流體流動(dòng)阻力試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)直管摩擦阻力APf、直管摩擦系數(shù)九的實(shí)驗(yàn)方法；2、掌握不同流量下摩擦系數(shù)九與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系及其變化規(guī)律；3、學(xué)習(xí)局部阻力的測定方法；4、學(xué)習(xí)壓強(qiáng)差的幾種測量方法和技巧；5、掌握坐標(biāo)系的選用方法和對(duì)數(shù)坐標(biāo)系的使用方法。、實(shí)驗(yàn)原理1 .直管摩擦系數(shù)九與雷諾數(shù)Re的測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)，即九=f(Reg/d),對(duì)定的相對(duì)粗糙度而言，=f(Re)流體在一定長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)P-P2Pf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)hfPflu2二九：d2整理(1)(2)兩式得

2、2dPfRe(2)(3)(4)式中：d-管徑，m;Pf-直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；l-管長，m；u-流速，m/s；P-流體的密度，kg/m3;2N-流體的枯度，N-s/m。在實(shí)驗(yàn)裝置中，直管段管長l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度P和粘度小也是定值。所以本實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降A(chǔ)Pf與流速u（流量V）之間的關(guān)系。測得一系列流量下的后，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)入；用式（4）計(jì)算對(duì)應(yīng)的Re,從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出入與Re的關(guān)系曲線。2 .局部阻力系數(shù)，的測定(5)(6)P'fu2hf=f:2,一與u2式中：，-

3、局部阻力系數(shù)，無因次;APf-局部阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；（、-hf-局部阻力引起的能量損失，J/kg圖3局部阻力測量取壓口布置圖,-.、>.一一'.、,局部阻力引起的壓強(qiáng)降A(chǔ)Pf可用下面的方法測量：在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測局部阻力的閥門，在其上、下游開兩對(duì)測壓口a-a'和b-b"見圖3,使ab=bc；Pf,ab=Pf,bc；a'b'二bcPf,azb=Pf,bzcz在acf之間列柏努利方程式:PaPa=2Pf,ab+2APf,ab，+Pf(7)在bb，之間列柏努利方程式：Pb_Pb=Pf,bc+4Pf,bzcz+Pf=Pf,ab+

4、ZPf,azbz+Pf(8)聯(lián)立式(7)和(8),則：Pf=2(PbPb)(PaPa)為了實(shí)驗(yàn)方便，稱(Pb-Pb)為近點(diǎn)壓差，稱(Pa-Pa)為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差。用差壓傳感器來測量。三、實(shí)驗(yàn)裝置1 .設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù)：(1)被測光滑直管段：管徑d0.008m；管長L1.698m；材料一不銹鋼管被測粗糙直管段：管徑d0.010m；管長L1.698m；材料一不銹鋼管(2)被測局部阻力直管段：管徑d0.015m；管長L1.2m；材料一不銹鋼管(3)壓力傳感器:型號(hào):LXWY(4)直流數(shù)字電壓表：型號(hào)：PZ139測量范圍：200KPa測量范圍：0200KPa(5)離心泵:型號(hào):WB70/055流量：8(m

5、3/h)揚(yáng)程：12(m)電機(jī)功率550(W)(6)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)測量范圍精度LZB401001000(L/h)1.5LZB1010100(L/h)2.5(7)渦輪流量計(jì):型號(hào)：LWY-15測量范圍：06m3/h2.實(shí)驗(yàn)流程示意圖實(shí)驗(yàn)流程示意圖見圖1。水泵2將儲(chǔ)水槽1中的水抽出，送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首先經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)15、16測量流量，然后送入被測直管段測量流體在光滑管或粗糙管的流動(dòng)阻力，或經(jīng)10測量局部阻力后回到儲(chǔ)水槽，水循環(huán)使用。被測直管段流體流動(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U型管22來測量。圖1流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)流程示意圖1-水箱；2-離心泵；3、4-放水閥；5、13

