實(shí)驗(yàn)一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定.doc

實(shí)驗(yàn)一 流體流動(dòng)阻力的測(cè)定1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 熟悉測(cè)定流體流經(jīng)直管和管件時(shí)的阻力損失的實(shí)驗(yàn)組織方法及測(cè)定摩擦系數(shù)的工程意義；(2) 學(xué)會(huì)用量綱分析方法解決工程實(shí)際問(wèn)題；(3) 學(xué)會(huì)壓差計(jì)、流量計(jì)的使用方法以及識(shí)別管路中各個(gè)管件、閥門的作用。1.2基本原理由于流體粘性的存在，流體在流動(dòng)的過(guò)程中會(huì)發(fā)生流體間的摩擦，從而導(dǎo)致阻力損失。層流時(shí)阻力損失的計(jì)算式是由理論推導(dǎo)得到的；湍流時(shí)由于情況復(fù)雜得多，未能得出理論式，但可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，獲得經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算式。其研究的基本步驟如下：2. 尋找影響過(guò)程的主要因素對(duì)所研究的過(guò)程作初步的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的歸納，盡可能地列出影響過(guò)程的主要因素。對(duì)湍流時(shí)直管阻力損失hf與諸多影響因素的關(guān)系式應(yīng)為：h f =f (d, u,) (1) 2. 量綱分析法規(guī)劃實(shí)驗(yàn) 當(dāng)一個(gè)過(guò)程受多個(gè)變量影響時(shí)，通常用網(wǎng)絡(luò)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)以尋找自變量與因變量的關(guān)系，以（1）式為例，若每個(gè)自變量的數(shù)值變化10次，測(cè)取hf的值而其他自變量保持不變，6個(gè)自變量，實(shí)驗(yàn)次數(shù)將達(dá)106。為了減少實(shí)驗(yàn)工作量，需要在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行規(guī)劃，以盡可能減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)。量綱分析法是通過(guò)將變量組合成無(wú)量綱數(shù)群，從而減少實(shí)驗(yàn)自變量的個(gè)數(shù)，大幅度地減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，其可以由定理加以證明：在物理方程量綱一致性的條件下，任何一個(gè)方程都可化為無(wú)量綱方程，無(wú)量綱方程的變量總數(shù)=原方程變量總數(shù)基本量綱數(shù),（1）式共有7個(gè)變量總數(shù)，在流體力學(xué)范疇，基本量綱共有3個(gè)，它們是L、M、T, 定理告訴我們：無(wú)量綱數(shù)群的個(gè)數(shù)=7-3=4 則： 1=2=3=4= 量綱分析法可以將對(duì)（1）式的研究轉(zhuǎn)變成對(duì)以下（2）式的4個(gè)無(wú)量綱數(shù)之間的關(guān)系的研究。 即： （2）由于與成正比，那么以上（2）式可寫為： （3） 若實(shí)驗(yàn)設(shè)備是水平直管，以上（3）式可寫為： （4）所以： （5）即： （6） 局部阻力： （7）由（5）式可知，為了要測(cè)定（6）式的曲線關(guān)系，若裝置已經(jīng)確立，物系也已確定，那么只隨Re而變，實(shí)驗(yàn)操作變量?jī)H是流量，改變流量的手段是閥門的開(kāi)度，由閥門開(kāi)度的變化達(dá)到改變流速u的目的，因此在管路中需要安裝一個(gè)流量計(jì)；在直徑為d、長(zhǎng)度為l的水平直管上，引出二個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，并接上一個(gè)壓差計(jì)；現(xiàn)測(cè)2根直管，切換實(shí)用1個(gè)壓差計(jì)；同時(shí)測(cè)定2種局部阻力系數(shù)，切換使用再需要1個(gè)壓差計(jì)；實(shí)驗(yàn)體系確定后，、是物性參數(shù)，它們只取決于實(shí)驗(yàn)溫度，所以，在實(shí)驗(yàn)裝置中需要安裝測(cè)流體的溫度計(jì)；再配上變頻器、水槽、泵、閥門、管件等組建成以下循環(huán)管路，見(jiàn)如下實(shí)驗(yàn)裝置流程圖。1.3 實(shí)驗(yàn)流程圖圖1 流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)流程圖1.4 實(shí)驗(yàn)步驟1. 關(guān)閉出口控制閥，打開(kāi)平衡閥，打開(kāi)光滑管引壓閥、光滑管切換閥、彎頭引壓閥，關(guān)閉其它所有閥；打開(kāi)引水閥，灌泵，放氣，然后關(guān)閉這2個(gè)閥；打開(kāi)總電源；啟動(dòng)泵。2. 系統(tǒng)排氣（1） 總管排氣：先將控制閥開(kāi)足然后再關(guān)閉，重復(fù)三次，目的為了使總管中的大部分氣體被排走，然后打開(kāi)總管排氣閥，開(kāi)足后再關(guān)閉，重復(fù)三遍。（2） 引壓管排氣：依次對(duì)4個(gè)放氣閥進(jìn)行排氣，將閥門開(kāi)、關(guān)重復(fù)三次。（3） 壓差計(jì)排氣：關(guān)閉2個(gè)平衡閥，重復(fù)上述（2）步驟。3. 檢驗(yàn)排氣是否徹底是將控制閥開(kāi)至最大，再關(guān)至為零，看壓差變送器計(jì)讀數(shù)，若前后讀數(shù)相等，則判斷系統(tǒng)排氣徹底；若前后讀數(shù)不等，則重復(fù)上述（2）、（3）步驟。4. 由于系統(tǒng)的流量計(jì)量采用渦輪流量計(jì)，其小流量受到結(jié)構(gòu)的限制，因此，從大流量做起，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。5. 實(shí)驗(yàn)布點(diǎn) 先將控制閥開(kāi)至最大，讀取流量顯示儀讀數(shù)qv大，在qv大和流量為0.2或0.1之間布15個(gè)點(diǎn)，考慮實(shí)驗(yàn)的合理布點(diǎn)，遵從大流量時(shí)少布點(diǎn)，小流量時(shí)多布點(diǎn)的原則。6. 光滑管阻力和彎頭局部阻力的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開(kāi)平衡閥，關(guān)閉阻力控制閥；7. 切換流體至粗糙管和閥門，即打開(kāi)粗糙管引壓閥、粗糙管切換閥、閥門引壓閥，關(guān)閉其它所有閥；8. 重復(fù)步驟5，得到粗糙管阻力和彎頭局部阻力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。9. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開(kāi)平衡閥，關(guān)閉阻力控制閥，打開(kāi)離心泵控制閥，進(jìn)行離心泵特性曲線測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，上機(jī)數(shù)據(jù)處理。1.5 阻力原始數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果1、一次性原始數(shù)據(jù)記錄裝置號(hào) ，水溫 ，光滑管管長(zhǎng) m，光滑管管徑 mm，粗糙管管長(zhǎng) m，粗糙管管徑 mm，彎頭管徑 mm，閥門管徑 mm 2、原始數(shù)據(jù)表No流量qv(L/s)光滑管壓差p光（kPa）異徑彎頭壓差p異（kPa）No流量qv(L/s)粗糙管壓差p粗（kPa）閥門壓差p閥（kPa）1122334455667788991010111112121313141415151.6數(shù)據(jù)處理1. 上機(jī)處理數(shù)據(jù)或手工繪圖，繪制Re曲線圖形；2. 測(cè)定局部阻力系數(shù)；3. 選擇一組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并與上機(jī)結(jié)果比較。1.7思考題