流體流動(dòng)阻力測(cè)定.doc

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握流體經(jīng)直管和管閥件時(shí)阻力損失的測(cè)定方法。通過實(shí)驗(yàn)了解流體流動(dòng)中能量損失的變化規(guī)律。2、 測(cè)定直管摩擦系數(shù)于雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系。3、 測(cè)定流體流經(jīng)閘閥等管件時(shí)的局部阻力系數(shù)。4、 學(xué)會(huì)壓差計(jì)和流量計(jì)的適用方法。5、 觀察組成管路的各種管件、閥件，并了解其作用。二、基本原理 流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流的存在，不可避免得要消耗一定的機(jī)械能，這種機(jī)械能的消耗包括流體流經(jīng)直管的沿程阻力和因流體運(yùn)動(dòng)方向改變所引起的局部阻力。1、 沿程阻力流體在水平均勻管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失表現(xiàn)為壓力降低。即影響阻力損失的因素很多，尤其對(duì)湍流流體，目前尚不能完全用理論方法求解，必須通過實(shí)驗(yàn)研究其規(guī)律。為了減少實(shí)驗(yàn)工作量，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有普遍意義，必須采用因次分析方法將各變量組合成準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。根據(jù)因次分析，影響阻力損失的因素有， (a)流體性質(zhì)：密度、粘度； (b)管路的幾何尺寸：管徑d、管長(zhǎng)l、管壁粗糙度； (c)流動(dòng)條件：流速。可表示為：則式中，管徑，m；直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa； 管長(zhǎng)，m；流速，m/s；流體的密度，kg/m3；流體的粘度，Ns/m2。 稱為摩擦系數(shù)。層流時(shí)，64Re；湍流時(shí)是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對(duì)粗糙度的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定2、局部阻力 局部阻力通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。(a)當(dāng)量長(zhǎng)度法 流體流過某管件或閥門時(shí)，因局部阻力造成的損失，相當(dāng)于流體流過與其具有相當(dāng)管徑長(zhǎng)度的直管阻力損失，這個(gè)直管長(zhǎng)度稱為當(dāng)量長(zhǎng)度，用符號(hào) le表示。則流體在管路中流動(dòng)時(shí)的總阻力損失 為(b)阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或閥門時(shí)的阻力損失用流體在管路中的動(dòng)能系數(shù)來表示，這種計(jì)算局部阻力的方法，稱為阻力系數(shù)法。即式中，局部阻力系數(shù)，無(wú)因次； u 在小截面管中流體的平均流速，ms 由于管件兩側(cè)距測(cè)壓孔間的直管長(zhǎng)度很短，引起的摩擦阻力與局部阻力相比，可以忽略不計(jì)。因此hf之值可應(yīng)用伯努利方程由壓差計(jì)讀數(shù)求取。3、 實(shí)驗(yàn)裝置與流程1、實(shí)驗(yàn)裝置：主要部分由離心泵，不同管徑、材質(zhì)的管子，各種閥門和管件、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等組成。從上向下第一根為不銹鋼光滑管，第二根為鍍鋅鐵管，分別用于光滑管和粗糙管湍流流體流動(dòng)阻力的測(cè)定。第三根為不銹鋼管，其上裝有待測(cè)管件（閘閥），用于局部阻力的測(cè)定。 第四根，為內(nèi)徑為10mm的細(xì)銅管，用于層流流動(dòng)阻力的測(cè)定。 圖1 流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置流程圖(1)大流量調(diào)節(jié)閥；(2)大流量轉(zhuǎn)子流量計(jì)；(3)光滑管調(diào)節(jié)閥；(4)粗糙管調(diào)節(jié)閥；(5)光滑管；(6)粗糙管；(7)局部阻力閥；(8)離心泵；(9)排水閥；(10)倒U管(11) (11)近端測(cè)壓點(diǎn)；(12)(12)遠(yuǎn)端測(cè)壓點(diǎn)；(13)(13)切斷閥；(14)(14)放空閥；(15)(15)光滑管壓差；(16)(16)粗糙管壓差；(17)數(shù)字電壓表；(18)壓差變送器 2、裝置結(jié)構(gòu)尺寸表1 裝置參數(shù)名稱材質(zhì)管內(nèi)徑/mm測(cè)試長(zhǎng)度/m裝置1裝置2光滑管不銹鋼食品管28.97428.47551.2粗糙管鍍鋅鐵管27.740627.74061.2局部阻力閘閥27.887827.88781.2層流管鋼管882.53、倒U型壓差計(jì)的使用：（1）排出系統(tǒng)和導(dǎo)壓管內(nèi)的氣泡。（調(diào)節(jié)前要保證系統(tǒng)有比較高的水壓） 關(guān)閉進(jìn)氣閥門3、出水活塞5和平衡閥門4。打開高壓側(cè)閥門1、低壓側(cè)閥門2。（注：水經(jīng)過系統(tǒng)管路、高壓側(cè)閥門、倒U型管、低壓側(cè)閥門1排出系統(tǒng)。）（2）吸入空氣、平衡水位。 關(guān)閉1和2兩個(gè)出入水閥門，打開進(jìn)氣閥3、平衡閥4。緩慢開啟出水活塞5，使玻璃管內(nèi)的水管吸入空氣到水柱高度為30cm，關(guān)閉閥4、5、3。（3）待用與使用。