6、-緩沖罐；6-局部阻力近端測壓閥；7、15-局部阻力遠(yuǎn)端測壓閥；8、20-粗糙管測壓回水閥；9、19-光滑管測壓閥；10-局部阻力管閥；11-U型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；14-流量調(diào)節(jié)閥；15、16-水轉(zhuǎn)子流量計(jì)；17-光滑管閥；18-粗糙管閥；21-倒置U型管放空閥；22-倒置U型管；23-水箱放水閥；24-放水閥；25-渦輪流量計(jì)；四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1,向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水，直到水滿為止。（有條件最好用蒸儲(chǔ)水，以保持流體消潔）2,直流數(shù)字表的使用方法請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀使用說明書。3 .大流量狀態(tài)下的壓差測量系統(tǒng)，應(yīng)先接電預(yù)熱1015分鐘，紀(jì)錄數(shù)字表的初始值，然后啟動(dòng)泵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4 .光滑管阻力測定：

7、關(guān)閉粗糙管閥18、粗糙管測壓進(jìn)水閥20、粗糙管測壓回水閥8,將光滑管閥17、光滑管測壓進(jìn)水閥19、光滑管測壓回水閥9全開。在流量為零條件下，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2所示。22圖2導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖3,4-排水閥;8-粗糙管測壓回水閥;9-光滑管測壓回水閥；11-U型管進(jìn)水閥；12-直管壓力傳感器；20-粗糙管測壓進(jìn)水閥；21-U型管放空閥;22-U型管操作方法如下：開大流量，打開倒置U型管與實(shí)驗(yàn)管路相通的閥11,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；若認(rèn)為氣泡已趕凈，將流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；關(guān)閉連通閥

8、11,慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥21,分別緩慢打開閥3、4,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。然后關(guān)閉放空閥21?？碪型管內(nèi)的水拄是否相平，相平及為管路中無氣泡存在，相反就要繼續(xù)上述操作過程。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)測量流量。差壓變送器與倒置U型管也是并聯(lián)連接，用于測量直管段的壓差，小流量時(shí)用倒置U型管壓差計(jì)測量，大流量時(shí)用差壓變送器測量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一般測取1520組數(shù)據(jù)。建議當(dāng)流量小于300L/h時(shí)，只用倒置U型管來測量壓差5 .粗糙管阻力測定：關(guān)閉閥17、光滑管測壓進(jìn)水閥19、光滑管測壓回水閥9,全開閥18,

9、旋開粗糙管測壓進(jìn)水閥20、粗糙管測壓回水閥8,逐漸調(diào)大流量調(diào)節(jié)閥，趕出導(dǎo)壓管內(nèi)氣泡。從小流量到最大流量，一般測取1520組數(shù)據(jù)。直管段的壓差用差壓變送器測量。光滑管和粗糙管直管阻力的測定使用同一差壓變送器，當(dāng)測量光滑管直管阻力時(shí)，要把通向粗糙管直管阻力的閥門關(guān)閉；同樣當(dāng)測量粗糙管直管阻力時(shí)，要把通向光滑管直管阻力的閥門關(guān)閉。4 .局部阻力測定關(guān)閉閥門17和18,部分開或半開閥門10,改變流量，用差壓變送器測量遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)壓差。遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)壓差的測量使用同一差壓變送器。當(dāng)測量遠(yuǎn)點(diǎn)壓差時(shí)，要把通向近點(diǎn)壓差的閥門關(guān)閉；同樣當(dāng)近點(diǎn)壓差時(shí)，要把通向遠(yuǎn)點(diǎn)壓差的閥門關(guān)閉。5 .測取水箱水溫。6 .待數(shù)據(jù)測量完畢

10、，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)設(shè)備電源。五、使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)注意的事項(xiàng)1 .壓力與溫度的數(shù)值由數(shù)字儀表直接讀取，記好初始值就可。2 .啟動(dòng)離心泵之前，以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必須檢查所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。3 .利用壓力傳感器測量大流量下P時(shí)，應(yīng)切斷空氣一水倒置U型玻璃管的閥門18、20否則影響測量數(shù)值。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 .較長時(shí)間未做實(shí)驗(yàn)，啟動(dòng)離心泵之前應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)，否則易燒壞電機(jī)。計(jì)算過程示瓠（均以，？-E'L優(yōu)將為例）.二.龍:遣菅直菅阻力+直管阻力引起的壓強(qiáng)降,3旺二高褊；匚胃聚詈=00029

