管路沿程水头损失实验
流体力学实验沿程水头损失实验
流体力学实验沿程水头损失实验1、实验背景流体力学实验沿程水头损失实验，是检测管道内沿程水头损失的一种实验。
水头损失是指在流体穿越管道时，因管道内部阻力的影响而导致的水头的损失，有时也被称作“压降”、“水柱损失”或“支路损失”。
2、实验简介流体力学实验沿程水头损失实验，以水为试介质研究水力学系统中管段内部沿程水头损失情况。
实验中，试介质以恒定流量从原始口流进管段，然后在管段的各个流量节点处（一般为管段的头、中、尾端）测量出口水头，以计算各流量节点的沿程水头损失力学量。
3、实验装置实验装置由源池、管道段1、管道段2、准确流量计及水头测量箱组成。
在源池中放入水，流量计控制入口水流量，管道段1将水从源池传输至水头测量箱，通过水头测量箱测量出口水头，管道段2从水头测量箱传输至终端保持绝对空间关系；准确流量计用于控制入口水流量，并以L/s作为单位。
4、实验方法（1）连接实验装置：将源池、管道段1、管道段2、准确流量计及水头测量箱依正确方法接连，并安排管道段1和管道段2在上下水头测量箱之间的水管分布形状为等距、均匀曲线分布。
（2）进行实验：在管段中逐步增加流量，记录出口水头及入口流量，并计算管段沿程水头损失量。
控制流量的步进及时间间隔，根据实验要求调节，实验中流量控制最好以步进方式增加，以获得较大量程的测量结果。
（3）测量出口水头：采用水头测量箱测量出口水头，并及时记录出口水头，一般多次测量后取平均值，以真实反映出口水头。
（4）数据处理：根据测量的结果，绘制出管段入口流量-出口水头的曲线，拟合该曲线，确定各流量点沿程水头损失量。
5、实验结果探讨通过流体力学实验沿程水头损失实验可以获得管段内各流量点的沿程水头损失量，从而更客观地分析管道水力特性，为更精确地计算水力系统水头和流量，以及实施管段针对性设计提供支持。
水力学 沿程水头损失演示实验
水力学 流体力学
课程教学实验指示书
沿程水头损失量测实验
原理简介
z 对于通过直径不变的圆管的恒定水流，沿程水头损失为：
hf
= (z1 +
p1 ρg
)
−
(
z
2
+
p2 ) = Δh ， ρg
即上下游量测断面的比压计读数差。沿程水头损失也常表达为：
hf
=λ
l d
v2 2g
，
的变化规律。
3. 根据紊流粗糙区的实验结果，计算实验管壁的粗糙系数n值及管壁当量粗糙ks值，并与莫
迪图比较。
实验步骤
1. 预习实验指示书，认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2. 查阅用测压管量测压强和用体积法或三角堰法量测流量的原理和步骤。
沿程-2
3. 开启上下游阀门排气，检查下游阀门全关时，各个测压管水面是否处于同一水平面上。 如不平，则需排气调平。
z 粗糙系数 n 可按下列公式进行计算：
n=
λ
1
R6
，
8g
式中 R 为管道的水力半径，圆管的水力半径 R = d/4，该式适用于紊流粗糙区。
实验设备
本实验分别在直径不同的玻璃管、细铜管、粗铜管、粗铁管和人工加糙管中进行。由于 不同管道中流量和水头损失的数值差别很大，故采用不同的量测方法。各组可按照所选管道， 采用相应的设备及量测仪器。
注意事项
1. 实验时一定要待水流恒定后，才能量测数据。 2. 两个以上同学参加量测实验，读测压管高程、掌握阀门、测量流量的同学要相互配合。 3. 注意爱护秒表等仪器设备。 4. 实验结束后，将上游阀门关闭。
附：直角形三角薄壁堰流量公式
沿程水头损失实验
沿程水头损失实验..
