管道流體阻力測定實(shí)驗(yàn)講義

實(shí)用文檔管道流體阻力測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力,直管摩擦系數(shù)的測定方法。2.掌握直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和相對粗糙度之間的關(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)的測定方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測定實(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)和相對粗糙度之間的關(guān)系曲線。3.測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)與雷諾數(shù)Re的測定直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對粗糙度的函數(shù)，即，對一定的相對粗糙度而言，。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）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，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l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度ρ和粘度μ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△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)λ，用式（4）計(jì)算對應(yīng)的Re，整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出λ與Re的關(guān)系曲線。2．局部阻力系數(shù)的測定式中：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，J／kg。圖-1局部阻力測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，在上、下游各開兩對測壓口a-a'和b-b＇如圖-1，使ab＝bc；a＇b＇＝b＇c＇，則△Pf，ab＝△Pf，bc；△Pf，a＇b＇=△Pf，b＇c＇在a~a＇之間列柏努利方程式Pa－Pa＇=2△Pf，ab+2△Pf，a＇b＇+△P＇f(5)在b~b＇之間列柏努利方程式：Pb－Pb＇=△Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f=△Pf，ab+△Pf，a＇b＇+△P＇f（6）聯(lián)立式(5)和(6)，則：＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)（7）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。其數(shù)值用差壓傳感器來測量。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)流程示意圖水箱；2-水泵；3-入口真空表；4-出口壓力表；5、16-緩沖罐；6、14-測局部阻力近端閥；7、15-測局部阻力遠(yuǎn)端閥；8、17-粗糙管測壓閥；9、21-光滑管測壓閥；10-局部阻力閥；11-文丘里流量計(jì)（孔板流量計(jì)）；12-壓力傳感器；13-渦流流量計(jì)；18、32-閥門；20-粗糙管閥；22-小轉(zhuǎn)子流量計(jì)；23-大轉(zhuǎn)子流量計(jì)；24閥門；25-水箱放水閥；26-倒U型管放空閥；27-倒U型管；28、30-倒U型管排水閥；29、31-倒U型管平衡閥2.實(shí)驗(yàn)裝置流程簡介水泵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測量流量，然后送入被測直管段測量流體流動(dòng)阻力，經(jīng)回流管流回儲(chǔ)水槽1。被測直管段流體流動(dòng)阻力ΔP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型管來測量。3.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)LZB—25100~1000（L/h）LZB—1010~100（L/h）2壓差傳感器型號(hào)LXWY測量范圍0--200KPa不銹鋼3離心泵型號(hào)WB70/055不銹鋼4文丘里流量計(jì)喉徑0.020m不銹鋼5實(shí)驗(yàn)管路管徑0.043m不銹鋼6真空表測量范圍0.1-0MPa精度1.5級(jí),真空表測壓位置管內(nèi)徑d1=0.028m7壓力表測量范圍0-0.25MPa精度1.5級(jí)壓強(qiáng)表測壓位置管內(nèi)徑d2=0.042m8渦輪流量計(jì)型號(hào)LWY-40測量范圍0—20m3/h9變頻器型號(hào)N2-401-H規(guī)格：（0-50）Hz表-2實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)第一套：光滑管：管徑d-0.008(m)管長L-1.70(m)粗糙管：管徑d-0.010(m)管長L-1.70(m)真空表與壓強(qiáng)表測壓口之間的垂直距離h0=0.23m第二套：光滑管：管徑d-0.008(m)管長L-1.70(m)粗糙管：管徑d-0.010(m)管長L-1.70(m)真空表與壓強(qiáng)表測壓口之間的垂直距離h0=0.23m4.實(shí)驗(yàn)裝置面板圖五、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.光滑管阻力測定①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24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28、30，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29,31，此時(shí)U型管兩液柱的高度差應(yīng)為零（1—2mm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②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。③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(shí)用∪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)操作，一般測取15～20組數(shù)據(jù)。注：在測大流量的壓差時(shí)應(yīng)關(guān)閉U型管的進(jìn)出水閥29,31，防止水利用U型管形成回路影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3.粗糙管阻力測定關(guān)閉光滑管閥，將粗糙管閥全開，從小流量到最大流量，測取15~20組數(shù)據(jù)。4.測取水箱水溫。待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。5.粗糙管、局部阻力測量方法同前。六．注意事項(xiàng)1.直流數(shù)字表操作方法請仔細(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—水倒置∪型玻璃管的閥門否則將影響測量數(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.若之前較長時(shí)間未做實(shí)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.使用變頻調(diào)速器時(shí)一定注意FWD指示燈亮，切忌按FWDREV鍵，REV指示燈亮?xí)r電機(jī)反轉(zhuǎn)。8.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)，以免損壞測量儀表。9.實(shí)驗(yàn)水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計(jì)運(yùn)行。七、數(shù)據(jù)記錄及處理1.數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果匯總表表-3流體阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（光滑管內(nèi)徑8mm、管長1.7m）液體溫度℃液體密度ρ=kg/m3液體粘度μ=mPa.S序號(hào)流量(l/h)直管壓差ΔPΔP（Pa）流速u(m/s)Reλ（kPa）（mmH2O）1100093.6290075.5380061.6470049.3560037.1650026.0740017.5830010.192005.0101001.711901151280941370731460541550371640221730141820919103表-4流體阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（粗糙管內(nèi)徑10mm、管長1.70m）（液體溫度℃液體密度ρ=kg/m3液體粘度μ=Pa.S）序號(hào)流量(l/h)直管壓差ΔPΔP流速uReλ（kPa）（mmH2O）（Pa）(m/s)11000169.82900140.73800115.3470092.1560069.2650049.2740033.7830