流體流動阻力測定實驗指導(dǎo)書

1、流體力學(xué)綜合實驗裝置流體流動阻力測定實驗指導(dǎo)書流體流動阻力的測定一、實驗?zāi)康?掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時阻力損失的一般實驗方法。 2測定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗證在一般湍流區(qū)內(nèi)與Re的關(guān)系曲線。 3測定流體流經(jīng)管件、閥門時的局部阻力系數(shù)x。 4學(xué)會渦輪流量計的使用方法。5識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，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機械能。流體流經(jīng)直管時所造成機械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時因流體運動方向和速度大小改變所引起的機械能損失稱為局部阻力損失。

2、1直管阻力摩擦系數(shù)的測定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，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)流動的平均流速，m/s。滯流(層流)時， （3） （4）式中：Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(m·s)。湍流時是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實驗確定。由式（2）可知，欲測定，需確定l、d，測定、u、等參數(shù)。 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、通過測定流體溫度，再查有關(guān)手冊

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

4、度法和阻力系數(shù)法。 (1) 當(dāng)量長度法 流體流過某管件或閥門時造成的機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，用符號表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計算局部阻力損失，而且在管路計算時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算，則流體在管路中流動時的總機械能損失 為： (8) (2) 阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或閥門時的機械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動時平均動能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計算方法，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； 局部阻力壓強降，Pa；（本裝置中，所測得的壓降應(yīng)扣除

5、兩測壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力實驗結(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。 待測的管件和閥門由現(xiàn)場指定。本實驗采用阻力系數(shù)法表示管件或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、)，及實驗時測定的流量V、液柱壓差計的讀數(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、實驗裝置與流程 1 實驗裝置實驗裝置如圖1所示： 1水箱；2進(jìn)口壓力表；3離心泵；4出口壓力表；5渦輪流量計；6開啟管路球閥；7均壓環(huán)；8連接均壓環(huán)和壓力變送器

6、球閥；9局部阻力管上的閘閥；10壓力變送器；11出水管路閘閥；12水箱放水閥；13寶塔接頭圖1 實驗裝置流程示意圖2.實驗流程實驗對象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計和倒U型壓差計等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長直管，分別為用于測定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用渦輪流量計測量，管路和管件的阻力采用差壓變送器將差壓信號傳遞給無紙記錄儀。3裝置參數(shù)裝置參數(shù)如表1所示。

7、 表1裝置1名稱材質(zhì)管內(nèi)徑（mm）測量段長度（cm）管路號管內(nèi)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1C20.0100四、實驗步驟1泵啟動：首先對水箱進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開總電源和儀表開關(guān)，啟動水泵，待電機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開到最大。2. 實驗管路選擇：選擇實驗管路，把對應(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510min。3. 排氣：在計算機監(jiān)控界面點擊”引壓室排氣”按鈕,則差壓變送器實現(xiàn)排氣。4引壓：打開對應(yīng)實驗管路的手閥,然后在計算機監(jiān)控界面點擊該對應(yīng),則差壓變送器檢測該管路壓差。5流量調(diào)節(jié)：手控狀態(tài),變頻器輸出選擇100

8、,然后開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從1到4m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實驗變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待流動達(dá)到穩(wěn)定后，記下對應(yīng)的壓差值;自控狀態(tài),流量控制界面設(shè)定流量值或設(shè)定變頻器輸出值,待流量穩(wěn)定記錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。6計算：裝置確定時，根據(jù)和u的實驗測定值，可計算和，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的實驗點，從而繪出Re曲線。7實驗結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清理裝置。五、實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)上述實驗測得的數(shù)據(jù)填寫到下表：實驗日期： 實驗人員： 學(xué)號： 溫度： 裝置號： 直管基本參數(shù)： 光滑管徑 粗糙管徑 局部阻力管徑 序號流量(m3/h)光滑管壓差（KPa）粗糙管壓差（KPa）局部阻力管壓差（KPa） 六、實驗報告 1根據(jù)粗糙管實驗結(jié)果，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，對照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。 2根據(jù)光滑管實驗結(jié)果，對照柏拉修斯方程，計算其誤差。 3根據(jù)局部阻力實驗結(jié)果，求出閘閥全開時的平均值。 4對實驗結(jié)果進(jìn)行分析討論。 七、思考題 1在對裝置做排氣工作時，是否一定要關(guān)閉