流體阻力測定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

流體阻力測定實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

環(huán)境與市政工程學(xué)院

2015年11月

一、試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1.學(xué)習(xí)直管摩擦阻力AP,,直管摩擦系數(shù)4的測定方法。

2.把握直管摩擦系數(shù)無與雷諾數(shù)Rc和相對(duì)?粗糙度之間的關(guān)系及其變化規(guī)律，

3.把握局部摩擦阻力局部阻力系數(shù),的測定方法。

4.學(xué)習(xí)壓強(qiáng)差的幾種測量方法和提高其測量精確度的一些技巧。

二、試驗(yàn)內(nèi)容：

1.測定試驗(yàn)管路內(nèi)流體流淌的阻力和直管摩擦系數(shù)％。

2.測定試驗(yàn)管路內(nèi)流體流淌的直管摩擦系數(shù)4與雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度之間的

關(guān)系曲線。

3.測定管路部件局部摩擦阻力AP,和局部阻力系數(shù)4o

三、試驗(yàn)原理：

1.直管摩擦系數(shù)4與雷諾數(shù)Re的測定：

直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度的函數(shù)，即4=/(Re,e/d),對(duì)

肯定的相對(duì)粗糙度而言，2=/(Re)o

流體在肯定長度等直徑的水平圓管內(nèi)流淌時(shí)，其管路阻力引起的能量損失

PP

又由于摩擦阻力系數(shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系(范寧公式)

2d

整理(1)(2)兩式得

式中：管徑，m；-直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；

/-管長，in；〃一流速，m/s；

P-流體的密度,kg/〃一流體的粘度，N-s/m~o

在試驗(yàn)裝置中，直管段管長/和管徑"都已固定。若水溫肯定，則水的密度

P和粘度u也是定值。所以本試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降4

Pf與流速U（流量V）之間的關(guān)系。

依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和式（3）可計(jì)算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)入，用式（4）

計(jì)算對(duì)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Rc的關(guān)系曲線。

2.局部阻力系數(shù)4的測定

hf=-------=0=-?——

P2\p）ir

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

%-局部阻力引起的能量損失，J/kg。

/△電abAPf,beJ?\

111111111111

圖-1局部阻力測量取壓口布置圖

局部阻力引起的壓強(qiáng)降A(chǔ)P；.可用下面方法測量：在一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(duì)測壓口a-/和b-b，如

（

圖T,使ab=bc；a'b'=b'c',則AP,.ab=APt.be;APf,a-b=△

Pf.b'cz

在a?a'之間列柏努利方程式Pi,=23…-2N…,+APf⑸

f

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

=AP.-.ab+APf.b-+AP'f（6）

聯(lián)立式（5）和（6）,則：APf=2（Pb-Pb.）-（P1-Pv）

為了試驗(yàn)便利，稱（PLPQ為近點(diǎn)壓差，稱（Pa-P.，）為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差。其數(shù)值用差壓

傳感器來測量。

四、試驗(yàn)裝置的基本狀況：

1?試驗(yàn)裝置流程示意圖：

3離心泵型號(hào)WB70/055不銹鋼

4試驗(yàn)管路管徑0.045m試驗(yàn)管路

測量范圍-0.1-OMPa精度1.5級(jí)，

5真空表真空表

真空表測壓位置管內(nèi)徑d尸0.041m

測量范圍0~0.6MPa精度1.5級(jí)

6壓力表壓力表

壓強(qiáng)表測壓位置管內(nèi)徑d2=0.041m

渦輪番量

7渦輪番星計(jì)型號(hào)LWY-40測量范圍2—20/分

計(jì)

表-2試驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

光滑管：管徑d-O.008(m)管長LT.70S)

粗糙管:管徑d-0.010(m)管長L-L70(m)

真空表與壓強(qiáng)表測壓口之間的垂直距離ho=O.41m

3.試驗(yàn)裝置面板圖：

水溫

FU舊日日可—◎

SVisR881

流量Cm3/h)

FVI88881

SV188881?

0

壓力CKpa)

FV舊8日可

SV188881

弟I功率CKvO

PVI8888I

SV舊日8曰|

泵H功率QKW)

PVI8888

SV舊日8￡t|

OOOO

總電源奔關(guān)奔奧

圖-3試驗(yàn)裝置儀表面板圖

五、試驗(yàn)方法及步驟：

1.流體阻力測量

(1)向儲(chǔ)水槽內(nèi)注水至水滿為止。(最好使用蒸福水，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(jìn)水閥29,31,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(jìn)出水閥門29,31,使倒置U型管內(nèi)液體充分流淌，

以趕出管路內(nèi)的氣泡；若觀看氣泡己趕凈，將流量調(diào)整閥26關(guān)閉，U型管進(jìn)出

水閥29,31關(guān)閉，漸漸旋開倒置U型管上部的放空閥26后，分別緩慢打開閥門

30、32,使液柱降至中點(diǎn)上下時(shí)馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣一水柱，此時(shí)管內(nèi)液柱高

度差不肯定為零。然后關(guān)閉放空閥27,打開U型管進(jìn)出水閥29,31,此時(shí)U型管

兩液柱的高度差應(yīng)為零(1—2mm的高度差可以忽視)，如不為零則表明管路中仍

有氣泡存在，需要重復(fù)進(jìn)行趕氣泡操作.

