實驗一流體流動阻力實驗、實驗目的1、學習直管摩擦阻力APj直管摩擦系數(shù)九的實驗方法；2、掌握不同流量下摩擦系數(shù)為與雷諾數(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。、實驗原理1.直管摩擦系數(shù)人與雷諾數(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)，即九=f（Re,￡/d）,對一定的相對粗糙度而言，九=f（Re）o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）整理（1）（2整理（1）（2）兩式得2dAPd-u-pRe― H式中：d-管徑，m；APf-直管阻力引起的壓強降，Pa；l-管長，m；u一流速，m/s；P-流體的密度，kg/m3；

目-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P和粘度口也是定值。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AP與流速u（流量V）之間的關系。f測得一系列流量下的AP后，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和式（3）可計算出不同流速下f的直管摩擦系數(shù)入；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，繪出入與Re的關系曲線。NP'f

u22.局部阻力系數(shù)NP'f

u2式中：c-局部阻力系數(shù)，無因次;APf-局部阻力引起的壓強降，Pa；hf-局部阻力引起的能量損失，J/kg。］ ..△4,mb ..以口［，［匚 .APf,gJ七，..”4,、，玄’. \11 11 iri11 11a b cc;b;圖3局部阻力測量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強降APf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ab=bc； a'b'=b'c‘則 3,ab=3,bc； 3,4尸3,b.c.在a?a,之間列柏努利方程式:

Pa—Pa.=2fab+2^Pf,a，b，+^P'f ⑺在b?b，之間列柏努利方程式：Pb-Pb，=3"…+Ap，f=△Pf,ab+△Pf,a，b，+^P，f ⑻聯(lián)立式（7）和（8），則：AP'=20—Ph）—（P-P）

f bb， aa，為了實驗方便，稱（Pb—Pb，）為近點壓差，稱（Pa—Pa，）為遠點壓差。用差壓傳感器來測量。三、實驗裝置設備的主要技術數(shù)據(jù):⑴被測光滑直管段：管徑d—0.008m；管長L—1.698m； 材料一不銹鋼管被測粗糙直管段：管徑d—0.010m； 管長L—1.698m； 材料一不銹鋼管(2)被測局部阻力直管段:管徑(2)被測局部阻力直管段:管徑d—0.015m；管長L—1.2m；材料—不銹鋼管(3)壓力傳感器:型號:LXWY測量范圍:200KPa(4)直流數(shù)字電壓表:型號:(3)壓力傳感器:型號:LXWY測量范圍:200KPa(4)直流數(shù)字電壓表:型號:PZ139測量范圍:0?200KPa(5)離心泵:型號:WB70/055流量:8(m3／h)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LZB—40100?(6)玻璃轉子流量計:型號測量范圍精度LZB—40100?1000(L/h)1.5LZB—1010?100(L/h)2.5（7）渦輪流量計：型號：LWY型號：LWY-15測量范圍：0?6m3/h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Ap可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣-水倒置U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10?15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：⑴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全開。⑵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。⑶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。⑷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U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15?20組數(shù)據(jù)。建議當流量小于300L/h時,只用倒置U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。⑵從小流量到最大流量，一般測取15~20組數(shù)據(jù)。⑶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。.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4P時，應切斷空氣一水倒置U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)。5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。計算過程示例,（均明第一組鼓搗為例1,.....,優(yōu)遣菅直萱阻力4直管阻力引起的壓強降；%=經(jīng)絲竺絲吧=0.00294KPa.101,325KPa L01.325KPS流速:g2=3也吧=o.o553m,￡、A直管阻力引起的壓強降；%=經(jīng)絲竺絲吧=0.00294KPa.101,325KPa L01.325KPS流速:g2=3也吧=o.o553m,￡、A3.144立管摩擦系數(shù)：A=m

