清华大学水利水电工程系水力学实验室水力学流体力学课程教学实验指示书局部水头损失量测实验原理简介�有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变→流动分离形成剪切层→剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡→平均流动能量转化成脉动能量，造成不可逆的能量耗散。与沿程因摩擦造成的分布损失不同，这部分损失可以看成是集中损失在管道边界的突变处，每单位重量流体承担的这部分能量损失称为局部水头损失。�根据能量方程，局部水头损失gvgvgpzgpzhj22)()(2222112211ααρρ−++−+=，这里我们认为因边界突变造成的能量损失全部产生在1-1，2-2两断面之间，不再考虑沿程损失。上游断面1-1应取在由于边界的突变，水流结构开始发生变化的渐变流段中，下游2-2断面则取在水流结构调整刚好结束，重新形成渐变流段的地方。总之，两断面应尽可能接近，又要保证局部水头损失全部产生在两断面之间。经过测量两断面的测管水头差和流经管道的流量，进而推算两断面的速度水头差，就可测得局部水头损失。�局部水头损失系数是局部水头损失折合成速度水头的比例系数，即ζα=hvgj22.当上下游断面平均流速不同时，应明确它对应的是哪个速度水头？例如，对于突扩圆管局部-1就有ζα1122=hvgj和ζα2222=hvgj之分。其它情况的局部损失系数在查表或使用经验公式确定时也应该注意这一点。通常情况下对应下游的速度水头。�局部水头损失系数随流动的雷诺数而变，即ζ=fRe()，但当雷诺数大到一定程度后，ζ值成为常数。在工程中使用的表格或经验公式中列出的ζ就是指这个范围的数值。�局部水头损失的机理复杂，除了突扩圆管的情况以外，一般难于用解析方法确定，而要通过实测来得到各种边界突变情况下的局部水头损失系数。�对于突扩圆管的情况，局部水头损失系数有理论结果，推导如下：流动经过突扩圆管的局部水头损失gvgvgpzgpzhj22)()(2222112211ααρρ−++−+=，取1-1，2-2两断面如图，这里要特别注意1-1断面取为突扩开始的断面，2-2断面则取在水流结构调整刚好结束，重新形成渐变流段的地方。两断面面积都为，而和则分别为细管和粗管中的平均流速。根据动量方程可知A2v1v2)()()(101202222211vvQAgzpAgzpααρρρ−=+−+，所以有gvvvgpzgpz)()()(10120222211ααρρ−=+−+.将其代入局部水头损失的表达式，得hvvvgvvgj=−+−20220111122222()(αααα).取020121,,,αααα的值均为1.0，则hvvgAAvgvgj=−=−≡()()212212222222122ζ，或hvvgAAvgvgj=−=−≡()()212122121122122ζ.可见ζ11221=−()AA，ζ22121=−()AA.�突扩圆管局部水头损失之所以能够导出上述解析表达式是因为：①我们假设1-1断面上的测管水头为常数；②1-1，2-2两断面的面积相等。而突缩圆管的1-1，2-2两断面必须分别取在粗管和细管中，这是由流动结构决定的，因此突缩圆管的局部水头损失不能解局部-2析表达，只有经验公式：ζ=−05121.()AA.这里的ζ对应下游，即细管中的速度水头。�其它各种弯管、截门、闸阀等的局部水头损失系数可查表或由经验公式获得。实验设备实验装置如图所示，在自循环恒定管道流上串联突扩管、突缩管、900缓弯管、1800缓弯管、900急弯管和阀门，沿程接上许多测压管。管中流速可用尾阀来调节，设置专用水箱进行流量的量测。实验目的和要求1．观察突扩管旋涡区测管水头线，以及其它各种边界突变情况下的测管水头变化情况，加深对局部水头损失的感性认识。2．掌握测定管道局部水头损失系数的方法，并将突扩管的实测值与理论值比较，将突缩管的实测值与经验值比较。3．学习用测压管测量压强和用体积法测流量的实验技能。实验步骤1．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（手工、自动）量测流量的原理和步骤。3．对照实物了解仪器设备的使用方法和操作步骤，做好准备工作后，启动抽水机，打开进水开关，使水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。4．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。5．核对设备编号，确认数据记录表上列出的断面管径等数据。局部-36．开启下游阀门，待水流恒定后，观察测管水...
