中國(guó)石油大學(xué)+局部阻力

1、中國(guó)石油大學(xué)（華東）工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)八、局部阻力實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?填空1掌握三點(diǎn)法、四點(diǎn)法量測(cè) 局部阻力系數(shù) 的技能； 2通過(guò)對(duì) 圓管突擴(kuò)局部阻力系數(shù) 的表達(dá)公式和 突縮局部阻力系數(shù) 的經(jīng)驗(yàn)公式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析，熟悉用 理論分析法和經(jīng)驗(yàn)法 建立函數(shù)式的途徑。3.加深對(duì) 局部阻力損失 機(jī)理的理解。二、實(shí)驗(yàn)裝置 局部阻力實(shí)驗(yàn)的裝置如圖 1-8-1 所示。1. 自循環(huán)供水器 ；2. 試驗(yàn)臺(tái) ；3. 可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器 ；4. 恒壓水箱 ；5. 溢流板 ；6. 穩(wěn)水孔板 ；7. 突然擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)管段 ；8. 測(cè)壓計(jì) ；9. 滑動(dòng)測(cè)量尺 ；10. 測(cè)壓管 ；11. 突然收縮實(shí)驗(yàn)管段 ；12. 實(shí)驗(yàn)

2、流量調(diào)節(jié)閥 ；圖1-8-1 局部阻力實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)管道由從小大小3種已知管徑的管道組成，共設(shè)有6個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)和分別用于測(cè)量突擴(kuò)和突縮的局部水頭損失系數(shù)。其中，測(cè)點(diǎn)位于突擴(kuò)界面處，用于測(cè)量小管出口端壓強(qiáng)值。三、實(shí)驗(yàn)原理 在橫線上正確寫(xiě)出以下公式寫(xiě)出局部水頭損失前后兩斷面的能量方程，根據(jù)推導(dǎo)條件，扣除沿程水頭損失可得：1突然擴(kuò)大采用三點(diǎn)法計(jì)算，下式中f1-2由f2-3按流長(zhǎng)比例換算得出。實(shí)測(cè)： 理論： 2突然縮小實(shí)驗(yàn)管段：采用四點(diǎn)法計(jì)算，下式中點(diǎn)為突縮點(diǎn)，由換算得出，由換算得出：實(shí)測(cè)： 經(jīng)驗(yàn)： 四、實(shí)驗(yàn)要求1有關(guān)常數(shù) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)No. _2_實(shí)驗(yàn)管徑：_0.86_； _2.02_；_0.97_實(shí)驗(yàn)

3、管段長(zhǎng)度： 12 ； 24 ； 12 ； 6 ； 6 ； 6 ；局部阻力系數(shù)：_0.67_， _0.38_。2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄計(jì)算結(jié)果如表1-8-1和表1-8-2所示。表1-8-1 局部阻力實(shí)驗(yàn)記錄表次序流 量測(cè)壓管讀數(shù)1234561135013.8197.7616.420.319.919.86.33.62129015.8281.5421.624.524.224.114.312.33137018.2275.1924.226.526.326.217.916.24130020.1364.5827.028.828.728.622.521.35114023.6648.1831.031.831.731.72

4、8.227.5678020.6337.8132.733.333.233.231.130.8745020.9421.4934.734.934.934.834.133.9828057.724.8535.635.635.735.635.535.5表1-8-2 局部阻力實(shí)驗(yàn)計(jì)算表次序阻力形式前斷面后斷面1突然擴(kuò)大97.7614.4730.870.47520.7759.8950.680.67281.5410.0631.660.33124.8316.6790.660.67375.198.5632.760.28126.7815.8790.690.67464.586.3133.310.20729.0074.2

5、530.670.67548.183.5134.510.11531.9152.5450.730.67637.812.1634.860.07133.3711.4390.670.67721.490.7035.40.02334.9230.4770.680.6784.850.0435.640.00135.6010.0390.980.671突然縮小97.760.47520.2758.93815.2382.2870.260.38281.540.33124.4316.21820.5181.8630.300.38375.190.28126.4815.28723.1871.5440.290.38464.580.2

6、0728.8073.90026.41.1570.300.38548.180.11531.8152.17130.3710.7440.340.38637.810.07133.2711.33732.4370.5340.400.38721.490.02334.8230.43234.5320.0410.090.3884.850.00135.6010.02235.5220.0291.320.383把所測(cè)局部阻力系數(shù)與理論或經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行比較分析。由上表可得，無(wú)論是突擴(kuò)段還是突縮段都存在實(shí)驗(yàn)誤差。因?yàn)閷?shí)際操作是一次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果，其結(jié)果隨實(shí)驗(yàn)的操作人員，實(shí)驗(yàn)儀器，流體流量等不同而存在誤差。故，實(shí)測(cè)局部阻力系數(shù)與

