管路阻力實驗報告

1、實驗三管路阻力的測定一、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)管路阻力損失hf,管子摩擦系數(shù)入及管件、閥門的局部阻力系數(shù)Z的測定方法，并通過實驗了解它們的變化，鞏固對流體阻力基本理論的認識；2測定直管摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù)Re的關(guān)系；3測定管件、閥門的局部阻力系數(shù)。二、基本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，不可避免地會產(chǎn)生流體阻力損失。流體在流動時的阻力有直管摩擦阻力（沿程阻力）和局部阻力（流體流經(jīng)管體、閥門、流量計等所造成的壓力損失1. 入一Re關(guān)系的測定：流體流經(jīng)直管時的阻力損失可用下式計算：h八u-fd2式中：hf直管阻力損失，J/kg；L直管長度，m；d直管內(nèi)徑，m；u流體的流速，m/s；入一摩

2、擦系數(shù)，無因次。已知摩擦系數(shù)入是雷諾數(shù)與管子的相對粗糙度（®d）的函數(shù)，即入=（Re,A/d）。為了測定入一Re關(guān)系，可對一段已知其長度、管徑及相對粗糙度的直管，在一定流速（也就是Re一定）下測出阻力損失，然后按下式求出摩擦系數(shù)入:d2k=hfLu2阻力損失h可根據(jù)伯努利方程求出:h=(Z-Z)gf12對于水平直管p-pu2-u2+12+2P2上式變?yōu)椋篔/kg其中，什-p2為截面1與2間的壓力差，Pa；P流體的密度，kg/m3。用U形管壓差計測出兩截面的壓力，用溫度計測水溫，并查出其P、卩值，即可算出hf,并進而算出入。由管路上的流量計可知當時的流速，從而可計算出此時的Re數(shù)；得到

3、一個入一Re對應(yīng)關(guān)系，改變不同的流速，有不同的Re及入，可得某相對粗糙度的管子的一組入一Re關(guān)系。以入為縱坐標，Re為橫坐標，在雙對數(shù)坐標紙上作出入一Re曲線，與教材中相應(yīng)曲線對比。2局部阻力系數(shù)Z的測定流體流經(jīng)閥門、管件（如彎頭、三通、突然擴大或縮小）時所引起的阻力損失可用下式計算：u2h=匚J/kgf2式中Z即為局部阻力系數(shù)。只要測出流體經(jīng)過管件時的阻力損失hf以及流體在相同直徑的導(dǎo)管中的流速u即可算出阻力系數(shù)Z。三、實驗裝置和流程本實驗裝置主要設(shè)備有水箱和離心泵，離心泵1從水槽15吸入水，經(jīng)調(diào)節(jié)閥3送到管路阻力測量系統(tǒng)。經(jīng)直管的壓口10、彎頭11、渦輪測量計13后送回水槽15。測定管子摩

4、擦系數(shù)和閥件阻力系數(shù)時，打開離心泵進口閥2、出口閥3直管阻力損失和彎頭阻力損失用U形壓差計測定其壓差，指示液為水。管內(nèi)水的流量由渦輪流量計測定。用調(diào)節(jié)閥3可以改變流體通過管內(nèi)的流速，從而計算出不同流動狀態(tài)下的摩擦系數(shù)和彎頭阻力系數(shù)。1-離心泵2-泵進口閥3泵出口閥4-真空表5-壓力表6-轉(zhuǎn)速表7轉(zhuǎn)速傳感器8-冷卻風(fēng)扇9-加水旋塞10-測壓法蘭11-彎頭12-流量顯示表13-透明渦輪流量變送器14-計量槽15-水槽16-馬達天平測功機四、操作步驟1熟悉流程及使用的儀表；2. 實驗前將水槽充滿水，以后水可循環(huán)使用。3. 啟動離心泵，使用離心泵時注意：（1）離心泵在啟動前要灌水排氣；（2）離心泵要在

5、出口閥關(guān)閉的情況下啟動；（3）關(guān)閉前要先關(guān)出口閥。4. 排氣：為了減少實驗誤差，實驗前應(yīng)進行排氣。（1）管路排氣；（2）測壓導(dǎo)管排氣；5. 調(diào)節(jié)流量測取數(shù)據(jù)。調(diào)節(jié)時可在流量變化的整個幅度內(nèi)取810個讀數(shù)。每調(diào)一次流量后，應(yīng)等穩(wěn)定后同時讀取各測定點的數(shù)據(jù)。6. 局部阻力的測定步聚與直管阻力相同，記錄68組數(shù)據(jù)即可。7. 測定完畢，關(guān)閉出口閥，然后拉開電閘，停泵。本實驗的主要誤差是壓差計的讀數(shù)，故每個點要多讀幾次數(shù)據(jù)，取其平均值。五、實驗結(jié)果以及數(shù)據(jù)處理直管阻力數(shù)據(jù)表序號渦輪流量計示值（L/s）流量Q(m3/s)流速(m/s)直管壓力（mmH20）h(J/Kg)入Re左右R14.190.00419

6、3.1984733143.4733.3589.95.781020.0255987148869.323.90.00392.9770992165.2678.1512.95.026420.0256904138565.733.660.003662.7938931177.2631.3454.14.450180.0258259130038.543.360.003362.5648855190.3573.4383.13.754380.0258524119379.653.070.003072.3435115197.8523.4325.63.190880.026319310907662.740.002742.09

