實驗一流體流動阻力測定實驗

1、一、實驗?zāi)康?1. 了解流體流動阻力的測定原理及方法； 2. 測定流體流過直管時的摩擦阻力,并確定摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系； 3. 測定流體流過管件時的局部阻力,并求出阻力系數(shù)； 4. 了解與本實驗有關(guān)的各種流量測量儀表、壓差測量儀表的結(jié)構(gòu)特點和安裝方式，掌握其測量原理、學會正確使用。二、實驗原理流體在管路中流動時，由于粘性剪應(yīng)力和渦流的存在，不可避免地會引起壓強損耗。這種損耗包括流體經(jīng)過直管的沿程阻力以及因流體運動方向改變或因管子大小形狀改變所引起的局部阻力。流體在水平均勻管道中穩(wěn)定流動時，由截面1到截面2，阻力損失表現(xiàn)在壓強的降低。影響阻力損失的因素十分復(fù)雜，目前尚不能用理論方法求解，必須通

2、過實驗研究其規(guī)律。為了減少實驗工作量，擴大實驗結(jié)果的應(yīng)用范圍，可采用因次分析法將各變量綜合成準數(shù)關(guān)系式。影響阻力損失的諸因素由：（1）流體性質(zhì)：密度，粘度；（2）管路的幾何尺寸：管徑，管長，管壁粗糙度；（3）流動條件：流速。局部阻力通常有兩種表示方法，即當量長度法和阻力系數(shù)法。（1）當量長度法流體流過某管件或閥門時，因局部阻力造成的損失，相當于流體通過與其具有相同管徑的若干米長度的直管阻力損失，這個直管長度稱為當量長度。（2）阻力系數(shù)法流體通過某一管件或閥門的阻力損失用流體在管路中的動能系數(shù)來表示。由于管件兩側(cè)距測壓孔間的直管長度很短，引起的摩擦阻力與局部阻力相比，可以忽略不計，因此動能系數(shù)之

3、值可應(yīng)用伯努利方程由壓差計讀數(shù)求出。三、實驗設(shè)備的功能與特點本實驗裝置可用于實驗教學和科研。利用該實驗裝置，可學習和掌握光滑直管、粗糙直管的阻力系數(shù)與雷諾準數(shù)的測量方法；也可學習局部阻力的測量方法；學習幾種壓差測量方法；加深對流體流動阻力概念的理解。 本實驗裝置的特點： 本實驗裝置數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，能給實驗者明確的流體流動阻力概念。 雷諾準數(shù)的數(shù)據(jù)范圍寬，可作出102104三個數(shù)量級。能夠測量出光滑管、粗糙管的阻力系數(shù)與雷諾準數(shù)的關(guān)系，同時也可以測量閥門局部阻力。 實驗采用循環(huán)水系統(tǒng)，節(jié)約實驗費用。 測量系統(tǒng)采用量程不同的兩種流量計和壓差測量儀表，測量精度較高。 采用壓力傳感器數(shù)字表系統(tǒng),測

4、量大流量下的流體流動阻力, 實驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。四、設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 被測光滑直管段： 管徑d； 管長L； 材料不銹鋼管 被測粗糙直管段： 管徑 d； 管長L； 材料不銹鋼管 被測局部阻力直管段: 管徑 d；管長 L； 材料不銹鋼管2壓力傳感器: 型號:LXWY 測量范圍: 200 KPa3直流數(shù)字電壓表: 型號: PZ139 測量范圍: 0 200 KPa4離心泵: 型號: WB70/055 流量: 8(m3h) 揚程: 12(m) 電機功率: 550(W) 5玻璃轉(zhuǎn)子流量計: 型號 測量范圍 精度 LZB LZB圖1 流動阻力實驗流程示意圖1-水箱；2-離心泵；3、4-放水閥；5、13-緩

5、沖罐；6-局部阻力近端測壓閥；7、15-局部阻力遠端測壓閥；8、20-粗糙管測壓回水閥；9、19-光滑管測壓閥；10-局部阻力管閥；11-U型管進水閥；12-壓力傳感器；14-流量調(diào)節(jié)閥； 15、16-水轉(zhuǎn)子流量計；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；實驗流程示意圖見圖1。 水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統(tǒng)，首先經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計15、16測量流量，然后送入被測直管段測量流體在光滑管或粗糙管的流動阻力，或經(jīng)10測量局部阻力后回到儲水槽，水循環(huán)使用。被測直管段流體流動阻力p可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣-水倒置

