流體力學(xué)綜合實驗裝置課件

1、流體力學(xué)綜合實驗裝置流體力學(xué)綜合實驗裝置 流體流動阻力測定 流體力學(xué)綜合實驗裝置 一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?1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)。 4學(xué)會倒U形壓差計和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。流體力學(xué)綜合實驗裝置 二、基本原理二、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(jī)械能。流體流經(jīng)直管時所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體通

2、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(jī)械能損失稱為局部阻力損失。 流體力學(xué)綜合實驗裝置 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：2221udlppphff22lupdf即， 流體力學(xué)綜合實驗裝置 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)流動的平均流速，m/s。流體力學(xué)綜合實驗裝置 滯流(層流)時，Re64duRe式中：Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(ms)。湍流時是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對

3、粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實驗確定。流體力學(xué)綜合實驗裝置 由上式可知，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)手冊而得， u通過測定流體流量，再由管徑計算得到。流體力學(xué)綜合實驗裝置 2局部阻力系數(shù) 的測定 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。 (1)當(dāng)量長度法 流體流過某管件或閥門時造成的機(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 表示。 elel流體力學(xué)綜合實驗裝置 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

4、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(jī)械能損失 為：22udllhef流體力學(xué)綜合實驗裝置(2)阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或閥門時的機(jī)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： 22ugphff流體力學(xué)綜合實驗裝置 故 22gupf式中： 局部阻力系數(shù)，無因次； fp 局部阻力壓強(qiáng)降，Pa； 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。 流體力學(xué)綜合實驗裝置 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

5、，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，通過上述公式求取管件 或閥門的局部阻力系數(shù)。0流體力學(xué)綜合實驗裝置 三、實驗裝置與流程三、實驗裝置與流程 1、實驗裝置 實驗裝置如圖1所示： 流體力學(xué)綜合實驗裝置流體力學(xué)綜合實驗裝置 1水箱；2離心泵；3進(jìn)口壓力表；4出口壓力表；5渦輪流量計；6閘閥；7球閥； 8倒U形壓差計；9均壓環(huán)；10球閥； 11局部阻力管上的閘閥；12出水管路閘閥；13水箱放水閥；14-溫度計 圖1 實驗裝置流程示意圖流體力學(xué)綜合實驗裝置 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

6、和倒U型壓差計等所組成的。管路部分有四段并聯(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)，粗糙管直管阻力系數(shù)以及層流管阻力系數(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，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，測定層流管阻力系數(shù)使用的是不銹鋼管。流體力學(xué)綜合實驗裝置 水的流量使用玻璃轉(zhuǎn)子流量計測量，管路和管件的阻力采用倒U形壓差計將進(jìn)口出口的壓差直接顯示出來。 3裝置參數(shù) 裝置參數(shù)如表1所示。 流體力學(xué)綜合實驗裝置 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)徑粗糙管鍍鋅鐵管1A21.0100光

7、滑管不銹鋼管1B20.0100局部阻力管不銹鋼管1A20.094.5流體力學(xué)綜合實驗裝置 四、實驗步驟四、實驗步驟 1泵啟動：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)，對水泵進(jìn)行灌泵，以防止氣縛，然后打開水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開到最大。 2. 實驗管路選擇：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。流體力學(xué)綜合實驗裝置 3. 排氣：排氣：先進(jìn)行管路的引壓操作。需打開光滑管均壓環(huán)上的引壓閥A和B后，對1號倒U型管（這種壓差計內(nèi)充空氣，以待測液體為指示液，一般用于測量液體小壓差的場合）進(jìn)行操作如下，其結(jié)構(gòu)

8、如圖2所示。流體力學(xué)綜合實驗裝置圖2 倒U型管壓差計1低壓側(cè)閥門；2高壓側(cè)閥門；3進(jìn)氣閥門； 4平衡閥門；5出水活栓流體力學(xué)綜合實驗裝置 a)排出系統(tǒng)和導(dǎo)壓管內(nèi)的氣泡。關(guān)閉管路總出口閥7，使系統(tǒng)處于零流量、高揚(yáng)程狀態(tài)。關(guān)閉進(jìn)氣閥門(3)和出水活栓(5)以及平衡閥門(4)。打開高壓側(cè)閥門(2)和低壓側(cè)閥門(1)使實驗系統(tǒng)的水經(jīng)過系統(tǒng)管路、導(dǎo)壓管、高壓側(cè)閥門(2)、倒U形管、低壓側(cè)閥門(1)排出系統(tǒng)。b)玻璃管吸入空氣。排凈氣泡后，關(guān)閉(1)和(2)兩個閥門，打開平衡閥(4)和出水活栓(5)進(jìn)氣閥(3)，使玻璃管內(nèi)的水排凈并吸人空氣。流體力學(xué)綜合實驗裝置 c)平衡水位。關(guān)閉閥(4)、(5)、(3)

9、，然后打開(1)和(2)兩個閥門，讓水進(jìn)入玻璃管至平衡水位(此時系統(tǒng)中的出水閥門始終是關(guān)閉的，管路中的水在零流量時，U形管內(nèi)水位是平衡的。)壓差計即處于待用狀態(tài) d)調(diào)節(jié)管路總出口閥，則被測對象在不同流量下對應(yīng)的差壓，就反應(yīng)為倒U型管壓差計的左右水柱之差。 流體力學(xué)綜合實驗裝置 4引壓：引壓：打開對應(yīng)實驗管路的手閥,然后適當(dāng)調(diào)節(jié)流量大小，看是否倒U形壓差計可以正常指示。 5流量調(diào)節(jié)：流量調(diào)節(jié)：手控出水閘閥，,然后開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從小到大或從大到小變化。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，主要獲取實驗參數(shù)為：流量Q、測量段壓差P，及流體溫度t；管內(nèi)徑d和測量段管長L

10、為給定的裝置參數(shù)。按上步操作，由小到大或由大到小調(diào)節(jié)管路總出口閥，待各參數(shù)顯示穩(wěn)定后，讀取各項數(shù)據(jù)，共作810組實驗點。流體力學(xué)綜合實驗裝置 6進(jìn)行粗糙管阻力測定：進(jìn)行粗糙管阻力測定：先打開粗糙管的閥門，然后將管路上的閘閥開到最大開度，重復(fù)15步驟。 7進(jìn)行局部阻力管阻力測定：進(jìn)行局部阻力管阻力測定：先打開局部阻力管的閥門，然后將管路上的閘閥開到最大開度，重復(fù)15步驟。 8實驗結(jié)束：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。流體力學(xué)綜合實驗裝置 9計算：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

11、到一系列Re的實驗點，從而繪出Re曲線。流體力學(xué)綜合實驗裝置 五、實驗數(shù)據(jù)處理五、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 流體力學(xué)綜合實驗裝置 表2序號流量(m3/h)光滑管mmH2O粗糙管mmH2O局部阻力mmH2O左右壓差左右壓差左右壓差流體力學(xué)綜合實驗裝置 六、實驗報告六、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。 流體