 对三根管进行测量时，测量的两点之间距离均为80L cm =； 雷诺数Re vD
ν
=
；计算沿程阻力系数：层流164Re
λ=
；紊流0.25
20.316R e λ-= 测量沿程阻力系数：2/f Kh Q λ=，其中25K /8gD L π=，29.8/g m s =
第一根管
表-1（52
1110,15.113/D mm K cm s ==）
第二根管
表-2（52
2214,81.280/D mm K cm s ==）
第三根管
表-3（52
3320,483.610/D mm K cm s ==）
通过对三根管的相关计算，我们发现实验测出的沿程阻力系数远远比层流情况下的计算值大，将近大一个数量级。实际上，我们实验中的雷诺数在10000-26000，超出层流范围，且在可认为是在接近紊流或刚达到紊流条件，与紊流情况下算出的层流阻力系数比较相近，但仍略小，所以我们可以认为实验中我们的水流其实是快接近紊流的。
另外，尽管读数时液面有一定的抖动，但是对于每一根管算出的沿程阻力系数都比较相
近，因此可认为本实验中读数误差对实验结果没有多大影响。
对三根管的实验结果作lg lg f h v 曲线，结果图-1至图-3所示。
图- 1
图- 2
图- 3
每根管的lg lg f h v 图像，都有较好的线性关系。管1中，斜率为 1.65，可以认为是紊
流过渡区；管2中斜率为1.93，接近粗管紊流区的斜率值；管3中，斜率为1.60，可以认为是紊流过渡区。
