管道流體阻力測定實驗講義

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管道流體阻力測定

一、實驗?zāi)康?/p>

1.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力\Pf，直管摩擦系數(shù)2的測定方法。

2.掌握直管摩擦系數(shù)2與雷諾數(shù)Re和相對粗糙度之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。

3.掌握局部摩擦阻力蜴局部阻力系數(shù)4的測定方法。

二、實驗內(nèi)容

1.測定實驗管路內(nèi)流體流動的阻力和直管摩擦系數(shù)4。

2.測定實驗管路內(nèi)流體流動的直管摩擦系數(shù)；I與雷諾數(shù)Re和相對?粗糙度之間的關(guān)系曲線。

3.測定管路部件局部摩擦阻力?和局部阻力系數(shù)0。

三、實驗原理

1.直管摩擦系數(shù)2與雷諾數(shù)He的測定

直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對粗糙度的函數(shù)，即4=/(Re,c/〃)，對一定的相

對粗糙度而言，2=/(Re)o

流體在一定長度等直徑的水平圓管內(nèi)流動時，其管路阻力引起的能量損失為:

二絲

(1)

pP

乂因為摩擦阻力系數(shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系(范寧公式)

(2)

整理(1)(2)兩式得(3)

(4)

式中：管徑，m；AP/一直管阻力引起的壓強降，Pa；

/一管長，m；〃一流速，m/s；

P-流體的密度,kg/m3；〃一流體的粘度，N-s/m2o

在實驗裝置中，直管段管長/和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度p和粘度卜1也

是定值。所以本實驗實質(zhì)上是測定直管段流體阻力引起的壓強降4Pf與流速u(流量V)之

間的關(guān)系。

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根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和式（3）可計算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)入，用式（4）計算對應(yīng)的

Re,整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出入與Re的關(guān)系曲線。

2.局部阻力系數(shù)，的測定

'J（2\Pf

hr=—=<=-.——

P2\p）u~

式中：4-局部阻力系數(shù)，無因次：AP；-局部阻力引起的壓強降，Pa；

一局部阻力引起的能量損失，J/kg。

,_ab△Pf,becb?△4,b，a，_,

IIIIIIIIIIII

abcc'b'a'

圖-1局部阻力測量取壓口布置圖

局部阻力引起的壓強降"；可用下面方法測量：在?條各處直徑相等的直管段上，安裝待

測局部阻力的閥門，在上、下游各開兩對測壓口a㈤和b-b'如圖-1,使ab=bc；a'b'

=b'c',則APf,ab=APf,be；ZXPf.ab，=△Pf,be

在a?a'之間列柏努利方程式Pa-Pa.=2APf,ab+2APf,r+APf(5)

在b?b'之間列柏努利方程式：Pb-Pb=APf,bc+APf,b-C-+APf

=APf,ab+APf,a-b-+APf(6)

聯(lián)立式(5)和(6),貝Ij：AP；=2(Pb-Pb)-(Pa-Pa)(7)

為了實驗方便，稱(Pb-Pb)為近點壓差，稱(Pa-Pa)為遠點壓差。其數(shù)值用差壓傳感器

來測量。

四、實驗裝置的基本情況

1.實驗裝置流程示意圖

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圖2流動過程綜合實驗流程示意圖

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)子流星計；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

2.實驗裝置流程簡介

水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統(tǒng)，經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計22、23測量流量，

然后送入被測直管段測量流體流動阻力，經(jīng)回流管流回儲水槽1。被測直管段流體流動阻力

AP可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣一水倒置U型管來測量。

3.實驗設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

表-1實驗設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

序號名稱規(guī)格材料

LZB—25100-100()(L/h)

1玻璃轉(zhuǎn)子流量計

LZB—1010~100(L/h)

