管路阻力實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)三 管路阻力的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)管路阻力損失hf，管子摩擦系數(shù)及管件、閥門的局部阻力系數(shù)的測定方法，并通過實(shí)驗(yàn)了解它們的變化，鞏固對(duì)流體阻力基本理論的認(rèn)識(shí)；2.測定直管摩擦系數(shù)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(dòng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流的存在，不可避免地會(huì)產(chǎn)生流體阻力損失。流體在流動(dòng)時(shí)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(jì)等所造成的壓力損失。1.Re關(guān)系的測定：流體流經(jīng)直管時(shí)的阻力損失可用下式計(jì)算： L直管長度，m； d直管內(nèi)徑，m； u流體的流速，m/s； 摩擦系數(shù)，無因次。已知摩擦系數(shù)是雷諾數(shù)與管子的相

2、對(duì)粗糙度（/d）的函數(shù)，即（Re,/d）。為了測定Re關(guān)系，可對(duì)一段已知其長度、管徑及相對(duì)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)： J/kg其中，為截面1與2間的壓力差，Pa；流體的密度，kg/m3。用U形管壓差計(jì)測出兩截面的壓力，用溫度計(jì)測水溫，并查出其、值，即可算出hf，并進(jìn)而算出。由管路上的流量計(jì)可知當(dāng)時(shí)的流速，從而可計(jì)算出此時(shí)的Re數(shù)；得到一個(gè)Re對(duì)應(yīng)關(guān)系，改變不同的流速，有不同的Re及，可得某相對(duì)粗糙度的管子的一組Re關(guān)系。以為縱坐標(biāo)，Re為橫坐標(biāo)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上作出Re曲線，與教材中相應(yīng)曲線對(duì)比。2.局部阻力系數(shù)的測定流體流經(jīng)閥門、管件（

3、如彎頭、三通、突然擴(kuò)大或縮?。r(shí)所引起的阻力損失可用下式計(jì)算： J/kg式中即為局部阻力系數(shù)。只要測出流體經(jīng)過管件時(shí)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)。三、實(shí)驗(yàn)裝置和流程本實(shí)驗(yàn)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(jì)13后送回水槽15。測定管子摩擦系數(shù)和閥件阻力系數(shù)時(shí)，打開離心泵進(jìn)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(jì)測定其壓差，指示液為水。管內(nèi)水的流量由渦輪流量計(jì)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(jì)算出不同流動(dòng)狀態(tài)下的摩擦系數(shù)和彎頭阻力系數(shù)。1-

4、離心泵 2-泵進(jìn)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(jì)量槽 15-水槽16-馬達(dá)天平測功機(jī)四、操作步驟1.熟悉流程及使用的儀表；2.實(shí)驗(yàn)前將水槽充滿水，以后水可循環(huán)使用。3.啟動(dòng)離心泵，使用離心泵時(shí)注意：（1）離心泵在啟動(dòng)前要灌水排氣；（2）離心泵要在出口閥關(guān)閉的情況下啟動(dòng)；（3）關(guān)閉前要先關(guān)出口閥。4.排氣：為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)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(shí)可在流量變化的整個(gè)幅度內(nèi)取810個(gè)讀數(shù)。每調(diào)一次流量

5、后，應(yīng)等穩(wěn)定后同時(shí)讀取各測定點(diǎn)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(shí)驗(yàn)的主要誤差是壓差計(jì)的讀數(shù)，故每個(gè)點(diǎn)要多讀幾次數(shù)據(jù)，取其平均值。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及數(shù)據(jù)處理直管阻力數(shù)據(jù)表序號(hào)渦輪流量計(jì)示值（L/s）流量Q（m3/s）流速(m/s)直管壓力（mmH2O）h（J/Kg）Re左右R14.190.004193.1984733143.4733.3589.95.781020.0255987148869.323.90.00392.9770992165.2678.1512.95.026420.0256904138565.733.66

6、0.003662.7938931177.2631.3454.14.450180.0258259130038.543.360.003362.5648855190.3573.4383.13.754380.0258524119379.653.070.003072.3435115197.8523.4325.63.190880.026319310907662.740.002742.0916031201.5470.6269.12.637180.027307397351.2572.40.00241.8320611207.5418.2210.72.064860.027868285271.1782.120.00