然后打開1和2兩個(gè)閥門。液位壓差計(jì)即處于可使用狀態(tài)。四、實(shí)驗(yàn)步驟整個(gè)管道可以分為光滑管、粗糙管、閘閥、層流管四路，每次只開啟其中的一路，其它旁路一般要關(guān)閉。1、光滑管、粗糙管、閘閥實(shí)驗(yàn)（1）開啟離心泵，調(diào)節(jié)閥門，使水通過其中一路，其他三路關(guān)閉。（2）壓差計(jì)排氣調(diào)零。 （3）調(diào)流量，測(cè)流速。 流量從1 m3 /h開始，每次改變0.4m3 /h，測(cè)量壓差。若實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想，需重做。2、層流實(shí)驗(yàn)（1）開另外一路，以降低該管路的水壓。（2）開啟這一路。（3）壓差計(jì)排氣調(diào)零。（4）調(diào)不同流量（流量由流量計(jì)控制，測(cè)定6組以上流量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)點(diǎn)一般均勻分布），記錄流速和壓差。五、數(shù)據(jù)記錄與處理 實(shí)驗(yàn)溫度 t=18.9 查數(shù)據(jù)可知 黏度：1.0299 mPas 密度：998.3 kg/m3 表一 原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 流量Lh光滑管 粗糙管 閘閥H1cmH2cmHcmH1cmH2cmHcmH1cmH2cmHcm580027.554.326.83.678.274.619.843.223.4520028.450.622.29.458.749.320.639.418.8460029.147.218.113.561.447.921.035.514.5400029.843.81417.653.936.321.532.711.2340030.341.010.721.347.225.921.829.98.1280030.638.57.923.342.619.321.927.35.4220031.136.25.126.337.210.921.725.23.5160031.534.32.827.634.46.821.923.51.61000L=1m3，以V=5.8m3/h為例，hf=p /=gH=9.810.268=2.629 J/kg ， ， L=1.2m，d=28.974mm， =0.02124，Re=3012.98表二 實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果序號(hào)光滑管阻力粗糙管阻力局部阻力直管摩擦系數(shù)103雷諾數(shù)Re直管摩擦系數(shù)103雷諾數(shù)Re局部阻力系數(shù)121.243012.9847.571345.410.6593221.892923.6839.111636.430.6589322.812806.1748.561318.010.6495423.332743.2748.671315.080.6634524.682593.2848.061331.670.6641626.872382.1352.811211.980.6528728.092277.9948.311324.820.6854829.162194.6156.981123.230.5923（1）粗糙管由數(shù)據(jù)作圖得：（2）柏拉修斯公式: =(0.3164)/Re(0.25)，上式適用范圍為Re=3*1031*105項(xiàng)目12345678實(shí)驗(yàn)10321.2421.9822.8123.3324.6826.8728.0929.16計(jì)算10342.7143.0343.4743.7244.3445.2945.8046.23相對(duì)誤差/50.2748.9247.5346.6444.3440.6738.6736.92（3）根據(jù)局部阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，閘閥全開時(shí)的平均為：=(0.6593+0.6589+0.6495+0.6634+0.6641+0.6528+0.6854+0.5923)/8=0.6532六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看我們實(shí)驗(yàn)的誤差相對(duì)還是蠻大的，說明我們?cè)趯?shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理過程中存在誤差。造成實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因有：（1） 在轉(zhuǎn)子流量計(jì)的調(diào)節(jié)過程中，凹液面并沒有完全與5800、1600等的刻度線數(shù)值完全對(duì)齊，造成實(shí)驗(yàn)誤差；（2） 在讀取液柱高度數(shù)據(jù)時(shí)，在判斷液面是否穩(wěn)定時(shí)存在視覺誤差；（3） 流量未控制得當(dāng)，未在平衡時(shí)讀數(shù)； (4) 實(shí)驗(yàn)所用的裝置本身存在誤差，實(shí)驗(yàn)所用的各種顯示數(shù)據(jù)的儀表也存在一定誤差。七、思考題1、流體流動(dòng)時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力？摩擦阻力以哪幾中形式反映出來？答：流體的黏性是產(chǎn)生阻力的主要原因，由于管壁間的摩擦易產(chǎn)生摩擦阻力形式有沿程阻力和局部阻力。2、如何檢驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的空氣已經(jīng)被排除干凈？若測(cè)壓管道中存有氣體將對(duì)測(cè)量帶來什么影響？答：實(shí)驗(yàn)開始前和結(jié)束后，都應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥，檢查倒U型壓差計(jì)各臂讀數(shù)是否相同