圖-4導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖

32、32-排水閥；128-U型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；27-U型管放空閥；28-U型管

②該裝置兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)并聯(lián)連接，依據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計(jì)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(shí)用U型管

壓差計(jì)測量，大流量時(shí)用差壓變送器測量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行試

驗(yàn)操作，一般測取15?20組數(shù)據(jù)。

注：在測大流量的壓差時(shí)應(yīng)關(guān)閉U型管的進(jìn)出水閥29,31,防止水利用U型管形

成回路影響試驗(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15?20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)整閥，停泵。

(5)粗糙管、局部阻力測量方法同前。

六、試驗(yàn)留意事項(xiàng)

1.直流數(shù)字表操作方法請(qǐng)認(rèn)真閱讀說明書，待生疏其性能和使用方法后再進(jìn)行

使用操作。

2.啟動(dòng)離心泵之前以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必需檢查全

部流量調(diào)整閥是否關(guān)閉。

3.利用壓力傳感器測量大流量下時(shí),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)值的精確。

4.在試驗(yàn)過程中每調(diào)整一個(gè)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(shí)間未做試驗(yàn)，啟動(dòng)離心泵時(shí)應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)，否則易燒壞電機(jī)。

6.該裝置電路接受五線三相制配電，試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好接地。

7.啟動(dòng)離心泵前，必需關(guān)閉流量調(diào)整閥，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān)，以免損

壞測量儀表。

8.試驗(yàn)水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪番量計(jì)運(yùn)行。

七、附數(shù)據(jù)處理過程舉例；

1.光滑管小流量數(shù)據(jù)(以表3第16組數(shù)據(jù)為例)Q=70(L/h)h=44(mmHQ)

試驗(yàn)水溫，=7.8℃粘度〃=1.43X10』(Pa.。密度p=999.74(kg/m:1)

Q70/3600/1000八”

管內(nèi)流速4==-----------r=0.39(/s)

(42)(1/4)x0.0082m

4

阻力降bPf=p-^-Z?=999.74x9.81x44/1000=432(Pa)

n0.008x0.39x999.74

雷諾數(shù)Re=丁=一國行一=2.165X103

2x0.008432

=2.712X10-2

阻力系數(shù)------------------x-------7

p-LiC999.74x1.700.392

2.粗糙管、大流量數(shù)據(jù)(以表4第8組數(shù)據(jù)為例)

Q=300(L/h)AP=19.4(kPa)試驗(yàn)水溫L7.8℃

粘度〃=1.43X10s儼2s)密度夕=999.74(kg/m3)

M3、木、古Q300/3600/1000?g,/、

官內(nèi)流速u==------------=1.06(rn/s)

(馬儲(chǔ)(%/4)x0.012

4

阻力降=19.4X1000=19400(Pa；

「d'Up0.01x1.06x999.74

雷諾數(shù)Re=------=------------；——=7.422X103

〃1.43x1()-3

。2dAP.2x0.0119400

阻力系數(shù)p，Lu2999.74x1.71.062-0,203

3.局部阻力試驗(yàn)數(shù)據(jù)（以表5第2組數(shù)據(jù)為例）

Q=800(L/h)近端壓差=37.2(kPa)遠(yuǎn)端壓差=37.7(kPa)

Q800/3600/1000

管內(nèi)流速:=1.258(m/s)

35/4)x0.00152

局部阻力:△鳥=2仇一任，)-(PLP。，)=(2X37.2-37.7)X1000=36700(Pa)

△P(2Y36700

局部阻力系數(shù):、993.91/1.2582=46.4

IC

附：試驗(yàn)數(shù)據(jù)表（舉例說明）

表3流體阻力試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（光滑管內(nèi)徑8nim、管長170mm）

（液體溫度7.8℃液體密度P=999.74kg/m液體粘度u=1.43mPa.S）

流量直管壓差A(yù)PAP流速u

序號(hào)ReX

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

(kPa)(mmH20)

1100097.4974005.53309240.D2999

290080.9809004.98278310.03076

380067.4674004.42247390.03243

470050.0500003.87216460.03142

560039.0390003.32185540.D3336

650027.4274002.76154620.03375

740019.2192002.21123690.D3695

830011.6116001.6692770.03969

92006.464001.1161850.D4927

101001.515000.5530920.04619

1190969420.5027830.03580

1280636180.4424740.02973

1370444320.3921650.02712

1460353430.3318550.02936

1550292840.2815460.03504

1640252450.2212370.04719

1730161570.179280.05369

182010980.116180.07551

19104390.063090.12081

表4流體阻力試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（直管內(nèi)徑10mm、管長170mm）

（液體溫度27℃液體密度P=999.74kg/m》夜體粘度u=1.43mPa.S)

流量直管壓差A(yù)PAP流速u

序號(hào)(1/h)kPammFhO(Pa)(m/s)ReX

11000156.81568003.54247390.147

29001291290003.18222650.150

3800104.21042002.83197910.153

470082.1821002.48173170.157

560063.4634002.12148430.166

650045.2452001.77123690.170

740032.0320001.4298960.188

830019.4194001.0674220.203

920010.1101000.7149480.237

101003.131000.3524740.291

1190201.019710.3222260.229

128017116770.2819790.246

137011911670.2517320.224

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