1、實驗一 流體流動阻力實驗一、實驗目的1、學習直管摩擦阻力、直管摩擦系數(shù)的實驗方法；2、掌握不同流量下摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re之間的關系及其變化規(guī)律；3、學習局部阻力的測定方法；4、學習壓強差的幾種測量方法和技巧；5、掌握坐標系的選用方法和對數(shù)坐標系的使用方法。二、實驗原理1 直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re的測定直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對粗糙度的函數(shù)，即，對一定的相對粗糙度而言，。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： （1）又因為摩擦阻力系數(shù)與阻力損失之間有如下關系（范寧公式） （2）整理（1）（2）兩式得 （3） （4）式中：管徑，m ； 直管阻力引起的壓強降，P

2、a； 管長，m； 流速，m / s； 流體的密度，kg / m3； 流體的粘度，N·s / m2。 在實驗裝置中，直管段管長l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度和粘度也是定值。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與流速u（流量V）之間的關系。 測得一系列流量下的后，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)；用式（4）計算對應的Re，從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關系，繪出與Re的關系曲線。2. 局部阻力系數(shù)的測定 （5） （6）式中：局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力引起的壓強降，Pa；局部阻力引起的能量損失，Jkg。圖3 局部阻力測量取壓口布置圖局部

3、阻力引起的壓強降 可用下面的方法測量：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，在其上、下游開兩對測壓口a-a和b-b，見圖3，使 abbc ； abbc則 Pf，a b Pf，bc ； Pf，ab= Pf，bc在aa之間列柏努利方程式： PaPa =2Pf，a b+2Pf，ab+Pf （7）在bb之間列柏努利方程式： PbPb = Pf，bc+Pf，bc+Pf = Pf，a b+Pf，ab+Pf （8） 聯(lián)立式（7）和（8），則： 2（PbPb）（PaPa）為了實驗方便，稱（PbPb）為近點壓差，稱（PaPa）為遠點壓差。用差壓傳感器來測量。三、實驗裝置1. 設備的主要技術數(shù)據(jù):

4、 (1) 被測光滑直管段： 管徑d0.008m； 管長L1.698m； 材料不銹鋼管 被測粗糙直管段： 管徑 d0.010m； 管長L1.698m； 材料不銹鋼管(2) 被測局部阻力直管段: 管徑 d0.015m；管長 L1.2m； 材料不銹鋼管 (3) 壓力傳感器: 型號:LXWY 測量范圍: 200 KPa (4) 直流數(shù)字電壓表: 型號: PZ139 測量范圍: 0 200 KPa (5) 離心泵: 型號: WB70/055 流量: 8(m3h) 揚程: 12(m) 電機功率: 550(W) (6) 玻璃轉子流量計: 型號 測量范圍 精度 LZB40 1001000(Lh) 1.5 LZ

5、B10 10100(Lh) 2.5(7) 渦輪流量計： 型號：LWY-15 測量范圍： 0 6 m3/h2. 實驗流程示意圖實驗流程示意圖見圖1。水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統(tǒng)，首先經(jīng)玻璃轉子流量計15、16測量流量，然后送入被測直管段測量流體在光滑管或粗糙管的流動阻力，或經(jīng)10測量局部阻力后回到儲水槽，水循環(huán)使用。被測直管段流體流動阻力p可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣-水倒置型管22來測量。圖1 流動阻力實驗流程示意圖1-水箱；2-離心泵；3、4-放水閥；5、13-緩沖罐；6-局部阻力近端測壓閥；7、15-局部阻力遠端測壓閥；8、20-粗糙管測壓回水閥；9、19-光滑管測

