1,流體阻力.doc

實(shí)驗(yàn)一 流動過程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 流動過程綜合實(shí)驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。（2）識別組成管路的各種管件、閥門的結(jié)構(gòu)、使用方法和性能。（3）學(xué)習(xí)壓差計、流量計的使用方法。（4）學(xué)習(xí)光滑直管和粗糙直管的摩擦系數(shù)l與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的測量方法，并驗(yàn)證流體處于不同流動類型時的l與Re二者間的關(guān)系。2 基本原理直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re的測定流體在管內(nèi)從一個截面流到另一個截面時，由于流體具有粘性，流體層之間的分子動量傳遞產(chǎn)生的內(nèi)摩擦阻力，或由于流體之間的湍流動量傳遞而引起的摩擦阻力，我們將這部分機(jī)械能稱為能量損失。下面給將介紹圓形直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定方法。對于不可壓縮流體在水平等直徑直管內(nèi)作定態(tài)流動，根據(jù)伯努利方程有： （1.1）（1.1）式中：hf壓頭損失，J/kg；L兩測壓點(diǎn)間直管長度，m；d直管內(nèi)徑，m；摩擦阻力系數(shù)；u流體流速，m/s；Pf直管阻力引起的壓降，N/m2；流體密度，kg/m3。將（1.1）式做適當(dāng)變形，可以得到摩擦系數(shù)的表達(dá)式，即： （1.2）雷諾準(zhǔn)數(shù)定義式如下： （1.3）（1.2）式中：流體粘度，Pa.s。在管壁粗糙度、管長和管徑一定的條件下，本實(shí)驗(yàn)選擇水作為流體，通過改變水的流量，并測得不同流量下的Pf值，連同L、d、u和（對一定流體來說，和都是溫度的函數(shù)，可以根據(jù)流體的種類及溫度從手冊中查出）一同帶入式（1.2）和（1.3），將能夠分別求出不同流量下的直管摩擦系數(shù)和雷諾準(zhǔn)數(shù)Re，從而整理出與Re的關(guān)系并繪制二者關(guān)系曲線。 3 實(shí)驗(yàn)裝置3.1 實(shí)驗(yàn)裝置流程流體流動過程綜合實(shí)驗(yàn)裝置如圖1.2所示。圖1.2 流動過程綜合實(shí)驗(yàn)流程示意圖1-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（孔板流量計）；12-壓力傳感器；13-渦流流量計；18、32-閥門；20-粗糙管閥；22-小轉(zhuǎn)子流量計；23-大轉(zhuǎn)子流量計；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3.2 主要設(shè)備與儀器規(guī)格及參數(shù)流體流動過程綜合實(shí)驗(yàn)裝置主要設(shè)備及儀器規(guī)格參數(shù)見表1.1。表1.1 主要設(shè)備與儀器規(guī)格及參數(shù)序號名稱規(guī)格及參數(shù)1被測直管段光滑管：管徑d=0.008 m，管長L=1.708 m，不銹鋼材質(zhì)；粗糙管: 管徑d=0.01 m，管長L=1.713 m，不銹鋼材質(zhì)2文丘里流量計文丘里喉徑d=0.020 m3壓差傳感器型號：LXWY，測量上限：200 KPa4離心泵型號：WB70/055，電機(jī)效率60%5真空表用于泵吸入口真空度的測量，測量范圍-0.1-0 Mpa，精度1.5級，真空表測壓位置管內(nèi)徑d1=0.028 m6壓力表用于泵出口壓力的測量，測量范圍0-0.25 MPa，精度1.5級，壓力表測壓位置管內(nèi)徑d2=0.042 m4 實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)4.1 實(shí)驗(yàn)步驟 流體阻力測量（1）首先向蓄水槽內(nèi)注入水直至水滿為止（最好使用蒸餾水，以保持流體清潔）。（2）光滑管阻力測定（步驟a、b和c）。a. 關(guān)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(jìn)水閥，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)行驅(qū)趕氣泡操作。導(dǎo)壓系統(tǒng)如圖1.3所示。圖1.3 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型管驅(qū)趕氣泡操作方法如下：加大流量，打開U型管進(jìn)出水閥11，使倒置U型管內(nèi)液體充分流動，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24關(guān)閉，U型管進(jìn)出水閥11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3、4閥，使液柱降至中點(diǎn)上下時馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣水柱，此時管內(nèi)液柱高度差不一定應(yīng)為零。然后關(guān)閉放空閥26，打開U型管進(jìn)出水閥11，此時U型管兩液柱的高度差應(yīng)為零（12 mm的高度差可以忽略），如不為零則表明管路中有氣泡存在，需要重復(fù)進(jìn)行驅(qū)趕氣泡操作。b. 該裝置兩個轉(zhuǎn)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。c. 差壓變送器與倒置U型管亦是并聯(lián)連接，用于測量壓差，小流量時用置U型管壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一般測取1520組數(shù)據(jù)。注：在測大流量的壓差時應(yīng)關(guān)閉U型管的進(jìn)出水閥11，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1520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。4.2 注意事項(xiàng)（1）實(shí)驗(yàn)前，請仔細(xì)閱讀說明書中關(guān)于直流數(shù)字表操作方法部分。（2）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(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,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） 若較長時間未做實(shí)驗(yàn)，啟動離心泵時應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動，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)速器時一定注意FWD指示燈亮，切忌按FWD REV鍵，REV指示燈亮?xí)r電機(jī)反轉(zhuǎn)。（8）啟動離心泵前，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運(yùn)行。5 實(shí)驗(yàn)記錄5.1 光滑管內(nèi)流體流動阻力實(shí)驗(yàn)記錄表1.2 光滑管內(nèi)流體流動實(shí)驗(yàn)記錄（裝置編號： 光滑管內(nèi)徑= mm，管長= m）工作流體： 流體溫度： 流體密度： 流體粘度：序號流量(l/h)直管壓差PP（Pa）流速u(m/s)Re（kPa）（mmH2O）123456781013141516171819205.2 粗糙管內(nèi)流體流動阻力實(shí)驗(yàn)記錄表1.3 光滑管內(nèi)流體流動實(shí)驗(yàn)記錄（裝置編號： 粗糙管內(nèi)徑= mm，管長= m）工作流體： 流體溫度： 流體密度： 流體粘度：序號流量(l/h)直管壓差PP（Pa）流速u(m/s)Re（kPa）（mmH2O）123456781013141516171819206 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理（1）繪制流體在光滑管和粗糙管內(nèi)的流動摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系曲線。（2）繪制文丘里流量計流量標(biāo)定曲線（流量-壓差關(guān)系）及流量系數(shù)和雷諾數(shù)之間的關(guān)系曲線（C-Re關(guān)系）。（3）繪制離心泵性能曲線。（4）繪制離心泵管路特性曲線。7 思考題（1）在U型壓差計上裝設(shè)“平衡閥”有何作用？它們在何時開著，何時關(guān)閉？（2）