流體流動阻力測定.doc

一、實驗目的1、 掌握流體經直管和管閥件時阻力損失的測定方法。通過實驗了解流體流動中能量損失的變化規(guī)律。2、 測定直管摩擦系數于雷諾準數Re的關系。3、 測定流體流經閘閥等管件時的局部阻力系數。4、 學會壓差計和流量計的適用方法。5、 觀察組成管路的各種管件、閥件，并了解其作用。二、基本原理 流體在管內流動時，由于粘性剪應力和渦流的存在，不可避免得要消耗一定的機械能，這種機械能的消耗包括流體流經直管的沿程阻力和因流體運動方向改變所引起的局部阻力。1、 沿程阻力流體在水平均勻管道中穩(wěn)定流動時，阻力損失表現為壓力降低。即影響阻力損失的因素很多，尤其對湍流流體，目前尚不能完全用理論方法求解，必須通過實驗研究其規(guī)律。為了減少實驗工作量，使實驗結果具有普遍意義，必須采用因次分析方法將各變量組合成準數關聯式。根據因次分析，影響阻力損失的因素有， (a)流體性質：密度、粘度； (b)管路的幾何尺寸：管徑d、管長l、管壁粗糙度； (c)流動條件：流速?？杀硎緸椋簞t式中，管徑，m；直管阻力引起的壓強降，Pa； 管長，m；流速，m/s；流體的密度，kg/m3；流體的粘度，Ns/m2。 稱為摩擦系數。層流時，64Re；湍流時是雷諾準數Re和相對粗糙度的函數，須由實驗確定2、局部阻力 局部阻力通常有兩種表示方法，即當量長度法和阻力系數法。(a)當量長度法 流體流過某管件或閥門時，因局部阻力造成的損失，相當于流體流過與其具有相當管徑長度的直管阻力損失，這個直管長度稱為當量長度，用符號 le表示。則流體在管路中流動時的總阻力損失 為(b)阻力系數法 流體通過某一管件或閥門時的阻力損失用流體在管路中的動能系數來表示，這種計算局部阻力的方法，稱為阻力系數法。即式中，局部阻力系數，無因次； u 在小截面管中流體的平均流速，ms 由于管件兩側距測壓孔間的直管長度很短，引起的摩擦阻力與局部阻力相比，可以忽略不計。因此hf之值可應用伯努利方程由壓差計讀數求取。3、 實驗裝置與流程1、實驗裝置：主要部分由離心泵，不同管徑、材質的管子，各種閥門和管件、轉子流量計等組成。從上向下第一根為不銹鋼光滑管，第二根為鍍鋅鐵管，分別用于光滑管和粗糙管湍流流體流動阻力的測定。第三根為不銹鋼管，其上裝有待測管件（閘閥），用于局部阻力的測定。 第四根，為內徑為10mm的細銅管，用于層流流動阻力的測定。 圖1 流體流動阻力測定實驗裝置流程圖(1)大流量調節(jié)閥；(2)大流量轉子流量計；(3)光滑管調節(jié)閥；(4)粗糙管調節(jié)閥；(5)光滑管；(6)粗糙管；(7)局部阻力閥；(8)離心泵；(9)排水閥；(10)倒U管(11) (11)近端測壓點；(12)(12)遠端測壓點；(13)(13)切斷閥；(14)(14)放空閥；(15)(15)光滑管壓差；(16)(16)粗糙管壓差；(17)數字電壓表；(18)壓差變送器 2、裝置結構尺寸表1 裝置參數名稱材質管內徑/mm測試長度/m裝置1裝置2光滑管不銹鋼食品管28.97428.47551.2粗糙管鍍鋅鐵管27.740627.74061.2局部阻力閘閥27.887827.88781.2層流管鋼管882.53、倒U型壓差計的使用：（1）排出系統和導壓管內的氣泡。（調節(jié)前要保證系統有比較高的水壓） 關閉進氣閥門3、出水活塞5和平衡閥門4。打開高壓側閥門1、低壓側閥門2。（注：水經過系統管路、高壓側閥門、倒U型管、低壓側閥門1排出系統。）（2）吸入空氣、平衡水位。 關閉1和2兩個出入水閥門，打開進氣閥3、平衡閥4。緩慢開啟出水活塞5，使玻璃管內的水管吸入空氣到水柱高度為30cm，關閉閥4、5、3。（3）待用與使用。然后打開1和2兩個閥門。液位壓差計即處于可使用狀態(tài)。四、實驗步驟整個管道可以分為光滑管、粗糙管、閘閥、層流管四路，每次只開啟其中的一路，其它旁路一般要關閉。1、光滑管、粗糙管、閘閥實驗（1）開啟離心泵，調節(jié)閥門，使水通過其中一路，其他三路關閉。