7、2121.6183206208.8376.4167.61.642480.028409975322.8791.720.001721.3129771211326.6115.61.132880.029769261111.01101.230.001230.9389313212.5273.861.30.600740.030868643701.48圖1 Re雙對(duì)數(shù)圖計(jì)算范例：渦輪流量計(jì)顯示值0.001=流量 4.19(L/s)0.001=0.00419（m3/s）流量面積=流速 0.004193.14(0.0408/2)2=3.198473(m/s) J/kg 589.90.001/996.7=5.781

8、02（J/Kg） 5.781020.040821.83.1984732=0.0255987Re=du/ 0.0408m3.198473996.70.8737=148869.3管件阻力數(shù)據(jù)表序號(hào)渦輪流量計(jì)示值（L/s）流量Q（m3/s）流速(m/s)管件壓力（mmH2O）h（J/Kg）Re左右R14.190.004193.1984733233.5738504.54.94410.966567148869.323.90.00392.9770992243.5704.2460.74.514861.018797138565.733.660.003662.7938931272.2649.5377.33.69

9、7540.947378130038.543.360.003362.5648855284.2600.8316.63.102680.943259119379.653.070.003072.3435115293.5558.7265.22.598960.94644510907662.740.002742.0916031298.2513.22152.1070.96324397351.2572.40.00241.8320611303.5470.1166.61.632680.97286285271.1782.120.002121.6183206305436.2131.21.285760.9818857532

10、2.8791.720.001721.3129771308.5398.189.60.878081.01870861111.01101.230.001230.9389313309356.547.50.46551.05604443701.48圖2 管件阻力圖計(jì)算范例：渦輪流量計(jì)顯示值0.001=流量 4.19(L/s)0.001=0.00419（m3/s）流量面積=流速 0.004193.14(0.0408/2)2=3.198473(m/s) J/kg 589.90.001996.7=5.78102（J/Kg）Re=lu/ 1.8m3.198473996.70.8737=148869.3=2hf/u

11、2 25.781023.1984732=0.966567討論與分析：1.從圖1上所繪的圖線可得隨著lnRe的增大，ln隨之減少。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的討論，從以及Re=lu/來驗(yàn)證，得到管路中的流動(dòng)情況并不是呈現(xiàn)為層流狀態(tài)。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Re中可以得知，同時(shí)，圖線也證實(shí)這一結(jié)論，假如流體的流動(dòng)狀態(tài)是層流，那么=64/Re 那么取對(duì)數(shù)后的就會(huì)是 ln=-lnRe +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(dòng)情況為非層流的論點(diǎn)得以證實(shí)。與此同時(shí)，從粗糙管紊流區(qū)的經(jīng)驗(yàn)公式可以推斷，本實(shí)驗(yàn)的流體流動(dòng)情況也不是粗糙管紊流，因?yàn)樵谶@種情況下，雷洛數(shù)Re與沒有聯(lián)系，圖

12、線會(huì)呈現(xiàn)為水平線，而從圖線可知雷洛數(shù)Re與存在聯(lián)系，從而觀點(diǎn)得證。并且從無縫鋼管的相對(duì)粗糙度為0.040.17以及Re的數(shù)量級(jí)可以確定為非粗糙湍流區(qū)。2.對(duì)于圖2，我們可以從實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)誤差的情況下，我們可以進(jìn)一步得出，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(shí)驗(yàn)當(dāng)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(duì)Re進(jìn)行分類討論，而本次實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)就在Re與存在聯(lián)系的區(qū)間內(nèi)。而同時(shí)，實(shí)驗(yàn)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(jì)管路的時(shí)候，我們因該考慮到這幾個(gè)參考數(shù)的決定因素，從而更加合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。思考題：1. 測壓孔的大小和位置，測壓導(dǎo)管的粗細(xì)和長短對(duì)實(shí)驗(yàn)無影響，為什么？答：因?yàn)榭装迨綔y壓計(jì)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(xì)和長短無關(guān)，公式Q=C0A0 中可以看出與題目的量無。2. 將實(shí)驗(yàn)曲線與教材上相應(yīng)曲線比較。分析其誤差及誤差產(chǎn)生的原因。Re雙對(duì)數(shù)圖 Re莫迪圖 分析： 從總體趨勢上講，曲線都有下降的趨勢，并且隨著趨勢的下降曲線漸漸趨于平緩。成因是由于