1、.生工原理及設(shè)備實(shí)驗(yàn)報(bào)告 開(kāi)課實(shí)驗(yàn)室：生物工程學(xué)院生物多媒體實(shí)驗(yàn)室 2006 年 9 月25 日學(xué)院生物工程年級(jí)、專業(yè)、班04級(jí)生工1班姓名湛 仁成績(jī)課程名稱生工原理及設(shè)備實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名 稱管道流體阻力實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師徐世榮教師評(píng)語(yǔ)教師簽名：年 月 日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?結(jié)合理論課中所學(xué)的流體在管道內(nèi)部流動(dòng)時(shí)流動(dòng)阻力的形成和計(jì)算等基本知識(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同流動(dòng)條件下圓形直管內(nèi)的沿程阻力系數(shù)和管件的局部阻力系數(shù)，并學(xué)習(xí)測(cè)定管內(nèi)流動(dòng)阻力的一般實(shí)驗(yàn)方法。2學(xué)習(xí)處理流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)方法，學(xué)會(huì)用圖形和函數(shù)關(guān)系式來(lái)表征湍流區(qū)內(nèi)直管沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Re的依賴關(guān)系。3學(xué)習(xí)合理規(guī)劃實(shí)驗(yàn)條件，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)在

2、表征圖中分布均勻，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。4通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，掌握U形管差壓計(jì)、孔板流量計(jì)的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 不可壓縮性流體在直管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，由于粘滯性而產(chǎn)生摩擦阻力，即直管阻力。流體在流 經(jīng)變徑、彎管、閥門(mén)等管件時(shí)，由于流速及其它方面的變化而產(chǎn)生局部阻力。在湍流狀態(tài)下，管壁的粗糙度也影響流體阻力，通常流體阻力用流體的壓頭損失 Hf 或壓力降p表示并可用實(shí)驗(yàn) 方法直接測(cè)定 1. 直管阻Hf與直管摩擦系數(shù)直管阻力Hf與直管摩擦系數(shù)的關(guān)系為 Hf=×l1/d×U2/2 (1)式中：l1- 直管的測(cè)試長(zhǎng)度 m; d- 測(cè)試管的內(nèi)徑 m; u- 管內(nèi)流體流速 m/s。 流體以一

3、定速度u 流過(guò)內(nèi)徑d，長(zhǎng)度為l1的直管所產(chǎn)生的直管阻力Hf 可用U 型差壓計(jì)測(cè) 得，若已測(cè)得的差壓計(jì)讀數(shù)為 Rf(cmCCl4)，根據(jù)伯努利方程及流體靜力學(xué)原理可得Hf=p/H2O=(CCl4 -H2O)×Rf×g/(100 × H2O) =0.006Rf×gJ/kg(2) 式中：g=9.807m/s2。 流體的流速u(mài) 可由孔板或文氏流量計(jì)兩邊引出的差壓計(jì)讀數(shù) R(cmHg) ，按下 式求得u=aRnm/s(3) 于是由(1)、(2)、(3) 得: 2 dHf / (l1U2)=0.012dRf×g / (l1×a2×R2n

4、)(4) 又已知雷諾數(shù)Re= d u/ (5)式中：- 流體(水)的密度kg/m3 - 流體(水)的粘度Pas 若測(cè)得流體的操作溫度t ，查取、，再根據(jù)一對(duì)Hfu值， 由(4)(5) 便可求得一對(duì)Re值。 因而，在不同流速下，可得到一系列Re值，標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，即可得到Re 關(guān)系曲線。 2. 局部阻力Hf'及局部阻力系數(shù) 局部阻力Hf'與局部阻力系數(shù)的關(guān)系為：Hf'=×u2/2(6) 管件的局部阻力也可由U型差壓計(jì)測(cè)取，但因管件所引起的流速大小和方向的變化而產(chǎn) 生旋渦，需要在相當(dāng)長(zhǎng)的管道內(nèi)才能消除，故只能先測(cè)定包括被測(cè)管件在內(nèi)的一段直管l2 的總阻 力H