2壓差傳感器型號LXWY測量范闈0-200KPa不銹鋼

3離心泵型號WB7O/O55不銹鋼

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4文丘里流量計喉徑0.020m不銹鋼

5實驗管路管徑0.043m不銹鋼

測量范圍O.l-OMPa精度1.5級，

6真空表

真空表測壓位置管內(nèi)徑di=0.028m

測量范圍0-0.25MPa精度1.5級

7壓力表

壓強表測壓位置管內(nèi)徑d2=0.042m

8渦輪流量計型號LWY70測量范圍0—20m3/h

9變頻器型號N2-401-H規(guī)格：（0-50）Hz

表?2實驗設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

第一套：光滑管：管徑d-0.008(m)管長L-l.70(m)

粗糙管:管徑d-O.OlO(m)管長L-L70(m)

真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離ho=O.23m

第二套：光滑管:管徑d-0.008(m)管長L-L70(m)

粗糙管：管徑d-0.010(m)管長L-1.70(m)

真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離ho=O.23m

4.實驗裝置面板圖

oo

總電源

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五、實驗方法及步驟

L向儲水槽內(nèi)注水至水滿為止。（最好使用蒸鏘水，以保持流體清潔）

2.光滑管阻力測定

①關(guān)閉粗糙管路閥門8,17,20,將光滑管路閥門9,19,21全開，在流量為零條件下，打開

通向倒置U型管的進水閥29,31,檢杳導(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4所示操作

方法如下：

加大流量，打開U型管進出水閥門29,31,使倒置U型管內(nèi)液體充分流動，以趕出管

路內(nèi)的氣泡；若觀察氣泡已趕凈，將流量調(diào)節(jié)閥24關(guān)閉，U型管進出水閥29,31關(guān)閉，慢

慢旋開倒置U型管上部的放空閥26后，分別緩慢打開閥門28、30,使液柱降至中點上下

時馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣一水柱，此時管內(nèi)液柱高度差不一定為零。然后關(guān)閉放空腹26,

打開U型管講出水閥29,31,此時U型管兩液樣的高度差應(yīng)為零（1—2mm的高度差可以

忽略），如不為零則表明管路中仍有氣泡存在，需要重復(fù)進行趕氣泡操作。

3、4.排水閥；U?U型管進水閥；12?壓力傳感器;26?U型管放空閥；27?U型管

②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。

③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行實驗操作，一般測取15?

20組數(shù)據(jù)。

注：在測大流量的壓差時應(yīng)關(guān)閉U型管的進出水閥29,31,防止水利用U型管形成問路影響

實驗數(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15?20組數(shù)據(jù)。

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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。

六.注意事項

1.直流數(shù)字表操作方法請仔細(xì)閱讀說明書，待熟悉其性能和使用方法后再進行使用操作。

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時,應(yīng)切斷空氣一水倒置U型玻璃管的閥門否則將影響

測量數(shù)值的準(zhǔn)確。

4.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)。

5,若之前較長時間未做實驗，啟動離心泵時應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動，否則易燒壞電機。

6.該裝置電路采用五線三相制配電，實驗設(shè)備應(yīng)良好接地。

7.便用變頻調(diào)速器時一定注意FWD指示燈亮，切忌按|FWDR西鍵,REV指示燈亮?xí)r電機

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.實驗水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計運行。

七、數(shù)據(jù)記錄及處理

1.數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果匯總表

表-3流體阻力實驗數(shù)據(jù)記錄（光滑管內(nèi)徑8mm,管長1.7m）

液體溫度℃液體密度「=kg/m3液體粘度產(chǎn)mPa.S

流量直管壓差A(yù)PAP流速u

序號Re

(1/h)(kPa)(mmFLO)(Pa)(m/s)

1100093.6

290075.5

380061.6

470049.3

560037.1

650026.0

740017.5

830010.1

92005.0

101001.7

1190115

實用文木當(dāng)

128094

137073

146054

155037

164022

173014

18209

191()3

表-4流體阻力實驗數(shù)據(jù)記錄（粗糙管內(nèi)徑10mm、管長1.70m）

（液體溫度℃液體密度「=kg/n?液體粘度產(chǎn)Pa.S）

直管壓差A(yù)PAP流速u

流量

序號（㈣(kPa)(mmHzO)(Pa)(m/s)ReX

11000169.8

2900140.7

3800115.3