6、型管22來測量。五、實驗方法及步驟 向儲水槽內(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)字表的使用方法請詳細閱讀使用說明書。 大流量狀態(tài)下的壓差測量系統(tǒng)，應(yīng)先接電預(yù)熱1015分鐘，調(diào)好數(shù)字表的零點，然后啟動泵進行實驗。 光滑管阻力測定 關(guān)閉粗糙管閥18、粗糙管測壓進水閥20、粗糙管測壓回水閥8，將光滑管閥17全開。 在流量為零條件下，打開光滑管測壓進水閥19和回水閥9，旋開倒置U型管進水閥11，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，需要進行趕氣泡操作。導(dǎo)壓系統(tǒng)如圖2所示。操作方法如下：開大流量，使倒置U型管內(nèi)液體充分流動，以

7、趕出管路內(nèi)的氣泡；若認為氣泡已趕凈，將流量閥關(guān)閉；慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥21，打開閥3、4，使液柱降至零點上下時馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣-水柱，此時管內(nèi)液柱高度差應(yīng)為零。然后關(guān)閉放空閥21。圖2 導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖3,4-排水閥;8-粗糙管測壓回水閥;9-光滑管測壓回水閥；11- U型管進水閥；12-直管壓力傳感器；20-粗糙管測壓進水閥；21- U型管放空閥;22-U型管 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。 差壓變送器與倒置U型管也是并聯(lián)連接，用于測量直管段的壓差，小流量時用倒置型管壓差計測量，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行實驗

8、，一般測取1520組數(shù)據(jù)。建議當流量小于300Lh時,只用倒置型管來測量壓差。 粗糙管阻力測定（1）關(guān)閉閥17、光滑管測壓進水閥19、光滑管測壓回水閥9，全開閥18，旋開粗糙管測壓進水閥20、粗糙管測壓回水閥8，逐漸調(diào)大流量調(diào)節(jié)閥，趕出導(dǎo)壓管內(nèi)氣泡。（2） 從小流量到最大流量，一般測取1520組數(shù)據(jù)。（3） 直管段的壓差用差壓變送器測量。光滑管和粗糙管直管阻力的測定使用同一差壓變送器，當測量光滑管直管阻力時，要把通向粗糙管直管阻力的閥門關(guān)閉；同樣當測量粗糙管直管阻力時，要把通向光滑管直管阻力的閥門關(guān)閉。6局部阻力測定關(guān)閉閥門17和18，全開或半開閥門10，改變流量，用差壓變送器測量遠點、近點壓

9、差。遠點、近點壓差的測量使用同一差壓變送器。當測量遠點壓差時，要把通向近點壓差的閥門關(guān)閉；同樣當近點壓差時，要把通向遠點壓差的閥門關(guān)閉。7測取水箱水溫。8待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。六、數(shù)據(jù)記錄與處理表一、直管阻力實驗數(shù)據(jù)表光滑直管內(nèi)徑、管長米 t= 序號Q（L/h）RP（Pa）u（m/s）Re（KPa）（mmH2O）12345678910111213141516171819202122表二、直管阻力實驗數(shù)據(jù)表粗糙直管內(nèi)徑、管長米 t=序號Q（L/h）RP（Pa）u（m/s）Re（KPa）（mmH2O）1234567891011121314151617181920表三、局部阻力實驗數(shù)

10、據(jù)表序號實驗條件Q（L/h）近端壓差（KPa）遠端壓差（KPa）u（m/s）局部阻力壓差（KPa）阻力系數(shù)123456七、數(shù)據(jù)處理與分析八、使用實驗設(shè)備應(yīng)注意的事項 直流數(shù)字表操作方法請仔細閱讀說明書后,方可使用。 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。 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18、20否則影響測量數(shù)值。 在實驗過程中每調(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)。 較長時間未做實驗，啟動離心泵之前應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動，否則易燒壞電機。九、思考題預(yù)習報告思考題：1. 本次實驗中，數(shù)據(jù)表1與2中的原始數(shù)據(jù)有哪些？如何進行數(shù)據(jù)處理可得到摩擦系數(shù)？