流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)

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APj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)為與雷諾數(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(cè)定方法；4、學(xué)習(xí)壓強(qiáng)差的幾種測(cè)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)人與雷諾數(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)，即九=f（Re,￡/d）,對(duì)一定的相對(duì)粗糙度而言，九=f（Re）o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）整理（1）（2整理（1）（2）兩式得2dAPd-u-pRe― H式中：d-管徑，m；APf-直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；l-管長(zhǎng)，m；u一流速，m/s；P-流體的密度，kg/m3；

目-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P和粘度口也是定值。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A(chǔ)P與流速u（流量V）之間的關(guān)系。f測(cè)得一系列流量下的AP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f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。NP'f

u22.局部阻力系數(shù)NP'f

u2式中：c-局部阻力系數(shù)，無(wú)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。］ ..△4,mb ..以口［，［匚 .APf,gJ七，..”4,、，玄’. \11 11 iri11 11a b cc;b;圖3局部阻力測(cè)量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強(qiáng)降A(chǔ)Pf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3，使ab=bc； a'b'=b'c‘則 3,ab=3,bc； 3,4尸3,b.c.在a?a,之間列柏努利方程式:

Pa—Pa.=2fab+2^Pf,a，b，+^P'f ⑺在b?b，之間列柏努利方程式：Pb-Pb，=3"…+Ap，f=△Pf,ab+△Pf,a，b，+^P，f ⑻聯(lián)立式（7）和（8），則：AP'=20—Ph）—（P-P）

f bb， aa，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(lái)測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù):⑴被測(cè)光滑直管段：管徑d—0.008m；管長(zhǎng)L—1.698m； 材料一不銹鋼管被測(cè)粗糙直管段：管徑d—0.010m； 管長(zhǎng)L—1.698m； 材料一不銹鋼管(2)被測(cè)局部阻力直管段:管徑(2)被測(cè)局部阻力直管段:管徑d—0.015m；管長(zhǎng)L—1.2m；材料—不銹鋼管(3)壓力傳感器:型號(hào):LXWY測(cè)量范圍:200KPa(4)直流數(shù)字電壓表:型號(hào):(3)壓力傳感器:型號(hào):LXWY測(cè)量范圍:200KPa(4)直流數(shù)字電壓表:型號(hào):PZ139測(cè)量范圍:0?200KPa(5)離心泵:型號(hào):WB70/055流量:8(m3／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(cè)量范圍精度LZB—40100?(6)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì):型號(hào)測(cè)量范圍精度LZB—40100?1000(L/h)1.5LZB—1010?100(L/h)2.5（7）渦輪流量計(jì)：型號(hào)：LWY型號(hào)：LWY-15測(cè)量范圍：0?6m3/h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(cè)量流量，然后送入被測(cè)直管段測(cè)量流體在光滑管或粗糙管的流動(dòng)阻力，或經(jīng)10測(cè)量局部阻力后回到儲(chǔ)水槽，水循環(huán)使用。被測(cè)直管段流體流動(dòng)阻力Ap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(lái)測(cè)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-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)壓回水閥；9、19-光滑管測(cè)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.向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水，直到水滿為止。（有條件最好用蒸餾水，以保持流體清潔）.直流數(shù)字表的使用方法請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀使用說(shuō)明書。.大流量狀態(tài)下的壓差測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)先接電預(yù)熱10?15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)。.光滑管阻力測(cè)定：⑴關(guān)閉粗糙管閥18、粗糙管測(cè)壓進(jìn)水閥20、粗糙管測(cè)壓回水閥8，將光滑管閥17、光滑管測(cè)壓進(jìn)水閥19、光滑管測(cè)壓回水閥9全開。⑵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。圖2導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖3,4-排水閥;8-粗糙管測(cè)壓回水閥;9-光滑管測(cè)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(cè)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。看U型管內(nèi)的水拄是否相平,相平及為管路中無(wú)氣泡存在,相反就要繼續(xù)上述操作過(guò)程。⑶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。⑷差壓變送器與倒置U型管也是并聯(lián)連接，用于測(cè)量直管段的壓差，小流量時(shí)用倒置U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)，一般測(cè)取15?20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(lái)測(cè)量壓差。.粗糙管阻力測(cè)定：關(guān)閉閥17、光滑管測(cè)壓進(jìn)水閥19、光滑管測(cè)壓回水閥9，全開閥18，旋開粗糙管測(cè)壓進(jìn)水閥20、粗糙管測(cè)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。⑵從小流量到最大流量，一般測(cè)取15~20組數(shù)據(jù)。⑶直管段的壓差用差壓變送器測(cè)量。光滑管和粗糙管直管阻力的測(cè)定使用同一差壓變送器，當(dāng)測(cè)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(cè)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。.局部阻力測(cè)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(cè)量遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)壓差。遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)壓差的測(cè)量使用同一差壓變送器。當(dāng)測(cè)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。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，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).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。.啟動(dòng)離心泵之前，以及從光滑管阻力測(cè)量過(guò)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。.利用壓力傳感器測(cè)量大流量下4P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(cè)量數(shù)值。在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(zhǎng)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(guò)程示例,（均明第一組鼓搗為例1,.....,優(yōu)遣菅直萱阻力4直管阻力引起的壓強(qiáng)降；%=經(jīng)絲竺絲吧=0.00294KPa.101,325KPa L01.325KPS流速:g2=3也吧=o.o553m,￡、A直管阻力引起的壓強(qiáng)降；%=經(jīng)絲竺絲吧=0.00294KPa.101,325KPa L01.325KPS流速:g2=3也吧=o.o553m,￡、A3.144立管摩擦系數(shù)：A=m

