流體阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)

1、流 體 阻 力 測(cè) 定 實(shí) 驗(yàn)實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書環(huán)境與市政工程學(xué)院2015年11月一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力,直管摩擦系數(shù)的測(cè)定方法。2.掌握直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。3.掌握局部摩擦阻力,局部阻力系數(shù)的測(cè)定方法。4.學(xué)習(xí)壓強(qiáng)差的幾種測(cè)量方法和提高其測(cè)量精確度的一些技巧。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1.測(cè)定實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)流體流動(dòng)的阻力和直管摩擦系數(shù)。2.測(cè)定實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)流體流動(dòng)的直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度之間的關(guān)系曲線。3.測(cè)定管路部件局部摩擦阻力和局部阻力系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)原理:1.直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re的測(cè)定:直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度的函數(shù)，即，對(duì)一定

2、的相對(duì)粗糙度而言，。流體在一定長(zhǎng)度等直徑的水平圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其管路阻力引起的能量損失為： （1）又因?yàn)槟Σ磷枇ο禂?shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系（范寧公式） （2）整理（1）（2）兩式得 （3） （4）式中： 管徑，m； 直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；管長(zhǎng)，m； 流速，m / s；流體的密度，kg / m3； 流體的粘度，N·s / m2。 在實(shí)驗(yàn)裝置中，直管段管長(zhǎng)l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度和粘度也是定值。所以本實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測(cè)定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降Pf與流速u（流量V）之間的關(guān)系。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和式（3）可計(jì)算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)，用式（4）計(jì)算對(duì)應(yīng)的Re，整理出

3、直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出與Re的關(guān)系曲線。2局部阻力系數(shù)的測(cè)定 式中： 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；局部阻力引起的能量損失，Jkg。圖-1 局部阻力測(cè)量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強(qiáng)降 可用下面方法測(cè)量：在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測(cè)局部阻力的閥門，在上、下游各開兩對(duì)測(cè)壓口a-a'和b-b如圖-1，使 abbc ； abbc，則 Pf，a b Pf，bc ； Pf，ab= Pf，bc在aa之間列柏努利方程式 PaPa =2Pf，a b+2Pf，ab+Pf (5)在bb之間列柏努利方程式： PbPb = Pf，bc+Pf，bc+Pf = Pf，a

4、b+Pf，ab+Pf （6）聯(lián)立式(5)和(6)，則：2(PbPb)(PaPa)為了實(shí)驗(yàn)方便，稱(PbPb)為近點(diǎn)壓差，稱(PaPa)為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差。其數(shù)值用差壓傳感器來測(cè)量。四、實(shí)驗(yàn)裝置的基本情況: 1.實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖:圖-2 流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1-水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口壓力表；5、16-緩沖罐；6、14-測(cè)局部阻力近端閥；7、15-測(cè)局部阻力遠(yuǎn)端閥；8、17-粗糙管測(cè)壓閥；9、21-光滑管測(cè)壓閥；10-局部阻力閥；11-觀測(cè)段；12-壓力傳感器；13-渦流流量計(jì)；18、25、26-閥門；19-普通管閥；20-粗糙管閥；22-小轉(zhuǎn)子流量計(jì)；23-大轉(zhuǎn)子流量計(jì)；

5、24水箱放水閥；27- 倒U型管放空閥；28-倒U型管；30、32-倒U型管排水閥；29、31-倒U型管平衡閥實(shí)驗(yàn)裝置流程簡(jiǎn)介流體阻力測(cè)量：水泵2將儲(chǔ)水槽1中的水抽出，送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)22、23測(cè)量流量，然后送入被測(cè)直管段測(cè)量流體流動(dòng)阻力，經(jīng)回流管流回儲(chǔ)水槽1。被測(cè)直管段流體流動(dòng)阻力P 可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣水倒置型管來測(cè)量。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：表-1實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)序號(hào)名稱規(guī)格材料1玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)LZB25 1001000（L/h）VA1015F 10100（L/h）2壓差傳感器型號(hào)LXWY 測(cè)量范圍0200 KPa不銹鋼3離心泵型號(hào)WB70/055

6、不銹鋼4實(shí)驗(yàn)管路管徑0.045m實(shí)驗(yàn)管路5真空表測(cè)量范圍-0.1-0MPa 精度1.5級(jí),真空表測(cè)壓位置管內(nèi)徑d1=0.041m真空表6壓力表測(cè)量范圍00.6MPa 精度1.5級(jí)壓強(qiáng)表測(cè)壓位置管內(nèi)徑d2=0.041m壓力表7渦輪流量計(jì)型號(hào)LWY-40 測(cè)量范圍220m3/h渦輪流量計(jì)表-2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)光滑管：管徑d-0.008(m) 管長(zhǎng)L-1.70(m) 粗糙管：管徑d-0.010(m) 管長(zhǎng)L-1.70(m)真空表與壓強(qiáng)表測(cè)壓口之間的垂直距離h0=0.41m3.實(shí)驗(yàn)裝置面板圖： 圖-3 實(shí)驗(yàn)裝置儀表面板圖五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟：1流體阻力測(cè)量（1）向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水至水滿為止。(最好使用

