流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書流體流動(dòng)阻力的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握測(cè)定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。 2測(cè)定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)與Re的關(guān)系曲線。 3測(cè)定流體流經(jīng)管件、閥門時(shí)的局部阻力系數(shù)x。 4掌握渦輪流量計(jì)的工作原理和使用方法。5識(shí)辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、基本原理 流體通過由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小改變所引起的機(jī)械能損失稱為局部阻力損失。 1直管阻力

2、摩擦系數(shù)的測(cè)定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為： （1）即， （2）式中： 直管阻力摩擦系數(shù)，無因次； d 直管內(nèi)徑，m；流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa；單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直管的機(jī)械能損失，J/kg； 流體密度，kg/m3；l 直管長度，m；u 流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均流速，m/s。滯流(層流)時(shí)， （3） （4）式中：Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(m·s)。湍流時(shí)是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對(duì)粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。由式（2）可知，欲測(cè)定，需確定l、d，測(cè)定、u、等參數(shù)。 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、通過測(cè)定流體溫度，再查有關(guān)手冊(cè)而得， u

3、通過測(cè)定流體流量，再由管徑計(jì)算得到。例如本裝置采用渦輪流量計(jì)測(cè)流量，V，m3/h。 (5)可用U型管、倒置U型管、測(cè)壓直管等液柱壓差計(jì)測(cè)定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。（1）當(dāng)采用倒置U型管液柱壓差計(jì)時(shí) (6)式中：R水柱高度，m。 （2）當(dāng)采用U型管液柱壓差計(jì)時(shí) (7)式中：R液柱高度，m；指示液密度，kg/m3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、壓力損失，通過式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和，再將Re和標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù)x 的測(cè)定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。

4、(1) 當(dāng)量長度法 流體流過某管件或閥門時(shí)造成的機(jī)械能損失看作與某一長度為的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折合的管道長度稱為當(dāng)量長度，用符號(hào)表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計(jì)算局部阻力損失，而且在管路計(jì)算時(shí)可將管路中的直管長度與管件、閥門的當(dāng)量長度合并在一起計(jì)算，則流體在管路中流動(dòng)時(shí)的總機(jī)械能損失 為： (8) (2) 阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或閥門時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計(jì)算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： (9)故 (10) 式中：x 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力壓強(qiáng)降，Pa；（本裝置中，所測(cè)得的壓降應(yīng)扣除兩測(cè)壓口間直管段的壓

5、降，直管段的壓降由直管阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果求取。） 流體密度，kg/m3； g 重力加速度，9.81m/s2；u 流體在小截面管中的平均流速，ms。 待測(cè)的管件和閥門由現(xiàn)場(chǎng)指定。本實(shí)驗(yàn)采用阻力系數(shù)法表示閥門的局部阻力損失。根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或閥門的局部阻力系數(shù)x。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程 1 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示： 圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖2.實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)對(duì)象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計(jì)和倒U型壓差計(jì)等所組

6、成的。管路部分有三段并聯(lián)的長直管，分別為用于測(cè)定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測(cè)定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測(cè)管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測(cè)定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測(cè)定對(duì)象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用渦輪流量計(jì)測(cè)量，管路和管件的阻力采用差壓變送器將差壓信號(hào)傳遞給無紙記錄儀。3裝置參數(shù)裝置參數(shù)如表1所示。 表1裝置1名稱材質(zhì)管內(nèi)徑（mm）測(cè)量段長度（cm）管路號(hào)管內(nèi)直徑局部阻力閘閥1A20.0100光滑管不銹鋼管1B20.0100粗糙管鍍鋅鐵管1C21.0100四、實(shí)驗(yàn)步驟1泵啟動(dòng)：首先對(duì)水箱進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開總電

7、源和儀表開關(guān)，啟動(dòng)水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開到最大。2. 實(shí)驗(yàn)管路選擇：選擇實(shí)驗(yàn)管路，把對(duì)應(yīng)的進(jìn)口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動(dòng)12min。3. 引壓：打開對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)管路的兩個(gè)引壓閥,檢測(cè)該管路是否有壓差。4排氣：雙手同時(shí)扳動(dòng)差壓變送器上的引壓室排氣閥,排出引壓軟管內(nèi)的氣體。然后關(guān)閉閥門。5流量調(diào)節(jié)：1，手控狀態(tài)：水泵選擇開關(guān)扳到全速檔,然后開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從1到3.5m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記下對(duì)應(yīng)的壓差值。2，自控狀態(tài), 水泵選擇開關(guān)扳到自動(dòng)檔，用計(jì)算機(jī)上的流量控制界面設(shè)定變頻器輸出值（

8、2595之間）,待流量穩(wěn)定記錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。6計(jì)算：裝置確定時(shí)，根據(jù)和u的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，可計(jì)算和，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=du/=Au，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系列Re的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出Re曲線。7實(shí)驗(yàn)結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清理裝置。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)填寫到下表：實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)人員： 裝置號(hào)： 溫度： 直管基本參數(shù)： 光滑管徑 粗糙管徑 局部阻力管徑 長度： 序號(hào)流量(m3/h)壓差KPa粗糙管光滑管閥門管段閥門流量(m3/h)壓差KPa 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，對(duì)照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對(duì)粗糙度和絕對(duì)粗糙度。 2根據(jù)光滑管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)照柏拉修斯方程，計(jì)算其誤差。 3根據(jù)局部阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，求出閘閥全開時(shí)的平均值。 4對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。 七、思考題 1在對(duì)裝置做排氣工作時(shí)，是否一定要關(guān)閉流程尾部