11、4KPa.F、由Q10/（3600,1000）1流速：u=-=y=O.O553msA3-14*（空當(dāng)直管摩擦系數(shù)；A=0.0090922dAPf_2*0008*0.0029411000plu2-996.7-1690*OJOS532雷諾數(shù)：*詈笑寫誓=499.5599二粗植萱宜萱阻力門管阻力引起的壓強(qiáng)降：A片-1s;二嗯黑署二口.01764守鼻,法寸Q10/（3600*1000）An,Cjl,i流速：u=£=r#（理j=0.O354m咱工力4威出：&第r2必Pf2*0,010*0.01764*1000口旦摩擦系數(shù)；入=詞=訴而嬴確不=°,1660史生些=41氏66阻0

12、.D008421一尋神.in；f,菅孟，m；if一超速,in八：尸一熊.津的冬.至,ktr/fJ淖體眄牡足、Nr；m-,Pf點(diǎn)啻范力引謳試I后林襦，Pa三.局部阻力（全開）一但2二。肥=093例,，a3“崎局部阻力壓差：AP.=2*AP,-AP=2*0,9-L2=0.6KPa網(wǎng)IHL心阻力系疑M）¥=（割.鬻"3L四.局部阻力（半開）¥Q600/（3600*1000）八八/）一.1流遙：u=-=-=0.9436m*L，A打/（竿）局部阻力壓差：AP口=2*AP近-AP遠(yuǎn)=2*18-1&2=173KP總阻力系如M）號(hào)=（豺釜=4。工4耳表1直管阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

13、（光滑管）溫度：26.40c粘度：0.0008825Pas(N.s/m2)密度：996.7kg/m序號(hào)8M:-1Q(L.h)R壓降P(KPa)流速/-1u(m.s)Re入KPammH2O11032.632.30.002940.0553499.55990.00909221532.832.20.005880.0829749.33990.0080823203332.30.006860.1106999.11990.00530442533.332.30.00980.13821248.89980.00484953033.432.10.012740.16591498.67980.0043786403431.

14、60.023520.22121998.23970.00454675034.7310.036260.27652497.79970.00448586035.530.20.051940.33172997.35960.0044629703629.90.059780.38703496.91950.003773108037.228.80.082320.44233996.47950.003978119037.728.30.092120.49764496.03940.0035171210039.826.50.130340.55294995.59930.0040311315042.623.60.18620.82

15、947493.39900.0025591420051.515.50.35281.10589991.19870.002728153007.71.658714986.79800.0264591640013.72.211619982.39740.0264801750021.02.764524977.99670.0259781860029.23.317429973.59600.0250841970038.73.870334969.19540.0244252080049.54.423239964.79470.0239192190063.44.976144960.39410.02420622100077.

16、75.529049955.99340.024029表2直管阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（粗糙管）溫度：28.60c粘度：0.000842Pas(N.s/m2)密度：996.2kg/m3序號(hào)流量_-1Q(L.h1)R壓降P(KPa)流速/-1u(m.s)Re入KPammH2O11033.832.00.017640.0354418.66080.166621534.531.50.02940.0531627.99120.123432035.330.80.04410.0708837.32160.104142536.230.10.059780.08851046.65200.090353037.229.20.07840.

17、10621255.98240.082364039.626.90.124460.14151674.64320.073575042.224.50.173460.17692093.30390.065586045.821.40.239120.21232511.96470.062797046.920.40.25970.24772930.62550.0500108052.115.90.354760.28313349.28630.052311903.60.31853767.94710.4197121005.30.35394186.60790.5005131507.60.53086279.91180.3189

18、1420013.20.70778373.21580.31161530027.81.061612559.82370.29171640047.61.415416746.43160.28091750072.91.769320933.03950.2753186001012.123125119.64740.264919700131.92.477029306.25530.2542表3局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表(全開)溫度：29.10c密度：996.0kg/m3序號(hào)8M:-1Q(L.h1)近端壓差P近(KPa)遠(yuǎn)端壓差P遠(yuǎn)(KPa)流速/-1u(m.s)局用勺阻力壓差A(yù)P局(KPa)阻力系數(shù)工16000.91.20.94360.61.353126501.01.41.02230.61.152937001.21.51.10090.91.491247501.31.81.17950.81.154658001.52.01.258211.268568501.62.21.336811.123779001.82.51.41541.11.102589502.12.81