7、蒸餾水，以保持流體清潔) （2）光滑管阻力測(cè)定： 關(guān)閉粗糙管路閥門8,17,20，將光滑管路閥門9,19,21全開，在流量為零條件下，打開通向倒置U型管的進(jìn)水閥29,31，檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置U型管內(nèi)液柱高度差不為零，則表明導(dǎo)壓管內(nèi)存在氣泡。需要進(jìn)行趕氣泡操作。導(dǎo)壓系統(tǒng)如圖4所示操作方法如下：加大流量，打開U型管進(jìn)出水閥門29,31，使倒置U型管內(nèi)液體充分流動(dòng)，以趕出管路內(nèi)的氣泡；若觀察氣泡已趕凈，將流量調(diào)節(jié)閥26關(guān)閉，U型管進(jìn)出水閥29,31關(guān)閉，慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥26后，分別緩慢打開閥門30、32，使液柱降至中點(diǎn)上下時(shí)馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣水柱，此時(shí)管內(nèi)液柱高度差不

8、一定為零。然后關(guān)閉放空閥27，打開U型管進(jìn)出水閥29,31，此時(shí)U型管兩液柱的高度差應(yīng)為零（12mm的高度差可以忽略），如不為零則表明管路中仍有氣泡存在，需要重復(fù)進(jìn)行趕氣泡操作。圖-4 導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖32、32-排水閥；128-U型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；27-U型管放空閥；28-U型管 該裝置兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計(jì)測(cè)量流量。 差壓變送器與倒置U型管亦是并聯(lián)連接，用于測(cè)量壓差，小流量時(shí)用型管壓差計(jì)測(cè)量，大流量時(shí)用差壓變送器測(cè)量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，一般測(cè)取1520組數(shù)據(jù)。注：在測(cè)大流量的壓差時(shí)應(yīng)關(guān)閉U型管的進(jìn)出水閥29,31，防止水利用

9、U型管形成回路影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(3) 粗糙管阻力測(cè)定：關(guān)閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流量到最大流量，測(cè)取1520組數(shù)據(jù)。(4) 測(cè)取水箱水溫。待數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。(5) 粗糙管、局部阻力測(cè)量方法同前。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1直流數(shù)字表操作方法請(qǐng)仔細(xì)閱讀說明書，待熟悉其性能和使用方法后再進(jìn)行使用操作。2啟動(dòng)離心泵之前以及從光滑管阻力測(cè)量過渡到其它測(cè)量之前，都必須檢查所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。3利用壓力傳感器測(cè)量大流量下P時(shí),應(yīng)切斷空氣水倒置型玻璃管的閥門否則將影響測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確。 4在實(shí)驗(yàn)過程中每調(diào)節(jié)一個(gè)流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄數(shù)據(jù)。5. 若之前較長(zhǎng)時(shí)間未做實(shí)

10、驗(yàn)，啟動(dòng)離心泵時(shí)應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)，否則易燒壞電機(jī)。6. 該裝置電路采用五線三相制配電，實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好接地。7. 啟動(dòng)離心泵前，必須關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān)，以免損壞測(cè)量?jī)x表。8. 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計(jì)運(yùn)行。七、附數(shù)據(jù)處理過程舉例：1.光滑管小流量數(shù)據(jù)( 以表3第16組數(shù)據(jù)為例) Q70(Lh) h 44(H2O) 實(shí)驗(yàn)水溫=7.8 粘度1.43×10-3 (Pa.s) 密度999.74（kgm3） 管內(nèi)流速 （m/s）阻力降 =432(Pa)雷諾數(shù) 2.165×103阻力系數(shù) 2.712×10-2 2.粗糙管、大流量數(shù)據(jù)(以表4 第8組數(shù)

11、據(jù)為例)Q300(Lh) P 19.4(kPa) 實(shí)驗(yàn)水溫=7.8粘度1.43×10-3 (Pa.s) 密度999.74（kgm3）管內(nèi)流速 1.06 （m/s）阻力降 19.4×1000 = 19400（Pa)雷諾數(shù) 7.422×103阻力系數(shù) = 0.2033.局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(以表5 第2組數(shù)據(jù)為例)Q800(Lh) 近端壓差37.2 (kPa) 遠(yuǎn)端壓差37.7(kPa)管內(nèi)流速： （m/s）局部阻力： 2(PbPb)(PaPa) =（2×37.2-37.7）×1000=36700（Pa)局部阻力系數(shù)： 附：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（舉例說明）表3

12、流體阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（光滑管內(nèi)徑8mm、管長(zhǎng)170mm）（液體溫度7.8 液體密度=999.74kg/m 液體粘度=1.43mPa.S）序號(hào)流量(l/h)直管壓差PP（Pa）流速u(m/s)Re（kPa）（mmH2O）1100097.4974005.53309240.02999290080.9809004.98278310.03076380067.4674004.42247390.03243470050.0500003.87216460.03142560039.0390003.32185540.03336650027.4274002.76154620.03375740019.2192002.2

13、1123690.03695830011.6116001.6692770.0396992006.464001.1161850.04927101001.515000.5530920.046191190969420.5027830.035801280636180.4424740.029731370444320.3921650.027121460353430.3318550.029361550292840.2815460.035041640252450.2212370.047191730161570.179280.05369182010980.116180.0755119104390.063090.1

14、2081表4 流體阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（直管內(nèi)徑10mm、管長(zhǎng)170mm）（液體溫度27 液體密度=999.74kg/m 液體粘度=1.43mPa.S）序號(hào)流量(l/h)直管壓差PP（Pa）流速u(m/s)RekPammH2O11000156.81568003.54247390.14729001291290003.18222650.1503800104.21042002.83197910.153470082.1821002.48173170.157560063.4634002.12148430.166650045.2452001.77123690.170740032.0320001.4298960

15、.188830019.4194001.0674220.203920010.1101000.7149480.237101003.131000.3524740.2911190201.019710.3222260.229128017116770.2819790.246137011911670.2517320.2241460929020.2114840.2361550696770.1812370.2541640484710.149900.2771730282750.117420.2871820181770.074950.4151910111080.042471.014201000156.81568003.5