管道网络与压力损失

1. 管路系统的制备（见示意图和照片，图2）

1. 将一个小的塑料储水器固定（用胶带或胶水）在工作台面上。如果使用带盖容器，需在盖子上钻孔，用于穿过进水和出水管路以及水泵电源线。
2. 将小型潜水泵安装在储水器内。
3. 在工作区域垂直安装转子流量计（水流计）。可将流量计用绑带固定在一根垂直杆或L型支架上以保持其竖直。将一段流体管路从水泵出口连接到转子流量计的入口（下端接口）。
4. 在一段硬质塑料管两端连接塑料卡套式三通接头（建议管长 L ~ 0.3 m，内径 D ~ 6.4 mm）。将三通接头固定在管夹上。用橡胶管将其中一个三通（入口）连接至转子流量计出口，另一个三通（出口）用橡胶管连接回储水器。
5. 制作第二个组件，包含两个已安装的三通接头。将一段软质塑料管以螺旋方式缠绕在圆柱形芯体上（建议使用纸筒，半径 R ~ 30 mm，缠绕约5圈）。可使用扎带或夹具固定螺旋管。将软管两端分别连接至两个三通接头上。
6. 制作第三个组件，包含两个已安装的三通接头。在两个三通之间用短段硬质塑料管连接四个（或更多）弯头。使用多个弯头可放大压降读数，提高测量精度。
7. 在六个三通接头的开放接口上安装透明硬质塑料管（长约~0.6 m）。使用水平仪确保这些管子保持垂直。这些管子将作为测压管（压力测量装置）。
8. 向储水器中注满水。

2. 操作

1. 直管：开启水泵，调节转子流量计阀门以改变水流速率。针对每种情况，记录水流速率以及每个测压管中的垂直水位高度。根据测压管液位差记录压力降（公式 1）。
2. 盘管：将盘管测试段的进口连接至转子流量计出口，测试段出口连接至储水箱。与步骤 2.1 相同，记录多个流速下的水流速率和压力降。
3. 弯头管件：将弯头管件测试段连接至转子流量计和储水箱。按照步骤 2.2 的方法，采集一组流量和压力测量数据。

3. 分析

1. 对于直管情况，计算雷诺数和摩擦系数 f（公式 2）。计算雷诺数和摩擦系数的不确定度（公式 6）。其中 e_ΔP 为压力测量的不确定度（， 为压差计液位的不确定度），e_U 为通道平均流速的不确定度（来自转子流量计数据表，典型不确定度为量程的 3 - 5%）。对于室温（22°C）下的水，ρ = 998 kg m^-3 且 µ = 0.001 kg m^-1 s^-1。
   （6）
2. 将步骤 3.1 得到的摩擦系数结果与解析模型（公式 3）进行比较。
3. 对盘管情况重复步骤 3.1。此次需从 ΔP 中减去测试段直管部分的预测压降（公式 2-3）。此处假设直管段压降修正的不确定度可忽略不计。将测得的摩擦系数与相关性公式（公式 4）的数值进行比较。
4. 对弯头管件情况重复步骤 3.2。减去弯头管件之间直管段的预测压降，以获得修正后的压降 。计算每个弯头的当量长度及其不确定度。其中，N_e 为管道弯头的数量。
   （7）
5. 将当量长度结果（L_e/D）与典型报道值（约 30）进行比较。