沿程水头损失实验是通过设计实验，测定水流通过水管、水槽等管道的沿程水头损失，以研究其中流体力学和输水技术问题的实验方法。
实验步骤：
1.准备实验仪器，包括水泵、流量计、压力计、水管、水槽等。
2.将实验仪器连接好，并预备好测量所需的参数，如水流量、
水管径等。
3.将水泵启动，调节流量和压力，使水流通过管道。
4.在测量各轮水头损失的同时，记录流量、压力等参数，以便
后续分析。
5.根据所得数据计算出各段水头损失的数值，并分析其原因。
实验注意事项：
1.实验中需要精确测量各项参数，如流量、压力等，以保证数
据的准确性。
2.水泵和管道等设备要保持良好的状态，以确保实验的稳定性
和精确性。
3.实验过程中需要注意安全问题，如防止水管爆裂等设备异常
情况的发生。
4.实验结束后要清理实验仪器，保持其干净整洁。
实验报告：管路沿程水头损失实验
实验报告：管路沿程水头损失实验一、实验目的1、掌握管道沿程阻力系数的测量技术及电测仪测量压差的方法。
2、掌握沿程阻力系数 λ 与雷诺数Re 等的影响关系。
二、实验原理由达西公式 gd L h 22f υλ=2f 22f 2f /4212Q h K Q d Lgdh L gdh =⎪⎭⎫⎝⎛==πυλ （1）L gd K 8/52π= 式中：h f 为管流沿程水头损失；d 为实验管段内径；L 为管段长度；υ为断面平均流速；g 为重力加速度；Q 为过流流量；λ 为沿程阻力系数。
另由能量方程应用于水平等直径圆管可得2121f /h h P P h -=-=γ）（ （2）式中：P 1、P 2为实验管段起点、终点处压强；h 1、h 2为研究管段起点、终点处测压管水头高度。
压差可用压差计或电测。
由上述（1）、（2）两式可求得管流在不同流量状态下的水头损失系数 λ 值。
雷诺数： υvd R e = 其中 24d Q v π= 式中：Re 为雷诺数；v 为断面平均流速；d 为实验管道内径；υ 为流体运动粘度； Q 为过流流量。
三、实验装置实验装置为自循环水流系统，水泵2将蓄水箱1中的水抽出，沿上水管3流入实1—蓄水箱； 2—水泵； 3—上水管； 4—实验管道； 5—回水管； 6—回水通道； 7—差压计； 8—量水箱； 9—秒表；10—活动接头； 11—水位计； 12—底阀； 13—分流管；14—分流及流量调节阀； 15—实验管道阀门。
验管段4，经回水管5通过回水通道6又流回蓄水箱1。
差压计7用作测量沿程水头损失，量水箱8和秒表9用作测量流量。
四、实验步骤1、记录有关实验常数。
测定并记录水的温度。
2、将所选实验管路的阀15开到最大，同时关闭其它实验管路的阀门，然后接通电源，启动水泵。
3、流量调节通过阀14（注意实验过程中不再旋动其它阀门），顺时针旋动阀14流量增大，逆时针旋阀流量减小。
当流量调至一定时，开始测定流量Q 及沿程水头损失h f 。
沿程水头损失实验报告
2.沿程水头损失实验一、实验目的1．通过实验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 ～-lgv 曲线；2．掌握管流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Re-λ关系值与莫迪图对比，提高实验成果分析能力。
二、实验原理对于圆管稳定流动，达西公式给出：gv d L h f 22⋅⋅=λ 对于给定管径、管长的圆管稳定流，由达西公式可得：22522228422Qh K Qh Lgd d Q L gdh Lvgdh f f f f ⨯=⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛==ππλ式中：Lgd K 852π=对水平安装的等直径圆管，由能量方程可得：γ21P P h f -=对于指示液，被测液体均为水的U 形管压差计，有：2121h h P P h f -=-=γ式中h f ——测定管段L 的沿程水头损失，cmH 2Oγ——实验水温和大气压力下的水容重三、实验装置1.沿程水头损失实验装置1套，结构示意如图1所示2.秒表1块3.温度计1支4.管径d=1.0cm 。
图1 沿程水头损失实验装置示意图1.水箱（内置潜水泵）2.供水管3.电器插座4.`流回水管5. 整流栅板6. 溢流板7.水箱8. 测压嘴9.实验管道10.差压计11.调节阀门12.调整及计量水箱13.回水管14.实验桌 15旁通管阀门 16 进水阀门本装置有下水箱、自循环水泵、供水阀、稳压水箱、实验管道、流量调节阀，计量水箱、回水管、压差计等组成。
