1、流體流動阻力的測定實驗一、實驗內(nèi)容.測定流體在特定的材質(zhì)和 3d的直管中流動時的阻力摩擦系數(shù)入，并確定 入和Re之間的關(guān)系。.測定流體通過閥門時的局部阻力系數(shù)。二、實驗?zāi)康?解測定流體流動阻力摩擦系數(shù)的工程定義， 掌握測定流體阻力的實驗組 織方法。.測定流體流經(jīng)直管的摩擦阻力和流經(jīng)管件或閥門的局部阻力，確定直管阻力摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)之間的關(guān)系。.熟悉壓差計和流量計的使用方法。.認(rèn)識組成管路系統(tǒng)的各部件、閥門并了解其作用。三、實驗原理流體通過由直管和閥門組成的管路系統(tǒng)時，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的 存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損 失。流體通過閥門時因流體運動

2、方向和速度大小改變所引起的機(jī)械能損失稱為局 部阻力損失。1.直管阻力流體流動過程是一個多參數(shù)過程，hf f(d、1、u、)。由因次分析法，從諸多影響流體流動的因素中組合流體流經(jīng)管件時的阻力損失可用下式表 示：P1 du2 F , ud d入=W ( Re, /d )雷諾準(zhǔn)數(shù)Re -duhfuhf2只要找出入、己就可計算出流體在管道內(nèi)流動時的能量損失P R( Hg)gP R( Hg)g易知，直管摩擦系數(shù)人僅與 Re和一有關(guān)。因此，只要在實驗室規(guī)模的裝置 d上，用水做實驗物系，進(jìn)行試驗，確定人與Re和一的關(guān)系，然后計算畫圖即可 d2.局部阻力局部阻力可以用當(dāng)量長度法或局部阻力系數(shù)法來表示，本實驗用

3、局部阻力系 數(shù)法來表示，即流體通過某一管件或閥門的阻力損失用流體在管路中的動能系數(shù)來表示，用公式表示:hf來表示，用公式表示:hfu2般情況下，由于管件和閥門的材料及加工精度不完全相同， 每一制造廠及每一批產(chǎn)品的阻力系數(shù)是不盡相同的四、實驗設(shè)計2四、實驗設(shè)計2上 l u由 hf和 hfd 22u2知，當(dāng)實驗裝置確定后，只要改變管路中流體流速u及流量V,測定相應(yīng)的直管阻力壓差A(yù) Pl和局部阻力壓差A(yù) P2,就能通過計算得到一系列的人和七的值以及相應(yīng)的 Re的值，【原始數(shù)據(jù)】在實驗中，我們要測的原始數(shù)據(jù)有流量V,用來計算直管阻力壓差A(yù) Pi和局部阻力壓差A(yù) R的U型壓差計的左右兩邊水銀柱高度， 流

4、體的溫度 t （據(jù)此確定p和?。?，還有管路的直徑d和直管長度l?！緶y量點】在直管段兩端和局部兩端各設(shè)一對測壓點， 分別測定A Pi和A R , 還要在管路中配置一個流量和溫度測試點?！緶y試方法】溫度用溫度計測定，流量我們用渦輪流量計來測定，則Q=f/ 己其中，f表示渦輪流量計的轉(zhuǎn)子頻率，其值由數(shù)顯儀表顯示；己為渦輪流量計的 儀表系數(shù)；Q為流量，單位L/s。五、實驗裝置流程及說明主要設(shè)備和部件：離心泵，循環(huán)水箱，渦輪流量計，閥門，直管及管件，玻璃水銀U型壓差計，溫度計裝置流程圖如下圖所示，其中1-水泵；2-溫度計；3-渦輪流量計；4-控制閥；5-排氣瓶;6-測壓導(dǎo)管；7-平衡閥；8-U型壓差計；