2dAPf2*O.ODS*D.OQ294*1000phi2996.7-1.693-0.05S32=0.009092.雷諾翔T二笑版—粗糙萱直管.阻力-直管阻力引起的壓強(qiáng)降：AP產(chǎn)101.325KPa 101.325KPi空塔之二直管阻力引起的壓強(qiáng)降：AP產(chǎn)101.325KPa 101.325KPi空塔之二0376的流速;Q_10/(3600^1000]=0.0354nrs吉監(jiān)廟國(guó)冢拓1 加APf 2^0.010*0.01764*1000八］匚/匚直『摩擦系數(shù)：入二儲(chǔ)二二一匕.口儂a”?！字Z施陪詈，唯篙茨［418.6604d—蒼盤，m：/一管花，m：打一流速，m八；.一流體的密應(yīng)，kg/m=：必一流體的拈度，N*s/tn:.四月一克管阻力引起的壓強(qiáng)降.P的二.局部阻力（全開）-流速：u=H幽笑箸=0.9436m—3.14*（^局部阻力壓差：AP,.=2*AP-AP..=2*0.9-1.2=0.6KPcV同J HVk阻力系數(shù)7啕個(gè)=（冷窯川53L四.局部阻力（半開）.，流速：u"=變空箸=U.9436msL3.14*（^-}局部阻力壓差：AP,,=2*ARF-APiif=2*18-18.2=17.8KPa，阻力系數(shù)7咤）令=（舒瑞罷=4。皿表2直管阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（粗糙管）表2直管阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（粗糙管）表表1直管阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（光滑管）溫度：26.40c 粘度：0.0008825Pa?s(N.s/m2) 密度：996.7kg/m3序號(hào)流量Q(L.h-1)R壓降□P(KPa)流速u(m.s-1)Re丸KPammH2O11032.632.30.002940.0553499.55990.00909221532.832.20.005880.0829749.33990.0080823203332.30.006860.1106999.11990.00530442533.332.30.00980.13821248.89980.00484953033.432.10.012740.16591498.67980.0043786403431.60.023520.22121998.23970.00454675034.7310.036260.27652497.79970.00448586035.530.20.051940.33172997.35960.0044629703629.90.059780.38703496.91950.003773108037.228.80.082320.44233996.47950.003978119037.728.30.092120.49764496.03940.0035171210039.826.50.130340.55294995.59930.0040311315042.623.60.18620.82947493.39900.0025591420051.515.50.35281.10589991.19870.002728153007.71.658714986.79800.0264591640013.72.211619982.39740.0264801750021.02.764524977.99670.0259781860029.23.317429973.59600.0250841970038.73.870334969.19540.0244252080049.54.423239964.79470.0239192190063.44.976144960.39410.02420622100077.75.529049955.99340.024029

序號(hào)流量Q(L.h-1)R壓降□P(KPa)流速u(m.s-1)Re丸KPammH2O11033.832.00.017640.0354418.66080.166621534.531.50.02940.0531627.99120.123432035.330.80.04410.0708837.32160.104142536.230.10.059780.08851046.65200.090353037.229.20.07840.10621255.98240.082364039.626.90.124460.14151674.64320.073575042.224.50.173460.17692093.30390.065586045.821.40.239120.21232511.96470.062797046.920.40.25970.24772930.62550.0500108052.115.90.354760.28313349.28630.052311903.60.31853767.94710.4197121005.30.35394186.60790.5005131507.60.53086279.91180.31891420013.20.70778373.21580.31161530027.81.061612559.82370.29171640047.61.415416746.43160.28091750072.91.769320933.03950.2753186001012.123125119.64740.264919700131.92.477029306.25530.2542粘度：0.000842Pa-s(N.s/m2)溫度：28.60C密度：996.2kg/m3表3局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表(全開)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)流量Q(L.h-1)近端壓差A(yù)P近(KPa)\——*AJ.JJ|~、八遠(yuǎn)端壓差A(yù)P遠(yuǎn)(KPa)流速u(m.s-1)局部阻力壓差A(yù)P(KPa)局阻力系數(shù)e16000.91.20.94360.61.353126501.01.41.02230.61.152937001.21.51.10090.91.491247501.31.81.17950.81.154658001.52.01.258211.268568501.62.21.336811