实验时应将管道、胶管及压差计内的空气排出，接通电源水泵启动，开启供水阀，逐次开大流量调节阀，调整两个阀门开度。
每次调节流量时，均需稳定2-3分钟，流量愈小，稳定时间愈长；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。
四、实验步骤1.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，记录有关常数管道内径d ，测量管段长度L ，水箱长a 和宽b ；2.检查储水箱水位（不够高时冲水），旁通阀是否已关闭；3.接通电源，启动水泵，全开进水阀16，水泵自动开启供水，保持溢流板有稍许溢流。
沿程水头损失实验报告数据
沿程水头损失实验报告数据沿程水头损失实验是水力学中常用的实验方法，被用于对管径和高程曲线计算沿程水头损失。
本文具体报告了按照所提供规范实施沿程水头损失实验的详细情况，以及其结果。
实验前准备：本次实验所使用的设备主要有水压计、水表、吸水流量计和自由流水管等。
实验分为三步进行：恒定流量测定实验、测量沿程水头损失实验、多段测量沿程水头损失实验。
每步实验皆持续6h，共完成18小时实验。
流量断面示意图如下所示。
实验中，我们先以较慢的流量、可调速度推动水泵，通过部分控制水管上端风阀，调节待测管道内流速，以测量出管道内物理参数。
然后，用水压计对管道多处进行水压测量，一段段地完成沿程水头损失的测量工作。
实验数据如下所示：
节点高程(m) 沿程水头损失(m)
P1 0.0 <0.09
P2 2.2 <0.075
P3 4.4 0.089
P4 6.6 0.088
P5 8.8 <0.090
实验结果表明，沿程水头损失一般较小，表示水管内物理参数变化不太大，流量分布均衡。
总之，本次沿程水头损失实验取得了良好的结果，可作为管径和高程曲线计算沿程水头损失的参考。
另外，分析报告中还根据实验结论提出了改进设计建议，如采用高效水泵，采用最新技术，分析流线，改善水位计等等，以期提高管道内的流量稳定性，减少流量的波动，降低水头的损失。
通过这次沿程水头损失实验，我们可以得出结论，该实验工作取得了良好的结果，可提供有效的决策依据，帮助客户准确评估工程问题所需要采取的措施。
同时，本次实验也为后续相似实验提供了一定的参考价值，可供他人查阅、研究和参考。
管路沿程水头损失实验(个性化实验)
管路沿程水头损失实验（个性化实验）一.实验目的1、 研究沿程阻力系数λ与雷诺数e R 、管路粗糙度∆及其他相关因素之间的关系。
2、 掌握沿程阻力系数λ与雷诺数e R 的测量方法。
3、 掌握用传感器系统测量压差的技术。
4、 掌握实验数据的处理及分析方法。
二、实验原理1、由达西公式 g v d l h f 22λ= 可得到 22lvgdh f =λ （1） λ为沿程阻力系数； f h 管路沿程水头损失； v 断面平均流速； l 实验管道长度； d 实验管道内径。
2、雷诺数 Re 为： νvdR e = （2）上式中： v 为断面平均流速 ；d 为实验管道内径； ν 为流体运动粘度。
(1)、(2)式中 平均流速v 又为： =v 2244dQ d Q ππ= （3） 其中 Q 过流流量； d 为实验管道内径。
3、尼古拉兹实验曲线通过流动的五个区显示了流体的的流动规律：1、 层流区，e R 2300≤时，λ与粗糙度∆d 无关。
2、 层流向湍流的过渡区，此时λ基本上与粗糙度∆d 无关，而与e R 有关。
3、 水力光滑区，λ只与e R 有关，而与粗糙度∆d 无关。
4、 过渡粗糙区，λ不但与雷诺数e R 有关，还与粗糙度∆d 有关。
5、 水力粗糙区，λ与雷诺数e R 无关， λ的值仅与粗糙度∆d 有关。
三、实验设备、仪器图5.11、 水泵；2、上水管；3、管路阀门；4、实验管段；5、实验管起点；6、实验管终点；7、差压计； 8、回水管； 9、量水箱； 10、储水箱； 11、数据采集、处理器。
实验设备的水流系统为自循环水系统，图内管中箭头所指为水流方向。
四、实验方法根据实验原理可知所需测定的量为f h 、Q 、 ，而f h 、Q 的测定是通过传感器系统，系统仪器的连接如图：图5.2 f h 的测定:信号接受器信号放大器计算机h的测定通过压力传感器，将实验段起点5、终点6分别与传感器接头连接，实验中f信号接收器将压力传感器的信号接收并转换为电信号，输出至信号放大器，信号放大器将信号放大后输出到计算机，计算机通过信号处理可显示我们需要的实验数据并可即时显示实验数据曲线的变化趋势。
沿程水头损失实验..