7、理論局部阻力系數(shù)之間存在誤差。但是整體來(lái)看，突擴(kuò)段的誤差還是小于突縮段的誤差。原因?yàn)椋河墒郊?f（d1/d2）表明影響局部阻力損失的因素是v和d1/d2。其中：突擴(kuò)： 突縮：于是有K=s/e=0.5/(1+A1/A2)-=zz分析可知，當(dāng)A1/A20.5或d1/d20.5或d1/d20.707時(shí),突然擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)比相應(yīng)的突然收縮的要小。五、實(shí)驗(yàn)步驟1測(cè)記實(shí)驗(yàn)有關(guān)常數(shù)。2打開(kāi)電子調(diào)速器開(kāi)關(guān)，使恒壓水箱充水，排除實(shí)驗(yàn)管道中的滯留氣體。待水箱溢流后，檢查泄水閥全關(guān)時(shí)，各測(cè)壓管液面是否齊平，若不平，則需排氣調(diào)平。3打開(kāi)泄水閥至最大開(kāi)度，待流量穩(wěn)定后，測(cè)記測(cè)壓管讀數(shù)，同時(shí)用體積法測(cè)記流量。4改變泄

8、水閥開(kāi)度34次，分別測(cè)記測(cè)壓管讀數(shù)及流量。5實(shí)驗(yàn)完成后關(guān)閉泄水閥，檢查測(cè)壓管液面是否齊平？否則，需重做。六、注意事項(xiàng)1恒壓水箱內(nèi)水位要求始終保持在 溢流狀態(tài)，確保水頭恒定。2測(cè)壓管后設(shè)有平面鏡，測(cè)記各測(cè)壓管水頭值時(shí)，要求視線與 測(cè)壓管液面及鏡子中的影像液面齊平，讀數(shù)精度到0.5。七、問(wèn)題分析1結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果，分析比較突擴(kuò)與突縮圓管在相應(yīng)條件下的局部阻力損失大小關(guān)系。由式 =及 表明影響局部阻力損失的因素是v和d1/d2,有突擴(kuò)：z 突縮： z則有 ( )()=-= zz當(dāng) A1/A20.5 或 d1/d20.707 時(shí)，突然擴(kuò)大的水頭損失比相應(yīng)的突然收縮的要大。 d1/d2接近于1時(shí)，突然擴(kuò)大的

9、水流形態(tài)接近于逐漸擴(kuò)大管的流動(dòng)，因而阻力損失顯著減小。2結(jié)合流動(dòng)儀演示的水力現(xiàn)象，分析局部阻力損失機(jī)理何在？產(chǎn)生突擴(kuò)與突縮局部損失的主要部位在哪里？怎樣減小局部阻力損失？流動(dòng)演示儀1-7型可顯示突擴(kuò)、突縮、漸擴(kuò)、漸縮、分流、合流、閥道、繞流等三十多種內(nèi)、外流的流動(dòng)圖譜。據(jù)此對(duì)于局部阻力損失的機(jī)理分析如下： 從顯示的圖譜可見(jiàn)，凡流道邊界突變處，形成大小不一的漩渦區(qū)。漩渦是產(chǎn)生損失的主要根源。由于水質(zhì)點(diǎn)的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)和激烈的紊動(dòng)，相互磨擦，便消耗了部分水體的自儲(chǔ)能量。另外，當(dāng)這部分低能流體被主流的高能流體帶走時(shí)，還須克服剪切流的速度梯度，經(jīng)質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)能交換，達(dá)到流速的重新組合，這也損耗了部分能量。這

10、樣就造成了局部阻力損失。 從流動(dòng)儀可見(jiàn)，突擴(kuò)段的漩渦主要發(fā)生在突擴(kuò)斷面以后，而且與擴(kuò)大系數(shù)有關(guān)，擴(kuò)大系數(shù)越大，漩渦區(qū)也越大，損失也越大，所以產(chǎn)生突擴(kuò)局部阻力損失的主要部位在突擴(kuò)斷面的后部。而突縮段的漩渦在收縮斷面均有。突縮前僅在死角區(qū)有小漩渦，且強(qiáng)度較小，而突縮的后部產(chǎn)生了紊動(dòng)度較大的漩渦環(huán)區(qū)。可見(jiàn)產(chǎn)生突縮水頭損失的主要部位是在突縮斷面后。 從以上分析可知，為了減小局部阻力損失，在設(shè)計(jì)變斷面管道幾何邊界形狀時(shí)應(yīng)流線型化或晝接近流線形，以避免漩渦的形成，或使漩渦區(qū)盡可能小。如欲減小管道的局部阻力，就應(yīng)減小管徑比以降低突擴(kuò)段的漩渦區(qū)域；或把突縮進(jìn)口的直角改為圓角，以消除突縮斷面后的漩渦環(huán)帶， 可使突縮局部阻力系數(shù)減小到原來(lái)的1/21/10。突然收縮實(shí)驗(yàn)管道使用年份長(zhǎng)以后，實(shí)測(cè)阻力系數(shù)減小，主要原因也在這里。3現(xiàn)備有一段長(zhǎng)度及聯(lián)接方式與調(diào)節(jié)閥相同，內(nèi)徑與實(shí)驗(yàn)管道相同的直管段(見(jiàn)實(shí)驗(yàn)裝置圖)，如何用兩點(diǎn)法測(cè)量閥門的局部阻力系數(shù)？?jī)牲c(diǎn)法是測(cè)量局部阻力系數(shù)的簡(jiǎn)便有效辦法。它只需在被測(cè)流段（如閥門）前后的直管段長(zhǎng)度大于（2040）d的斷面處，各布置一個(gè)測(cè)壓