5、9-排氣閥；10-水槽測試系統(tǒng)的前半部分為局部阻力測試段，后半部分為直管阻力測試段。為節(jié) 約用水，水槽里的水循環(huán)使用。為防止臟物進(jìn)入系統(tǒng)造成堵塞， 在泵的入口加裝 過濾器。為保證系統(tǒng)滿灌，裝置的出口端應(yīng)高于測試段或?qū)⒖刂崎y安裝在出口段。 為了排除管路中殘留的氣體，在裝置的最高處裝設(shè)排氣閥。渦輪流量計在安裝時 必須保證前后有足夠的直管穩(wěn)定段和水平度。六、實驗步驟.實驗正式開始前，關(guān)閉流體出口控制閥門，打開水銀壓差計平衡閥。（關(guān) 閉出口閥是為了使泵啟動時流速較小、從而使軸功率也較小，起到保護(hù)泵的作用; 打開水銀壓差計平衡閥是為了消除水銀壓差計左右兩邊的壓差）.啟動離心泵。（注意要先使泵滿灌，本實驗

6、中為低位泵，可自動滿灌，無 需人為操作）.分別進(jìn)行管路系統(tǒng)、引壓管、壓差計的排氣工作，排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣，以 保證數(shù)據(jù)測定穩(wěn)定，可靠。管路系統(tǒng)排氣：打開出口調(diào)節(jié)閥，讓水流動片刻，將管路中的大部分空氣排 出。然后將出口閥關(guān)閉，打開管路出口端上方的排氣閥，使管路中殘余空氣排出。引壓管和壓差計的排氣：一次打開并迅速關(guān)閉壓差計上方的排氣閥， 反復(fù)操 作幾次，將引壓管和壓差計內(nèi)的空氣排出。 排氣時要注意嚴(yán)防U型壓差計中的水 銀沖出。.排氣結(jié)束后關(guān)閉平衡閥。.將出口控制閥開至最大，觀察最大流量范圍，據(jù)此確定合理的實驗布點。（在小流量即小雷諾數(shù)范圍內(nèi)多安排幾個實驗點， 在大流量即大雷諾數(shù)范圍內(nèi)適 當(dāng)少布點，以

7、正確地反映人的變化規(guī)律）.流量調(diào)節(jié)后，需穩(wěn)定一段時間方可讀取有關(guān)數(shù)據(jù)。.實驗結(jié)束后，先打開平衡閥，關(guān)閉出口控制閥，再閉離心泵和總電源。七、實驗數(shù)據(jù)處理.直管阻力表1 流體流動阻力測定實驗數(shù)據(jù)記錄表渦輪流量計編號：990433 儀器常數(shù)：327.16管子材料：鍍鋅白鐵管管子長度（直管）：2m直管內(nèi)經(jīng)：20mm局部管內(nèi)徑：32mm水溫：16c水的密度：999.1kg/m3 水的粘度:1.11mPa s直管阻力壓力差A(yù) P1局部阻力壓力差A(yù) P2二 口渦輪流量計頻左側(cè)水銀柱高右側(cè)水銀柱高左側(cè)水銀柱高右側(cè)水銀柱高7 P率fhLhRhLhR(mm(mm)(mm)(mm)1586311.5678.0695

8、.5215.52501360.0630.5634.5309.03419398.5591.0586.0356.54340433.0557.5544.5395.55248460.9529.5509.2429.56190473.2515.5492.5445.27128485.0504.5476.5458.0891489.1499.5474.0463.3964492.1497.0471.5465.91041493.2495.8470.0467.31124493.8495.0469.3468.01210494.2494.8469.0468.3表2-3、 一qvX103 (S)流體直管阻力測定實驗數(shù)據(jù)整理

9、表u （流速）Rex 10-4 R（壓差計讀數(shù)） W （直管阻力）2入X 10丁 P(m 3/s )（m/s）雷諾數(shù)(mmHg(J/kg)（摩擦系數(shù)）11.795.7110.27366.545.312.7821.534.888.78270.533.442.8131.284.087.34192.523.792.8641.043.315.95124.515.392.8150.762.414.3368.68.482.9260.581.853.3242.35.233.0570.391.252.2519.52.413.0880.280.891.6110.41.293.2590.190.621.124.9

10、0.613.17100.130.390.712.70.334.34110.070.230.411.20.155.67120.030.110.190.60.0711.57.局部阻力表3流體局部阻力測定實驗數(shù)據(jù)整理表丁 P3 qvX103 (流量)u （流速）R（壓差計讀數(shù)）W （直管阻力）E （局部阻力系數(shù)）(m 3/s )(m/s)(mmHg)(J/kg)11.792.2344454.8822.0721.531.91325.540.2322.0631.281.59229.528.3722.4441.041.29149.118.4322.1550.760.9579.79.8521.8260.58