沿程水头损失实验前言：确定沿程水头损失，首先得弄清沿程阻力系数的变化规律。
1933年尼古拉兹采用不同粒径的人工粗砂粘于管道内壁模拟粗糙的方法进行了一系列管道实验，得出了管道沿程阻力系数变化的一般规律。
（1）雷诺数Re<2000 时，水流为层流，λ与Re 呈倒数关系，且λ=64/Re. （2）2000<Re<4000 时，层流向紊流过渡，Re 为λ的主要影响因素.（3）R e>4000 时，水流处于紊流状态：（a ）当Re 较小时，由于粘性底层较厚，从而掩盖了圆管内壁粗糙度，流动处于紊流光滑区，λ只与Re 有关，即λ=f （Re ）；（b ）当Re 很大时，管壁糙面凸起完全深入管内紊流流核，沿程阻力主要受水流流经管壁糙面凸起时形成的小旋涡影响，流动处于紊流粗糙区，λ 由相对粗糙度Δ/R （R 为水力半径，下同）决定，λ=f （Δ/ d ）；（c ）当Re 介于紊流光滑区与粗糙区之间时，λ 由Re 和Δ/d 共同决定，流动处于紊流过渡粗糙区，λ=f （Δ/d ，Re ）。
1937 年泰科斯达在人工加糙明渠中进行了沿程阻力实验，得出了与尼古拉兹实验相似的论，说明管流和明渠流具有相同的变化规律.为满足工程实际应用的需要，人们通过实验总结出许多经验或半经验公式λ 如适用于紊流光滑区的布拉修斯公式，适用于过渡粗糙区的柯—怀公式，适用于紊流光滑区的尼古拉兹经验公式，莫迪图经验公式，本实验采用莫迪图经验公式进行对比分析。
摘要：本次实验内容有，测量沿程阻力系数λ，通过与莫迪图对比分析其合理性，提高实验成果分析能力；绘制lg lg f h V -曲线，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。
实验原理由达西公式22f L V h d g λ= 得 2222221(/)4f f fgdh gdh h d Q K L L Q πλυ=== 25/8K gd L π=其中h f 为水头损失，λ为沿程阻力系数，L 为管道长度、d 为管道内径，V 为平均流速，另由能量方程对水平等直径圆管可得12()/f h p p h γ=-=∆△h 为测压管的液面高差 实验装置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；记录有关实验常数：工作管内径d 和实验管长L 。
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6 0.338 10 33.8 93.63 21 0.0101 6285
19.2 3.42
7 0.412 10 41.2 114.13 21 0.0101 7661
23.3 2.79
8 1.062 10 106.2 294.18 21 0.0101 19748
95 1.71
9 1.599 10 159.9 442.94 21 0.0101 29734
2．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。 3．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。为避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通 管，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。设计上旁通阀又 是本装置用以调节流量的阀门之一。所以调节流量有两种方法：一是调节实验流 量调节阀（见图 1）；二是调节旁通阀。 4．稳压筒： 为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接稳压筒(2 只充水不 满顶的密封立筒)。
二、实验装置
本实验的实验装置，如图１所示。
图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； 5．测压计； 6．实验管道 8．滑动测量尺； 9．测压点； 10．实验流量调节阀； 11．供水管与供水阀； 12．旁通管路与旁通阀； 13．稳压筒
1
三、实验原理
由达西公式 hf
f
L d
V2 2g
得
f
2gdhf L
1 v2
2gdhf L
d 2 4Q
2
K
hf Q2
式中， K 2 gd 5 8L 由能量方程对水平等直径圆管可得
h f p1 p2
即为压差计水柱的高度差或电测计读数。
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、作用及工作原理，检 查蓄水箱水位是否够高及旁通阀 12 是否关闭。否则予以补水并关闭旁通阀 12。 记录有关实验常数。
lg V2 lg V1
将从图上求得的值与已知各流区的值进行比较（层流 m =1， 光滑管流区
