沿程阻力係數測定實（shí）驗

一、實（shí）驗（yàn）目的
1.學會測定管（guǎn）道沿程水頭損失係數λ的方法；
2.掌握圓管層流和紊流的沿程損失隨平（píng）均流（liú）速變化的規律，繪製曲線；
3.掌握管道沿程阻力（lì）損失係（xì）數的測量方（fāng）法和氣—水壓差計及電測壓差計測（cè）量壓差的（de）方法（fǎ）。
4.將實測得到的結果與莫迪圖作對比分析。
二、實驗原理
1.對於通過直徑不變的圓管的恒定水流，沿程水頭（tóu）損失（shī）為

其值為上下遊量測斷麵的壓差計讀數（shù）。沿程水頭（tóu）損失也常表達為

其中：λ為沿程水頭損失係數；L為上下遊量測斷麵（miàn）之間的管段長度；d為管道直；V為斷麵平（píng）均流速（sù）。若（ruò）在實驗中測得△h和斷麵平均流速，則可直接得到沿程水頭損（sǔn）失係數。
2.不同（tóng）流動形態的沿程水（shuǐ）頭損失與斷麵平均流速的關係是不同的。層流流動中的沿程水頭（tóu）損失與（yǔ）斷麵平均流速的（de）1次方成正比。紊流（liú）流動中的（de）沿（yán）程水頭損失與（yǔ）斷麵平均流速的1.75～2.0次方成正比。見圖 1、圖 2。

3.沿程水頭損失係數λ是相對粗糙度△/d與雷諾數Re的函數，△為管壁的粗糙度，Re=Vd/ν（其中ν為（wéi）水的運動粘滯係數）。
1）對於圓管層流流動

2）對（duì）於水力滑管紊流流動可取

可見（jiàn）在層流和紊（wěn）流光（guāng）滑管區，沿程（chéng）水頭損失係數λ隻取決於雷諾數。
3）對於水力（lì）粗糙管紊流流（liú）動

沿程水頭損失係（xì）數λ完全（quán）由粗（cū）糙度決定（dìng），與雷諾數（shù）無關，此時沿程水頭（tóu）損（sǔn）失與斷麵平均流速的平方成正比，所以紊流粗糙管區通常也叫做“阻力平方區”。
4）對於在紊流光滑區和紊流粗糙管區之間存在過渡區（qū），沿程水頭損失係數λ與雷諾數和粗（cū）糙（cāo）度都有關。
三、實（shí）驗步驟
1.對照裝置圖和說明，搞清各組成部件的名稱、作用及其工作原理；檢查蓄水箱水位是否夠高。否則予以補水並關閉閥門；記（jì）錄有關實驗常數：工作管內徑d和實驗管長L。
2.接通電源，啟動水泵。打開（kāi）供水閥。
3.調通量測係統：
1）啟動水泵排除管道中的氣（qì）體。
2）關閉出水閥，排除其中的氣體（tǐ）。隨後，關閉進水閥，開出水閥，使水壓計的液（yè）麵降至標尺零附近。再次開啟進水閥並立即關閉出水閥，稍候片刻檢查水位是否齊平，如不平則需重調。
3）氣－水壓差計水位齊平。
4）實驗裝置通水排氣後，即可進行實驗測量。在進水閥全開的前提下，逐次開大出（chū）水閥，每次調節流量時，均需（xū）穩定2-3分鍾，流量愈小，穩定時間愈長；測（cè）流量時間不（bú）小於8-10秒；測流量的同時，需測記壓差計（jì）讀數；
5）結（jié）束（shù）實驗前，關閉出（chū）水閥，檢（jiǎn）查水壓計（jì）是否（fǒu）指示為零，若均為零，則關閉進水閥，切斷電源。否則，表明壓力計已進氣，需重（chóng）做實驗。
四、實驗數據及整理
1.有關常數 d = Φ14㎜ L=750㎜水溫= ℃
2.記錄及計算
3.繪圖分析繪（huì）製LgV—lghf曲線（xiàn），並確定指數關係值n的大小。在坐標紙（zhǐ）上以（yǐ）LgV為橫坐標，以lghf為（wéi）縱坐標，點繪所測的LgV—lghf關係曲線，根據具體情況（kuàng）連成一段或幾段直線。求坐標上直線的斜率

將從圖紙上（shàng）求得n值與已知各流區（qū）的n值（即層流 n=1，光滑管流區n=1.75，粗糙管紊流區n=2.0，紊流過渡區 1.75<n<2.0）進行比較，確定流（liú）態區。
五、分析與思考
1.為（wéi）什麽壓差計（jì）的水柱差就是沿程水頭損失？如果實驗（yàn）管道安裝得（dé）不水平，是否影響實驗結果？
2.本（běn）次實驗結果與莫迪圖（tú）吻合（hé）與否？分析原因。
3.實驗中的誤差（chà）主要由哪些環節產生？

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