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第10章 局部阻力系数实验 10.1实验目的和要求 1.掌握测量局部阻力系数的方法； 2.测量管道突然扩大、突然缩小时的局部阻力系数； 3.了解影响局部阻力系数的因素 10.2局部阻力系数实验的原理 水流在流动过程中，由于水流边界条件或过水断面的改变，引起水流内部各质点的流速、压强也都发生变化，并且产生旋涡。在这一过程中，水流质点间相对运动加强，水流内部摩擦阻力所作的功增加，水流在流动调整过程中消耗能量所损失的水头称为局部水头损失。 局部水头损失的一般表达式为 （10-1） 式中，为局部水头损失；为局部水头损失系数，即局部阻力系数，它是流动形态与边界形状的函数，即，一般水流的雷诺数足够大时，可以认为系数不再随而变化，可视作为一常数；为断面平均流速，一般用发生局部水头损失以后的断面平均流速，也有用损失断面前的平均流速，所以在计算或查表时要注意区分。 局部水头损失可以通过能量方程进行分析。图10-1为一水流突然扩大的实验管段，在发生局部水头损失前后取断面1-1和2-2（两个断面应属渐变流）写能量方程得 图10-1 局部水头损失分析简图 = （10-2） 式中，为断面1-1和2-2的测压管水头差；v1、v2 分别为1-1断面和2-2断面的平均流速。 管道局部水头损失目前仅有断面突然扩大（图10-1）可利用动量方程，能量方程和连续方程进行理论分析，并可得出足够精确的结果，其它情况尚需通过实验方法测定局部阻力系数。 对于管道突然扩大，理论公式为 （10-3） 由连续方程A1v1=A2v2，解出v1或v2代入上式可分别得 ， （10-4） 或 ， （10-5） 式中，A1、A2分别为断面1-1和2-2的过水断面面积；、叫做突然放大的局部阻力系数。由式（10-4）和（10-5）可以看出，突然扩大的局部水头损失可以用损失前的流速水头或者用损失后的流速水头表示，但两种表示方法其阻力系数是不一样的，在应用中要注意应用条件。 对于断面突然缩小的情况，目前尚没有理论公式，对于的情况，有下面的经验公式[1] ， （10-6） 对于断面突然缩小的其它面积比，其阻力系数可用表10-1查算[2]。或者用经验公式（10-7）计算 表10-1 突然缩小时不同面积比的阻力系数 A2/A1 0.01 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0.5 0.47 0.45 0.38 0.34 0.30 0.25 0.20 0.15 0.00 0.00 （10-7） 由于突然缩小目前尚没有理论公式，测量结果与经验公式和表中所给定的值有一定的差距，所以仍需进一步研究。 10.3局部阻力系数实验的仪器设备 实验装置为自循环系统，包括供水箱、水泵、突然扩大实验压力管道、突然缩小实验压力管道、测压管、调节阀、接水盒、盛水容器、回水系统。实验仪器为两种，一种是传统的量测方法，仪器为测压排、量筒、钢尺和秒表；另一种为自动化的量测方法，仪器为导水抽屉、限位开关、双通道差压传感器、称重传感器、排水泵及水位流量电测仪组成。水位流量电测仪可显示重量、时间、压差。实验的设备仪器如图10-2所示。 图10-2局部阻力系数实验装置 10.4局部阻力系数实验的方法和步骤 1.记录有关常数，如大管管径和小管管径； 2.打开供水泵和管道上的调节阀门，使管中充满水。 3.关闭出水阀门，打开测压排上的排气阀门，将管道和测压排中的空气排出，并检验空气是否排完。 4.调节出水阀门，待水流稳定后，用量杯和秒表测量流量，用钢尺测量压差。 5.调节尾水阀门，使流量逐渐减小或增加，重复第4步次。 6.实验结束后将仪器恢复原状。 10.5数据处理和成果分析 1实验记录 实验设备名称 仪器编号 同组学生姓名 已知数据： 突然放大管： = cm = cm 突然缩小管： = cm = cm （2）实验数据记录 测 次 传统实验方法 水位流量测量仪 流量 突然扩大