單相流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)

1、單向流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明書天津大學(xué)化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心201306一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力Pf 、直管摩擦系數(shù)l的測(cè)定方法。2.掌握直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re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Pf 、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)l。2.測(cè)定并繪制實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)流體流動(dòng)的直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re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Pf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)定流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性作

2、用和渦流的影響會(huì)產(chǎn)生阻力。流體在直管內(nèi)流動(dòng)阻力的大小與管長(zhǎng)、管徑、流體流速和管道摩擦系數(shù)有關(guān)，它們之間存在如下關(guān)系： （1） （2） （3）式中：管徑，m ； 直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa； 管長(zhǎng)，m； 流體的密度，kg / m3；流速，m / s； 流體的粘度，N·s / m2。 直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re之間有一定的關(guān)系，這個(gè)關(guān)系一般用曲線來(lái)表示。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)降與流速（流量V）之間的關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和式（1-2）可計(jì)算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)，用式（3）計(jì)算對(duì)應(yīng)的R

3、e，從而整理出直管摩擦系數(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: （4） （5）式中：局部阻力系數(shù)，無(wú)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 可用下面的方法測(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，在其上、下游開兩對(duì)測(cè)壓口a-a'和b-b，見圖1-1，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 （1-6）在bb之間列柏努利方程式： PbPb = Pf，bc+

4、Pf，bc+Pf = Pf，a b+Pf，ab+Pf （1-7）聯(lián)立式（1-6）和（1-7），則：2（PbPb）（PaPa）為了便于區(qū)分，稱（PbPb）為近點(diǎn)壓差，（PaPa）為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差。其數(shù)值通過差壓傳感器來(lái)測(cè)量。四、實(shí)驗(yàn)裝置基本情況:1.實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)參數(shù)離心泵：型號(hào)WB 70/055 流量8m3h 揚(yáng)程:12m 電機(jī)功率550W被測(cè)直管段：光滑管管徑d=0.0078 (m) 管長(zhǎng)L-1.70 (m) 材料不銹鋼 粗糙管管徑d=0.01 (m) 管長(zhǎng)L-1.70(m) 材料不銹鋼 被測(cè)局部阻力直管:管徑d=0.015(m) 管長(zhǎng)L-1.70(m) 材料不銹鋼玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)： 型號(hào)LZB25

5、測(cè)量范圍1001000（L/h） 型號(hào) LZB10 測(cè)量范圍10100（L/h） 壓差傳感器：型號(hào)LXWY 測(cè)量范圍200 KPa數(shù)字顯示儀表: 溫度測(cè)量 Pt100 數(shù)顯儀表：AI501B壓差測(cè)量 壓差傳感器 數(shù)顯儀表：AI501BV242. 單相流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖（見圖-2）圖-2 單相流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1-水箱；2-離心泵；3、4-放水閥；5、13-緩沖罐；6-局部阻力近端測(cè)壓閥；7、15-局部阻力遠(yuǎn)端測(cè)壓閥；8、20-粗糙管測(cè)壓閥；9、19-光滑管測(cè)壓閥；10-局部阻力管閥；11-U型管進(jìn)出水閥；12-壓力傳感器；14-大流量調(diào)節(jié)閥； 15、16-水轉(zhuǎn)子流量計(jì)；

6、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；3. 單相流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置面板示意圖見圖-3圖-3 實(shí)驗(yàn)裝置面板示意圖五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟：1.向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水至水滿為止。(最好使用蒸餾水，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，將光滑管路閥門全開，在流量為零條件下，打開通向倒置U型管的進(jìn)水閥，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)如圖三所示。操作方法如下：加大流量，打開U型管進(jìn)出水閥門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；若觀察氣

7、泡已趕凈，將流量調(diào)節(jié)閥24關(guān)閉，U型管進(jìn)出水閥11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，此時(shí)管內(nèi)液柱高度差不一定為零。然后關(guān)閉放空閥26，打開U型管進(jìn)出水閥11，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。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

8、測(cè)大流量的壓差時(shí)應(yīng)關(guān)閉U型管的進(jìn)出水閥11，防止水利用U型管形成回路影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖-4 導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖3、4-排水閥；11-U型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；26-U型管放空閥；27-U型管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)操作注意事項(xiàng)：1.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。2.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。3.在實(shí)驗(yàn)過程中每調(diào)節(jié)一

9、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)。 七、附數(shù)據(jù)處理過程舉例：計(jì)算過程1.流體阻力測(cè)量(1) 直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re的測(cè)定光滑管小流量數(shù)據(jù)：Q60(Lh) h 67(H2O)( 表一第17組數(shù)據(jù))實(shí)驗(yàn)水溫=27.7 粘度0.85×10-3 (Pa.s) 密度995.81（kgm3） 管內(nèi)流速 （m/s）阻力降 =656(Pa)雷諾數(shù) 3.19×103阻力系數(shù) 4.97×10-2粗糙管大流量數(shù)據(jù)：Q300(Lh) P 24.7(kPa)(表二第13組數(shù)據(jù))實(shí)驗(yàn)水溫=27.7 粘度0.85×10-3 (Pa.s) 密度995.81（k

10、gm3）管內(nèi)流速 1.06 （m/s）阻力降 24.7×1000 = 24700（Pa)雷諾數(shù) 1.24×104阻力系數(shù) = 0.262.局部阻力系數(shù)的測(cè)定局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：Q800(Lh) 近端壓差49.6(kPa) 遠(yuǎn)端壓差50.1(kPa)實(shí)驗(yàn)水溫=29.2 粘度0.82×10-3 (Pa.s) 密度995.40（kgm3）管內(nèi)流速： （m/s）局部阻力： 2(PbPb)(PaPa) =（2×49.6-50.1）×1000=49100（Pa)局部阻力系數(shù)： 3.單相流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表（光滑管）見表一表一 單相流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表（光

11、滑管）光滑管內(nèi)徑7.8mm 管長(zhǎng)1.70m 液體溫度 液體密度 kg/m 液體粘度= Pa.S序號(hào)流量(l/h)直管壓差PP（Pa）流速u(m/s)Re（kPa）（mmH2o）123456789101112131415161718194.單相流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（粗糙管）見表二表二 單相流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表（粗糙管）粗糙直管內(nèi)徑10mm 管長(zhǎng)1.70 液體溫度 液體密度 kg/m 液體粘度= mPa.S序號(hào)流量(l/h)直管壓差PP（Pa）流速u(m/s)Re（kPa）（mmH2o）1234567891011121314155.單相流體阻力實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)記錄（局部阻力）見表三表三 流體阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表（局部阻力）