單相流動阻力測定實驗

1、單向流動阻力測定實驗裝置說明書天津大學化工基礎實驗中心201306一、實驗目的：1.學習直管摩擦阻力Pf 、直管摩擦系數(shù)l的測定方法。2.掌握直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re和相對粗糙度之間的關系及其變化規(guī)律。3.掌握局部摩擦阻力Pf 、局部阻力系數(shù)的測定方法。4.學習壓強差的幾種測量方法和提高其測量精確度的一些技巧。二、實驗內容：1.測定實驗管路內流體流動的阻力和直管摩擦系數(shù)l。2.測定并繪制實驗管路內流體流動的直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re和相對粗糙度之間的關系曲線。3.測定管路部件局部摩擦阻力Pf和局部阻力系數(shù)。三、實驗原理：1.直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re的測定流體在管道內流動時，由于流體的粘性作

2、用和渦流的影響會產生阻力。流體在直管內流動阻力的大小與管長、管徑、流體流速和管道摩擦系數(shù)有關，它們之間存在如下關系： （1） （2） （3）式中：管徑，m ； 直管阻力引起的壓強降，Pa； 管長，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之間有一定的關系，這個關系一般用曲線來表示。在實驗裝置中，直管段管長l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度和粘度也是定值。所以本實驗實質上是測定直管段流體阻力引起的壓強降與流速（流量V）之間的關系。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和式（1-2）可計算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)，用式（3）計算對應的R

3、e，從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關系，繪出與Re的關系曲線。2局部阻力系數(shù)的測定: （4） （5）式中：局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力引起的壓強降，Pa；局部阻力引起的能量損失，Jkg。圖-1 局部阻力測量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強降 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、下游開兩對測壓口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）為近點壓差，（PaPa）為遠點壓差。其數(shù)值通過差壓傳感器來測量。四、實驗裝置基本情況:1.實驗裝置技術參數(shù)離心泵：型號WB 70/055 流量8m3h 揚程:12m 電機功率550W被測直管段：光滑管管徑d=0.0078 (m) 管長L-1.70 (m) 材料不銹鋼 粗糙管管徑d=0.01 (m) 管長L-1.70(m) 材料不銹鋼 被測局部阻力直管:管徑d=0.015(m) 管長L-1.70(m) 材料不銹鋼玻璃轉子流量計： 型號LZB25

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

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. 單相流動阻力測定實驗裝置面板示意圖見圖-3圖-3 實驗裝置面板示意圖五、實驗方法及步驟：1.向儲水槽內注水至水滿為止。(最好使用蒸餾水，以保持流體清潔) 2.光滑管阻力測定：關閉粗糙管路閥門，將光滑管路閥門全開，在流量為零條件下，打開通向倒置U型管的進水閥，檢查導壓管內是否有氣泡存在。若倒置U型管內液柱高度差不為零，則表明導壓管內存在氣泡。需要進行趕氣泡操作。導壓系統(tǒng)如圖三所示。操作方法如下：加大流量，打開U型管進出水閥門11，使倒置U型管內液體充分流動，以趕出管路內的氣泡；若觀察氣

7、泡已趕凈，將流量調節(jié)閥24關閉，U型管進出水閥11關閉，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，使液柱降至中點上下時馬上關閉，管內形成氣水柱，此時管內液柱高度差不一定為零。然后關閉放空閥26，打開U型管進出水閥11，此時U型管兩液柱的高度差應為零（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，需要重復進行趕氣泡操作。該裝置兩個轉子流量計并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計測量流量。差壓變送器與倒置U型管亦是并聯(lián)連接，用于測量壓差，小流量時用型管壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。應在最大流量和最小流量之間進行實驗操作，一般測取1520組數(shù)據(jù)。注：在

8、測大流量的壓差時應關閉U型管的進出水閥11，防止水利用U型管形成回路影響實驗數(shù)據(jù)。圖-4 導壓系統(tǒng)示意圖3、4-排水閥；11-U型管進水閥；12-壓力傳感器；26-U型管放空閥；27-U型管3.粗糙管阻力測定：關閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流量到最大流量，測取1520組數(shù)據(jù)。4.測取水箱水溫。待數(shù)據(jù)測量完畢，關閉流量調節(jié)閥，停泵。5.粗糙管、局部阻力測量方法同前。六、實驗操作注意事項：1.啟動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節(jié)閥是否關閉。2.利用壓力傳感器測量大流量下P時,應切斷空氣水倒置型玻璃管的閥門否則將影響測量數(shù)值的準確。3.在實驗過程中每調節(jié)一

9、個流量之后應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：計算過程1.流體阻力測量(1) 直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re的測定光滑管小流量數(shù)據(jù)：Q60(Lh) h 67(H2O)( 表一第17組數(shù)據(jù))實驗水溫=27.7 粘度0.85×10-3 (Pa.s) 密度995.81（kgm3） 管內流速 （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))實驗水溫=27.7 粘度0.85×10-3 (Pa.s) 密度995.81（k

10、gm3）管內流速 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)的測定局部阻力實驗數(shù)據(jù)：Q800(Lh) 近端壓差49.6(kPa) 遠端壓差50.1(kPa)實驗水溫=29.2 粘度0.82×10-3 (Pa.s) 密度995.40（kgm3）管內流速： （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.單相流動阻力實驗數(shù)據(jù)記錄表（光滑管）見表一表一 單相流動阻力實驗數(shù)據(jù)記錄表（光

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