2dAPf2*O.ODS*D.OQ294*1000phi2996.7-1.693-0.05S32=0.009092.雷諾翔T二笑版—粗糙萱直管.阻力-直管阻力引起的壓強降：AP產(chǎn)101.325KPa 101.325KPi空塔之二直管阻力引起的壓強降：AP產(chǎn)101.325KPa 101.325KPi空塔之二0376的流速;Q_10/(3600^1000]=0.0354nrs吉監(jiān)廟國冢拓1 加APf 2^0.010*0.01764*1000八］匚/匚直『摩擦系數(shù)：入二儲二二一匕.口儂a”?！字Z施陪詈，唯篙茨［418.6604d—蒼盤，m：/一管花，m：打一流速，m八；.一流體的密應，kg/m=：必一流體的拈度，N*s/tn:.四月一克管阻力引起的壓強降.P的二.局部阻力（全開）-流速：u=H幽笑箸=0.9436m—3.14*（^局部阻力壓差：AP,.=2*AP-AP..=2*0.9-1.2=0.6KPcV同J HVk阻力系數(shù)7啕個=（冷窯川53L四.局部阻力（半開）.，流速：u"=變空箸=U.9436msL3.14*（^-}局部阻力壓差：AP,,=2*ARF-APiif=2*18-18.2=17.8KPa，阻力系數(shù)7咤）令=（舒瑞罷=4。皿表2直管阻力實驗數(shù)據(jù)表（粗糙管）表2直管阻力實驗數(shù)據(jù)表（粗糙管）表表1直管阻力實驗數(shù)據(jù)表（光滑管）溫度：26.40c 粘度：0.0008825Pa?s(N.s/m2) 密度：996.7kg/m3序號流量Q(L.h-1)R壓降□P(KPa)流速u(m.s-1)Re丸KPammH2O11032.632.30.002940.0553499.55990.00909221532.832.20.005880.0829749.33990.0080823203332.30.006860.1106999.11990.00530442533.332.30.00980.13821248.89980.00484953033.432.10.012740.16591498.67980.0043786403431.60.023520.22121998.23970.00454675034.7310.036260.27652497.79970.00448586035.530.20.051940.33172997.35960.0044629703629.90.059780.38703496.91950.003773108037.228.80.082320.44233996.47950.003978119037.728.30.092120.49764496.03940.0035171210039.826.50.130340.55294995.59930.0040311315042.623.60.18620.82947493.39900.0025591420051.515.50.35281.10589991.19870.002728153007.71.658714986.79800.0264591640013.72.211619982.39740.0264801750021.02.764524977.99670.0259781860029.23.317429973.59600.0250841970038.73.870334969.19540.0244252080049.54.423239964.79470.0239192190063.44.976144960.39410.02420622100077.75.529049955.99340.024029

序號流量Q(L.h-1)R壓降□P(KPa)流速u(m.s-1)Re丸KPammH2O11033.832.00.017640.0354418.66080.166621534.531.50.02940.0531627.99120.123432035.330.80.04410.0708837.32160.104142536.230.10.059780.08851046.65200.090353037.229.20.07840.10621255.98240.082364039.626.90.124460.14151674.64320.073575042.224.50.173460.17692093.30390.065586045.821.40.239120.21232511.96470.062797046.920.40.25970.24772930.62550.0500108052.115.90.354760.28313349.28630.052311903.60.31853767.94710.4197121005.30.35394186.60790.5005131507.60.53086279.91180.31891420013.20.70778373.21580.31161530027.81.061612559.82370.29171640047.61.415416746.43160.28091750072.91.769320933.03950.2753186001012.123125119.64740.264919700131.92.477029306.25530.2542粘度：0.000842Pa-s(N.s/m2)溫度：28.60C密度：996.2kg/m3表3局部阻力實驗數(shù)據(jù)表(全開)表3局部阻力實驗數(shù)據(jù)表(全開)溫度：29.10C 密度：996.0kg/m3序號流量Q(L.h-1)近端壓差AP近(KPa)\——*AJ.JJ|~、八遠端壓差AP遠(KPa)流速u(m.s-1)局部阻力壓差AP(KPa)局阻力系數(shù)e16000.91.20.94360.61.353126501.01.41.02230.61.152937001.21.51.10090.91.491247501.31.81.17950.81.154658001.52.01.258211.268568501.62.21.336811