7、16031201.5470.6269.12.637180.027307397351.2572.40.00241.8320611207.5418.2210.72.064860.027868285271.1782.120.002121.6183206208.8376.4167.61.642480.028409975322.8791.720.001721.3129771211326.6115.61.132880.029769261111.01101.230.001230.9389313212.5273.861.30.600740.030868643701.48OPB屮EL/sJ©圖1入Re

8、雙對數(shù)圖計算范例：渦輪流量計顯示值X0.001=流量4.19(L/s)X0.001=0.00419(m3/s)流量F面積=流速0.00419F3.14(0.0408/2)2=3.198473(m/s)h二P1-P2J/kg589.9X0.001/996.7=5.78102(J/Kg)2u2fP5.78102X0.0408X2三1.8F3.1984732=0.0255987管件阻力數(shù)據(jù)表序號渦輪流量計示值(L/s)流量Q(m3/s)流速(m/s)管件壓力(mmH20)h(J/Kg)ZRe左右R14.190.004193.1984733233.5738504.54.94410.9665671488

9、69.323.90.00392.9770992243.5704.2460.74.514861.018797138565.733.660.003662.7938931272.2649.5377.33.697540.947378130038.543.360.003362.5648855284.2600.8316.63.102680.943259119379.653.070.003072.3435115293.5558.7265.22.598960.94644510907662.740.002742.0916031298.2513.22152.1070.96324397351.2572.40.002

10、41.8320611303.5470.1166.61.632680.97286285271.1782.120.002121.6183206305436.2131.21.285760.98188575322.8791.720.001721.3129771308.5398.189.60.878081.01870861111.01101.230.001230.9389313309356.547.50.46551.05604443701.48計算范例：渦輪流量計顯示值X0.001=流量4.19(L/s)X0.001=0.00419(m3/s)流量丁面積=流速0.004193.14(0.0408/2)2

11、=3.198473(m/s)h=P1-P2J/kgfP589.9X0.001996.7=5.78102(J/Kg)Re=lup/"£=2hf/u21.8mX3.198473X996.7三0.8737=148869.32X5.781023.1984732=0.966567討論與分析：1.從圖1上所繪的圖線可得隨著InRe的增大，In入隨之減少。對于本實驗的討論，從九=h-_!以及Re=lup/"來驗證，得到管路中的流動情況并不是呈現(xiàn)為層流狀態(tài)。從fLu2實驗數(shù)據(jù)Re中可以得知，同時，圖線也證實這一結(jié)論，假如流體的流動狀態(tài)是層流，那么A=64/Re那么取對數(shù)后的就會是

12、InA=-InRe+Ln64在圖線呈現(xiàn)的圖線為直線，而圖上的線段為高次的曲線，從而駁斥了層流的假設(shè)，一次流體的流動情況為非層流的論點得以證實。與此同時，從粗糙管紊流區(qū)的經(jīng)驗公式九=0.11(-)0.25可以推斷，本實驗的流體流動d情況也不是粗糙管紊流，因為在這種情況下，雷洛數(shù)Re與A沒有聯(lián)系，圖線會呈現(xiàn)為水平線，而從圖線可知雷洛數(shù)Re與A存在聯(lián)系，從而觀點得證。并且從無縫鋼管的相對粗糙度為0.040.17以及Re的數(shù)量級可以確定為非粗糙湍流區(qū)。2對于圖2,我們可以從實驗中得到的圖線為一段水平線，也就是隨著lnRe的變化ln£的變化極不明顯，在考慮到有實驗誤差的情況下，我們可以進一步得

13、出，管件阻力£與雷洛系數(shù)Re不存在必然的聯(lián)系。而在本次實驗當中阻力系數(shù)的值都比較接近于1,這可能跟管件材料很有關(guān)系。3綜上所述，直管管路的阻力與雷洛數(shù)Re,可能有關(guān)也可能無關(guān)，要對Re進行分類討論，而本次實驗得出的數(shù)據(jù)就在Re與入存在聯(lián)系的區(qū)間內(nèi)。而同時，實驗可得出管件阻力£與雷洛數(shù)Re不存在聯(lián)系，而跟它本身的材料有關(guān)系。所以，在設(shè)計管路的時候，我們因該考慮到這幾個參考數(shù)的決定因素，從而更加合理地進行設(shè)計。思考題：1.測壓孔的大小和位置，測壓導(dǎo)管的粗細和長短對實驗無影響，為什么？答：因為孔板式測壓計的的測量原理只涉及到流量的密度、液柱差、孔板的面積，以及管道內(nèi)徑，與測壓孔的大小和位置，測壓導(dǎo)管的粗細和長短無關(guān)，公式Q=C0Ao；2gR(p-p)/p中可以看出與題目的量無。ARe雙對數(shù)圖3.66OPBLPEL/sJ©.0306、i.0292I.A7F5170278I. 0271J.02641.0257、33LQD4G3Q0595DQ72700£590099100X-Axis£123001.2550012S7001.51900bi3.9入Re莫迪圖分析：從總體趨勢上講，曲線都有下降的趨勢，