5、f，然后減去這一段直管 l2 的直管阻力Hf1，就可得到管件的局部阻力Hf': Hf'=Hf -Hf1=Hf -Hf×l2/l1(7) 若已測(cè)得的包括管件在內(nèi)的差壓讀數(shù)為Rf'(cmHg)，利用(2)式可得 Hf0.126Rf'×gJ/kg 于是由式(3)、(6)、(7) 得： = 2Hf'/u2 =(0.252Rf'×g -0.012Rf×g×l2/l1)/(a2×R2n)(8) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同流速u(mài)下對(duì)應(yīng)的Hf'值，利用式(5)、(8) 便可算出不同Re下的值。值與管件的幾

6、何形狀及流體的Re值有關(guān)。 但當(dāng)Re大到一定值后，與Re無(wú)關(guān)，為一定值。三、使用儀器、材料 1.本實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)有兩根測(cè)試用管，流體流量用孔板流量計(jì)或文氏流量計(jì)測(cè)量。由管路出口處的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)其流量。 2.管路上設(shè)置三組U形差壓計(jì)，分別用來(lái)測(cè)定流量、直管阻力及管件局部阻力相應(yīng)的靜壓差，從 測(cè)壓孔引出的高低壓管間有平衡閥相連。差壓計(jì)指示液有水銀及四氯化碳。四、實(shí)驗(yàn)步驟在實(shí)驗(yàn)中主要按照以下幾個(gè)步驟操作 1排除管路系統(tǒng)內(nèi)積存的空氣；2測(cè)量數(shù)據(jù)；整個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)取79數(shù)據(jù) ，要求實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布均勻； 3讀取三個(gè)流量計(jì)的讀數(shù)及壓差、溫度等值； 4禁止動(dòng)用限流閥，以防沖去差壓指示劑，必要時(shí)需在教師指導(dǎo)下使用；5打開(kāi)差壓計(jì)

7、平衡閥C，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析分析上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得：局部阻力系數(shù)與管件的幾何形狀及流體的雷諾系數(shù)Re有關(guān)，當(dāng)Re增大到一定值后，不再隨Re變化，為一定值。1、在U形管差壓計(jì)兩管之間裝一閥門(mén)的作用是什么？在什么情況此閥應(yīng)該打開(kāi)，又在什么情況應(yīng)該關(guān)閉？答：在U形管差壓計(jì)兩管之間的閥門(mén)是平衡閥，用于檢驗(yàn)U形管差壓計(jì)工作的可靠性，檢驗(yàn)狀態(tài)下全開(kāi)，測(cè)量狀態(tài)下全關(guān)。2、怎樣操作才能排除系統(tǒng)內(nèi)的氣體，如何檢查系統(tǒng)內(nèi)的空氣是否已經(jīng)排除干凈？答：首先調(diào)節(jié)好限流閥開(kāi)度，打開(kāi)三個(gè)U形管差壓計(jì)上的平衡閥C，然后全開(kāi)流量調(diào)節(jié)閥，在最大流量下工作10s,以排凈流動(dòng)管路和引壓管線內(nèi)的空氣。 排氣操作后完全關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥和三個(gè)平衡閥C，查看三個(gè)U形管差壓計(jì)的讀數(shù)是否為零。若為零，則說(shuō)明氣體已經(jīng)排凈。反之，則說(shuō)明氣體沒(méi)有排凈。3、差壓計(jì)引壓管的粗細(xì)，長(zhǎng)短對(duì)測(cè)量結(jié)果有無(wú)影響？為什么？ 答：差壓計(jì)引壓管的粗細(xì)，長(zhǎng)短對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。差壓計(jì)的粗細(xì)，長(zhǎng)短對(duì)差壓計(jì)的讀數(shù)沒(méi)有影響，即對(duì)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的壓力沒(méi)有影響，因此對(duì)測(cè)量的結(jié)果沒(méi)有影響。4、為了使實(shí)驗(yàn)點(diǎn)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中分布均勻，流量應(yīng)如何調(diào)節(jié)？答：為了使實(shí)驗(yàn)點(diǎn)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中分布均勻 ，流量的調(diào)節(jié)應(yīng)使與孔板流量計(jì)的