6、壓閥；10-局部阻力管閥；11-U型管進水閥；12-壓力傳感器；14-流量調(diào)節(jié)閥； 15、16-水轉子流量計；17-光滑管閥；18-粗糙管閥；21-倒置U型管放空閥；22-倒置U型管；23-水箱放水閥；24-放水閥；25-渦輪流量計；四、實驗方法與步驟 向儲水槽內(nèi)注水，直到水滿為止。(有條件最好用蒸餾水，以保持流體清潔) 直流數(shù)字表的使用方法請詳細閱讀使用說明書。 大流量狀態(tài)下的壓差測量系統(tǒng)，應先接電預熱1015分鐘，紀錄數(shù)字表的初始值，然后啟動泵進行實驗。 光滑管阻力測定： 關閉粗糙管閥18、粗糙管測壓進水閥20、粗糙管測壓回水閥8，將光滑管閥17、光滑管測壓進水閥19、光滑管測壓回水閥9全

7、開。 在流量為零條件下，檢查導壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置U型管內(nèi)液柱高度差不為零，則表明導壓管內(nèi)存在氣泡，需要進行趕氣泡操作。導壓系統(tǒng)如圖2所示。圖2 導壓系統(tǒng)示意圖3,4-排水閥;8-粗糙管測壓回水閥;9-光滑管測壓回水閥；11- U型管進水閥；12-直管壓力傳感器；20-粗糙管測壓進水閥；21- U型管放空閥;22-U型管操作方法如下：開大流量，打開倒置U型管與實驗管路相通的閥11，使倒置U型管內(nèi)液體充分流動，以趕出管路內(nèi)的氣泡；若認為氣泡已趕凈，將流量調(diào)節(jié)閥關閉；關閉連通閥11，慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥21，分別緩慢打開閥3、4，使液柱降至中點上下時馬上關閉，管內(nèi)形成氣-水柱。然

8、后關閉放空閥21?？碪型管內(nèi)的水拄是否相平，相平及為管路中無氣泡存在，相反就要繼續(xù)上述操作過程。 該裝置兩個轉子流量計并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計測量流量。 差壓變送器與倒置U型管也是并聯(lián)連接，用于測量直管段的壓差，小流量時用倒置型管壓差計測量，大流量時用差壓變送器測量。應在最大流量和最小流量之間進行實驗，一般測取1520組數(shù)據(jù)。建議當流量小于300Lh時,只用倒置型管來測量壓差。 粗糙管阻力測定：關閉閥17、光滑管測壓進水閥19、光滑管測壓回水閥9，全開閥18，旋開粗糙管測壓進水閥20、粗糙管測壓回水閥8，逐漸調(diào)大流量調(diào)節(jié)閥，趕出導壓管內(nèi)氣泡。 從小流量到最大流量，一般測取15

9、20組數(shù)據(jù)。 直管段的壓差用差壓變送器測量。光滑管和粗糙管直管阻力的測定使用同一差壓變送器，當測量光滑管直管阻力時，要把通向粗糙管直管阻力的閥門關閉；同樣當測量粗糙管直管阻力時，要把通向光滑管直管阻力的閥門關閉。 局部阻力測定關閉閥門17和18，部分開或半開閥門10，改變流量，用差壓變送器測量遠點、近點壓差。遠點、近點壓差的測量使用同一差壓變送器。當測量遠點壓差時，要把通向近點壓差的閥門關閉；同樣當近點壓差時，要把通向遠點壓差的閥門關閉。 測取水箱水溫。 待數(shù)據(jù)測量完畢，關閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，關閉實驗設備電源。五、使用實驗設備應注意的事項 壓力與溫度的數(shù)值由數(shù)字儀表直接讀取，記好初始值就可。

10、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)閥是否關閉。 利用壓力傳感器測量大流量下P時,應切斷空氣水倒置型玻璃管的閥門18、20否則影響測量數(shù)值。 在實驗過程中每調(diào)節(jié)一個流量之后應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)。 較長時間未做實驗，啟動離心泵之前應先盤軸轉動，否則易燒壞電機。表1 直管阻力實驗數(shù)據(jù)表（光滑管）溫度：26.4 0C 粘度：0.0008825 Pa·s（N.s/m2） 密度：996.7 kg/m3序號流量Q(L.h-1)R壓降P(KPa)流速u (m.s-1)ReKPammH2O11032.632.30.002940.055