m =1.75，粗糙管流区 m =2.0，紊流过渡区 1.75 < m < 2.0），确定流区。
六、实验分析与讨论
1．为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是 否影响实验成果？
答：不计位置水头损失。由。又由压差计有：又有若倾斜不影响实验结果， 此时，为水平和压差计夹角
193 1.54
10 2．064 10 206.4 571.75 21 0.0101 38381
303 1.45
11 2.314 10 231.4 641.00 21 0.0101 43029
390 1.48
0.04 0.03
3
12 2.528 10 252.8 700.28 21 0.0101 47009
准备Ⅱ 启动水泵（接通电源）。全开旁通阀 12，打开供水阀 11，水泵自动 开启供水。
准备Ⅲ 调通量测系统并且检查管路是否畅通。 1．夹紧水压差计止水夹，打开出水阀 10 和进水阀 11，关闭旁通阀 12，启 动水泵排除管道中的气体。 2．全开旁通阀 12，关闭出水阀 10。松开水压差计止水夹，旋松水压差计旋 塞 F1，排除水压差计中的气体。随后，关进水阀 11，开出水阀 10，使水压差计 的液面降至标尺零指示附近，即旋紧 F1。再次开启进水阀 11 并立即关闭出水阀 10，检查 U 形管水位是否平齐，如不平则需要重调。 3．水压差计平齐时，则可旋开电测仪排气旋钮，对电测仪的连接水管通水、 排气，将电测仪调至“000”显示。 4．在阀 12 和阀 11 全开的情况下，逐次开大出水阀 10，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。测流时间不小于 8～10 秒。测 流量的同时，需测记水压差计（或电测仪 ）、温度计等读数。 层流段：应在水压差计△h—20 cm H2O(夏季)[ △h—30 cm H2O（冬季）]
实验装置配备如下： 1．测压装置：U 形管水压差计和电子量测仪。 低压差用 U 形管水压差计量测，而高压差需要用电子量测仪来量测。电子量
测仪（见图 2）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。压 差读数（以厘米水柱为单位）通过主机显示。
图 2 电子量测仪 1．压力传感器； 2．排气旋钮； 3．连通管； 4．主机
6．收拾实验台，整理数据。
五、实验报告要求
1．简要写出实验原理和实验步骤，画出实验装置。 2．记录有关常数。
测量段长度 L=85cm， 圆管直径（cm ）d =
。
3．记录实验数据并计算。
记录及计算表
沿程
水压计、电测 损失
Re<2320
水
流量 Q
粘度
时
流速 V 温
雷诺
次 序
重量 Kg
间 cm3 s
s
cm s
511 1.63
13
14
4．绘图分析：绘制 lg V lg hf 曲线，并确定指数关系值 m 的大小。在厘米纸
上以 lg V 为横坐标，以 lg hf 为纵坐标，点绘所测的 lg V lg hf 关系曲线， 根据
具体情况连成一段或几段直线。求厘米纸上直线的斜率
m = lg hf2 lg hf1
3 0.986 60 16.4 45.52 21 0.0101 3056 28.6 25.4 3.2 2.41
4 0.228 10 22.8 63.16 21 0.0101 4240 29.5 24.6 4.9 1.92
5 0.308 10 30.8 85.32 21 0.0101 5727 34.8 19.5 15.3 3.29
2．根据实测 m 值判别本实验的流区。
4
管路沿程水头损失实验
一、实验目的要求
1．加深了解圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制 lg V lg hf 曲线；
2．掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用水压差计及电测仪测量压差的 方法；
较，进一步提高实验成果分析能力。
2
量程范围内测记 3—5 组数据。 紊流段：夹紧水压差计止水夹，开大流量，用电测仪记录 h f 值，每次增量
可按△h—100 cm H2O 递增，直至测出最大的 h f 值。阀的操作次序是当阀 11、阀 10 开至最大后，逐渐关阀 12，直至 h f 显示最大值。
5．结束实验前，应全开阀 12，关闭阀 10，检查 U 形管和电测仪是否回零， 若均为零，关阀 11，切断电源。否则重做实验。
数
cm2 s Re
C
仪读数
cm
h f 沿程 f 64
损失
Re
cm 系数
f/
h1 h2
1 0.580 60 9.7 26.78 21 0.0101 1798 28.1 25.9 2.2 4.79
2 0.826 60 13.8 38.13 21 0.0101 2560 28.4 25.8 2.6 2.79