中国石油大学+局部阻力

20×20中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告实验八、局部阻力实验一、实验目的：填空1．掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；2．通过对圆管突扩局部阻力系数的表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、实验装置局部阻力实验的装置如图1-8-1所示。20×204567321123456123456891011121.自循环供水器；2.试验台；3.可控硅无级调速器；4.恒压水箱；5.溢流板；6.稳水孔板；7.突然扩大实验管段；8.测压计；9.滑动测量尺；10.测压管；11.突然收缩实验管段；12.实验流量调节阀；图1-8-1局部阻力实验装置图实验管道由从小→大→小3种已知管径的管道组成，共设有6个测压点，测点①~③和③~⑥分别用于测量突扩和突缩的局部水头损20×20失系数。其中，测点①位于突扩界面处，用于测量小管出口端压强值。三、实验原理在横线上正确写出以下公式写出局部水头损失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：1．突然扩大采用三点法计算，下式中f1-2由f2-3按流长比例换算得出。实测：21eje2vhg理论：21jee2vhg2．突然缩小实验管段：采用四点法计算，下式中B点为突缩点，20×20f4Bh由f34h换算得出，f5Bh由f56h换算得出：实测：25sjs2vhg经验：25jss2vhg四、实验要求1．有关常数实验台号No.__2____实验管径：11Dd_0.86__-210m；2432Dddd_2.02__-210m；365Ddd_0.97__-210m实验管段长度：12l12-210m；23l24-210m；43l12-210m；20×20Bl46-210m；5Bl6-210m；65l6-210m；局部阻力系数：2'1e21AA_0.67__，'5s30.51AA_0.38__。2．实验数据记录计算结果如表1-8-1和表1-8-2所示。表1-8-1局部阻力实验记录表次序流量测压管读数-2/(10m)V-63/(10m)/stQ-63/(10m/s)1234561135013.8197.7616.420.319.919.86.33.62129015.8281.5421.624.524.224.114.312.33137018.2275.1924.226.526.326.217.916.24130020.1364.5827.028.828.728.622.521.35114023.6648.1831.031.831.731.728.227.5678020.6337.8132.733.333.233.231.130.8745020.9421.4934.734.934.934.834.133.920×20828057.724.8535.635.635.735.635.535.5表1-8-2局部阻力实验计算表次序阻力形式Q-63/(10m/s)前断面后断面jh-2/(10m)22vg-2/(10m)1E-2/(10m)22vg-2/(10m)2E-2/(10m)1突然扩大97.7614.4730.870.47520.7759.8950.680.67281.5410.0631.660.33124.8316.6790.660.67375.198.5632.760.28126.7815.8790.690.67464.586.3133.310.20729.0074.2530.670.67548.183.5134.510.11531.9152.5450.730.67637.812.1634.860.07133.3711.4390.670.67721.490.7035.40.02334.9230.4770.680.6784.850.0435.640.00135.6010.0390.980.671突然缩小97.760.47520.2758.93815.2382.2870.260.38281.540.33124.4316.21820.5181.8630.300.38375.190.28126.4815.28723.1871.5440.290.38464.580.20728.8073.90026.41.1570.300.38548.180.11531.8152.17130.3710.7440.340.3820×20637.810.07133.2711.33732.4370.5340.400.38721.490.02334.8230.43234.5320.0410.090.3884.850.00135.6010.02235.5220.0291.320.383．把所测局部阻力系数与理论或经验值进行比较分析。由上表可得，无论是突扩段还是突缩段都存在实验误差。因为实际操作是一次实验测得的结果，其结果随实验的操作人员，实验仪器，流体流量等不同而存在误差。故，实测局部阻力系数与理论局部阻力系数之间存在误差。但是整体来看，突扩段的误差还是小于突缩段的误差。原因为：由式21eje2vhg及ζ=f（d1/d2）表明影响局部阻力损失的因素是v和d1/d2。其中：突扩：突缩：20×20于是有K=ζs/ζe=0.5/(1+A1/A2)分析可知，当A1/A20.5或d1/d20.707时，突然扩大的局部阻力系数比相应的突然收缩的要大；当A1/A2=0.5或d1/d2=0.707时,突然扩大的局部阻力系数与相应的突然收缩的相等；而当A1/A20.5或d1/d20.707时,突然扩大的局部阻力系数比相应的突然收缩的要小。五、实验步骤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。六、注意事项20×201．恒压水箱内水位要求始终保持在溢流状态，确保水头恒定。2．测压管后设有平面镜，测记各测压管水头值时，要求视线与测压管液面及镜子中的影像液面齐平，读数精度到0.5310m。七、问题分析1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩圆管在相应条件下的局部阻力损失大小关系。由式及表明影响局部阻力损失的因素是v和d1/d2,有突扩：突缩：20×20则有当A1/A20.5或d1/d20.707时，突然扩大的水头损失比相应的突然收缩的要大。d1/d2接近于1时，突然扩大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。2．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损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？流动演示仪1-7型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十多种内、外流的流动图谱。据此对于局部阻力损失的机理分析如下：从显示的图谱可见，凡流20×20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，相互磨擦，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。从以上分析可知，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昼接近流线形，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，20×20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圆角，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以后，实测阻力系数减小，主要原因也在这里。3．现备有一段长度及联接方式与调节阀相同，内径与实验管道相同的直管段(见实验装置图)，如何用两点法测量阀门的局部阻力系数？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hw1-2，有式中：hji----分别为两测点间不干扰的各个局部阻力段的阻力损失；hjn----被测段的局部阻力损失；20×20hw1-2----两测点间的沿程阻力损失。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h’w1-2，同样有所以八、心得体会