第十节 沿程水头损失量测实验
一、实验目的和要求
（1）掌握测定管道沿程水头损失系数λ的方法。
（2）测定沿程水头损失系数与雷诺数的关系曲线（对于管径一定的管道）。
二、实验原理
通过一等直径管道中的恒定水流，在实验圆管断面1-1及断面2-2上装测压管，如图2-10-1所示。在断面1-1、断面2-2上列能量方程，即可得到两个断面间的沿程水头损失。
图2-10-1 沿程水头损失示意图
因为管径不变
可得沿程水头损失
又沿程水头损失表达式为
式中：λ为沿程水头损失系数；l为两断面间距；d为断面管径；v为管道流速。一般可认为λ与相对粗糙度Δ/d及雷诺数Re有关。
可见在层流流动和紊流光滑区，沿程水头损失系数λ只取决于雷诺数Re。
三、实验设备
实验装置如图2-10-2所示，在自循环恒定圆管流1、2两点接上测压管，可量测沿程水头损失。管中流速可用尾阀来调节，设置专用水箱进行流量的量测。
图2-10-2 沿程水头损失实验仪
四、实验步骤
（1）启动水泵，打开进水阀门，使水箱充水，并保持溢流，使水位稳定。
（2）检查尾阀全关时，测压管的液面是否齐平，否则需排气调平。
（3）开启尾阀，流量应先调到最大，待水流稳定后，观察两测压管水头的变化，量测流量及相应的水头损失，记录到数据表格上。
（4）减小尾阀开度，重复上述步骤，并按序记录数据。流量的调整逐步由大到小，每改变一次流量需要等待1～2min，待水流稳定后再进行量测。
（5）检查数据记录表是否有缺漏。为了提高实验精度，便于分析整理，实验点尽可能多一些。要求改变流量不少于20次。
（6）在实验开始和结束时分别量测水温，加以平均作为实验水温t，查得ν值。从而可计算出相应于每次流量Q下的雷诺数Re值。
五、实验数据记录及计算结果
仪器编号：____
有关常数：管径d=____cm，两断面间距l=____cm，量水箱断面积A=____cm2，水温t=____℃，运动粘滞系数ν=____cm2/s
测量记录表格
六、注意事项
（1）每次关闭尾阀时要缓慢关闭，在层流时，压差为2～3mm，在紊流时，压差可适量大些。
（2）用体积法测量流量时，接水时间越长，则流量越精确，尤其在小流量时，应该注意尽量有较长的接水时间。
（3）实验结束后，关闭电源开关，拔掉电源插头。
七、思考题
（1）在该实验中，量测出的测压管水头差为什么等于沿程水头损失？影响它的因素有哪些？
（2）在该实验前，需要将管道、测压管中的气泡排尽，采取这样措施的原因是什么？怎样检查空气已经排尽？
（3）实验管道倾斜安装是否影响实验成果？
八、讨论分析题
（1）如果管道的使用年限不断增加，通过实验得到的λ-Re关系曲线将会有怎样的变化？试根据尼古拉兹试验曲线进行分析。
（2）该实验中涉及的物理量有管径d、管段长度l、流量Q、沿程水头损失hf和水温t，其中哪个物理量的测量精度对λ值的影响最大。试分析原因。
（3）试根据该实验说明，如何在生产实际中测定不锈钢管的λ值。