（2）壓差計排氣調零。 （3）調流量，測流速。 流量從1 m3 /h開始，每次改變0.4m3 /h，測量壓差。若實驗結果不理想，需重做。2、層流實驗（1）開另外一路，以降低該管路的水壓。（2）開啟這一路。（3）壓差計排氣調零。（4）調不同流量（流量由流量計控制，測定6組以上流量數據，數據點一般均勻分布），記錄流速和壓差。五、數據記錄與處理 實驗溫度 t=18.9 查數據可知 黏度：1.0299 mPas 密度：998.3 kg/m3 表一 原始實驗數據 流量Lh光滑管 粗糙管 閘閥H1cmH2cmHcmH1cmH2cmHcmH1cmH2cmHcm580027.554.326.83.678.274.619.843.223.4520028.450.622.29.458.749.320.639.418.8460029.147.218.113.561.447.921.035.514.5400029.843.81417.653.936.321.532.711.2340030.341.010.721.347.225.921.829.98.1280030.638.57.923.342.619.321.927.35.4220031.136.25.126.337.210.921.725.23.5160031.534.32.827.634.46.821.923.51.61000L=1m3，以V=5.8m3/h為例，hf=p /=gH=9.810.268=2.629 J/kg ， ， L=1.2m，d=28.974mm， =0.02124，Re=3012.98表二 實驗處理結果序號光滑管阻力粗糙管阻力局部阻力直管摩擦系數103雷諾數Re直管摩擦系數103雷諾數Re局部阻力系數121.243012.9847.571345.410.6593221.892923.6839.111636.430.6589322.812806.1748.561318.010.6495423.332743.2748.671315.080.6634524.682593.2848.061331.670.6641626.872382.1352.811211.980.6528728.092277.9948.311324.820.6854829.162194.6156.981123.230.5923（1）粗糙管由數據作圖得：（2）柏拉修斯公式: =(0.3164)/Re(0.25)，上式適用范圍為Re=3*1031*105項目12345678實驗10321.2421.9822.8123.3324.6826.8728.0929.16計算10342.7143.0343.4743.7244.3445.2945.8046.23相對誤差/50.2748.9247.5346.6444.3440.6738.6736.92（3）根據局部阻力實驗結果，閘閥全開時的平均為：=(0.6593+0.6589+0.6495+0.6634+0.6641+0.6528+0.6854+0.5923)/8=0.6532六、實驗結果分析與討論從實驗數據看我們實驗的誤差相對還是蠻大的，說明我們在實驗操作與實驗數據記錄與處理過程中存在誤差。造成實驗誤差的主要原因有：（1） 在轉子流量計的調節(jié)過程中，凹液面并沒有完全與5800、1600等的刻度線數值完全對齊，造成實驗誤差；（2） 在讀取液柱高度數據時，在判斷液面是否穩(wěn)定時存在視覺誤差；（3） 流量未控制得當，未在平衡時讀數； (4) 實驗所用的裝置本身存在誤差，實驗所用的各種顯示數據的儀表也存在一定誤差。七、思考題1、流體流動時為什么會產生摩擦阻力？摩擦阻力以哪幾中形式反映出來？答：流體的黏性是產生阻力的主要原因，由于管壁間的摩擦易產生摩擦阻力形式有沿程阻力和局部阻力。2、如何檢驗測試系統內的空氣已經被排除干凈？若測壓管道中存有氣體將對測量帶來什么影響？答：實驗開始前和結束后，都應關閉泵的出口閥，檢查倒U型壓差計各臂讀數是否相同