11、3 499.5599 0.009092 21532.832.20.005880.0829 749.3399 0.008082 3203332.30.006860.1106 999.1199 0.005304 42533.332.30.00980.1382 1248.8998 0.004849 53033.432.10.012740.1659 1498.6798 0.004378 6403431.60.023520.2212 1998.2397 0.004546 75034.7310.036260.2765 2497.7997 0.004485 86035.530.20.051940.3317

12、2997.3596 0.004462 9703629.90.059780.3870 3496.9195 0.003773 108037.228.80.082320.4423 3996.4795 0.003978 119037.728.30.092120.4976 4496.0394 0.003517 1210039.826.50.130340.5529 4995.5993 0.004031 1315042.623.60.18620.8294 7493.3990 0.002559 1420051.515.50.35281.1058 9991.1987 0.002728 153007.71.658

13、7 14986.7980 0.026459 1640013.72.2116 19982.3974 0.026480 1750021.02.7645 24977.9967 0.025978 1860029.23.3174 29973.5960 0.025084 1970038.73.8703 34969.1954 0.024425 2080049.54.4232 39964.7947 0.023919 2190063.44.9761 44960.3941 0.024206 22100077.75.5290 49955.9934 0.024029 表2 直管阻力實驗數(shù)據(jù)表（粗糙管）溫度：28.6

14、0C 粘度：0.000842 Pa·s（N.s/m2） 密度：996.2 kg/m3序號流量Q(L.h-1)R壓降P(KPa)流速u (m.s-1)ReKPammH2O11033.832.00.017640.0354 418.6608 0.1666 21534.531.50.02940.0531 627.9912 0.1234 32035.330.80.04410.0708 837.3216 0.1041 42536.230.10.059780.0885 1046.6520 0.0903 53037.229.20.07840.1062 1255.9824 0.0823 64039.6

15、26.90.124460.1415 1674.6432 0.0735 75042.224.50.173460.1769 2093.3039 0.0655 86045.821.40.239120.2123 2511.9647 0.0627 97046.920.40.25970.2477 2930.6255 0.0500 108052.115.90.354760.2831 3349.2863 0.0523 11903.60.3185 3767.9471 0.4197 121005.30.3539 4186.6079 0.5005 131507.60.5308 6279.9118 0.3189 14

16、20013.20.7077 8373.2158 0.3116 1530027.81.0616 12559.8237 0.2917 1640047.61.4154 16746.4316 0.2809 1750072.91.7693 20933.0395 0.2753 186001012.1231 25119.6474 0.2649 19700131.92.4770 29306.2553 0.2542 表3 局部阻力實驗數(shù)據(jù)表（全開）溫度：29.1 0C 密度：996.0 kg/m3序號流量Q(L.h-1)近端壓差(KPa)遠端壓差(KPa)流速u (m.s-1)局部阻力壓差(KPa)阻力系數(shù)16

17、000.91.20.9436 0.61.3531 26501.01.41.0223 0.61.1529 37001.21.51.1009 0.91.4912 47501.31.81.1795 0.81.1546 58001.52.01.2582 11.2685 68501.62.21.3368 11.1237 79001.82.51.4154 1.11.1025 89502.12.81.4941 1.41.2594 表4 局部阻力實驗數(shù)據(jù)表 （半開）溫度：29.8 0C 密度：996.0 kg/m3序號流量Q(L.h-1)近端壓差(KPa)遠端壓差(KPa)流速u (m.s-1)局部阻力壓差(KPa)阻力系數(shù)160018.018.20.9436 17.840.1419 265020.921.31.0223 20.539.3919 370024.925.31.1009 24.540.5929 475028.829.31.1795 28.340.8455 580033.033.61.2582 32.441.1003 685037.237.81.3368 36.641.1266 790043.143.91.4154 42.342.3970 895048.249.01.4941 47.442.6394