11、0.7247.35.8523.2170.390.4918.52.2922.0580.280.3510.71.3221.5590.190.245.50.6823.61100.130.162.70.3323.11110.070.091.30.1622.11120.030.040.70.0922.51E的平均值:22.39.計算示例在直管阻力計算中，我們?nèi)”?的第一組數(shù)據(jù)來計算，此時渦輪流量計的頻 率為586,即？ =586,由Q =fZ己得流量 q=586/327.16=0.00179m3/s;所以流速 u 9 q=0.00179/ (0.785 X 0.022) =5.71m/s;Ad d4查表

12、得在水溫16c時密度p =999.1kg/m3,粘度仙=0.00111Pa s,所以雷諾102700。物 c 102700。數(shù)Re 0.00111卜面求直管阻力hf ,兩邊的壓差 P R( Hg )g =0.3665 X (13600-999.1 )X 9.81=4.531 x 104 Pa,所以hfX 9.81=4.531 x 104 Pa,所以hf=APZ P =45.31m=，一 P根據(jù)hf2t； 可求出2dhfId =0.0278。 d在局部阻力中，同理有hf=54.88m,而hfu2石，所以2hf 2 54.88、,、一,=22.07 ,這樣求得每一組的七再取平均值，就可得到 u u

13、 2.23 2.23局部阻力系數(shù)。4、根據(jù)表2,就可以得到人和Re的關(guān)系圖，繪在雙對數(shù)坐標(biāo)系中。圖1摩擦系數(shù)入和雷諾數(shù)Re在相對粗糙度0.01時的關(guān)系圖摩擦系數(shù)人與雷諾數(shù)Re00000 11000入100 數(shù) 系10n=_=擦11010010001000000000 11000入100 數(shù) 系10n=_=擦110100100010000雷諾數(shù)Rex 10-2八、實驗結(jié)果討論分析1從圖中可知，管路粗糙程度一定時，開始時摩擦系數(shù)人隨著雷諾數(shù) Re的 增加減小，然后減小速率減小，變化不大。.由入一Re曲線可知，完全湍流區(qū)人相對較小，工業(yè)上可通過改變流速， 使流動處于完全湍流區(qū)，從而減少損失，提高效率

14、。也可通過減小管路相對粗糙 度（選用e較小或管徑d適當(dāng)大的管道）來減小阻力損失，提高效率。.實驗過程中水的溫度在不斷升高，但是記錄數(shù)據(jù)只是記錄了最后的溫度 數(shù)據(jù)，實驗過程中水的密度和黏度有所變化會引起一定誤差。.U型壓差計的高度值在不斷變化，讀數(shù)時讀的只是一個平均高度值，由 此會引起一定的讀數(shù)誤差。九、思考題.U型壓差計上裝設(shè)的“平衡閥”有何作用？在什么情況下它是開著的，在什么情況下它應(yīng)該是關(guān)閉的？答：在實驗前打開平衡閥，可消除U型壓差計左右兩邊的壓差，即將原始讀 數(shù)R歸零；實驗過程中關(guān)閉U型壓差計，左右兩邊汞柱的高度差即為所測兩點問 的壓力差。.為什么本實驗數(shù)據(jù)須在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪？答：該實當(dāng)中人與Re在數(shù)值上均變化了幾個數(shù)量級， 因?qū)?shù)可以把乘、 除變成加、減，用對數(shù)坐標(biāo)既可以把大數(shù)變成小數(shù)，又可以把小數(shù)擴(kuò)大取值范圍， 使坐標(biāo)點更為集中清晰，作出來的圖一目了然，可得到比較清楚的曲線。.不同管徑，不同水溫下測定的人-Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)到一條曲線上？為什 么？答：不能關(guān)聯(lián)到一條曲線上，因 Re的值與流體的密度和粘度有關(guān)，而溫度 可直接影響密度和粘度，故溫度不同， Re不同，相應(yīng)的圖像不能關(guān)聯(lián)到一條曲 線上。.以水為工作流體測定的人-Re