管路沿程阻力測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握流體流經(jīng)管道時(shí)沿程阻力損失的測(cè)定方法；2、 測(cè)定流體流過(guò)直管時(shí)的摩擦阻力，確定摩擦系數(shù)入與Re的關(guān)系；3、 、測(cè)定流體經(jīng)過(guò)管件時(shí)的局部阻力，并求出阻力系數(shù)Z；4、 學(xué)會(huì)壓差計(jì)和流量計(jì)的使用。二、 實(shí)驗(yàn)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，會(huì)引起壓強(qiáng)的損耗。這種損耗包括流體流經(jīng)直管的沿程阻力以及流體流動(dòng)方向的改變或因管子的大小，形狀的改變所引起的局部阻力。沿程阻力流體在水平均勻管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，由截面1到截面2，阻力損失表現(xiàn)為壓強(qiáng)降低：hf=Ap/p=X?l/d?（ua2）/2流體在水平均勻管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失表現(xiàn)為壓強(qiáng)降低。湍流流動(dòng)時(shí)，影響阻力因素十分復(fù)雜，目前不能完全用理論的方法求解，必須通過(guò)研究規(guī)律。為減少實(shí)驗(yàn)工作量，擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用范圍，可采用因次分析法將各個(gè)變量綜合成準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式。影響阻力損失的因素有：1） 流體性質(zhì)：密度p，粘度^；2） 管路的幾何尺寸：管徑d，管長(zhǎng)1，管壁粗糙度￡；3） 流動(dòng)條件：流速u。有變量關(guān)系進(jìn)行組合，得到無(wú)因次式，引入：X=中（Re,￡/d）得到公式：hf=詢/p=X?l/d-（ua2）/2上式中入為直管摩擦系數(shù)，滯流時(shí)，X=64/R；湍流時(shí)，入與Re的關(guān)系受管壁粗糙度的影響，許實(shí)驗(yàn)測(cè)得。根據(jù)伯努利方程可知，流體通過(guò)直管的嚴(yán)程阻力損失，課直接測(cè)量液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R（m）算出：Ap=R（P指-P水）g其中：p指一壓差計(jì)中指示劑的密度（kg.m-3）。本實(shí)驗(yàn)以水銀作為指示劑，另一流體為水。局部阻力局部阻力通常有兩種表示方法：當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。1） 當(dāng)量長(zhǎng)度法：流體流過(guò)某管件或閥門時(shí)，因局部阻力造成的損失，相當(dāng)于流體流過(guò)與其具有相同管徑的若干米長(zhǎng)度的直管阻力損失，這直管長(zhǎng)度稱為當(dāng)量長(zhǎng)度，用符號(hào)u表示。這樣，就可以用直管阻力公式來(lái)計(jì)算局部阻力損失。而且在管路計(jì)算時(shí)，可將管路中的直管長(zhǎng)度與管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度合并在一起計(jì)算，如管路直管長(zhǎng)度為l，各種局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度值和為Z八，則流體在管路中流動(dòng)時(shí)總阻力損失￡hf為：Shf=X+￡l）/d］（uA2）/22） 阻力系數(shù)法：流體流過(guò)某一管件或閥門的阻力損失用流體在管路中的動(dòng)能系數(shù)h表示：php=Q-（ua2）/2式中：匚一局部阻力系數(shù)，無(wú)因次；u一在小截面管中流體的平均流速（m/s）。由于管件兩側(cè)距測(cè)壓孔間的直管長(zhǎng)度很短，引起的摩擦阻力與局部阻力相比，可以忽略不計(jì)，因次h的值可以應(yīng)用伯努利方程有液柱壓差計(jì)讀數(shù)R求出。U可以由渦輪流量計(jì)及MMDf智能流量?jī)x算出：u=Vs/（兀/4-d-d）（m/s）式中：七一平均流量（ms/s）三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置及設(shè)備主要參數(shù)被測(cè)原件：鍍鋅水管，管長(zhǎng)2.0m，管徑0.021m，閘閥D=%1） 測(cè)量?jī)x表，U形壓差計(jì)（水銀），LW-15型渦輪流量計(jì)（精度0.5級(jí)，量程0.4~4.0皿/h，儀器編號(hào)I的儀表常數(shù)為599.41次/升,MMD智能流量?jī)x）2） 循環(huán)水泵3） 循環(huán)水箱4） DZ15-40型自動(dòng)開關(guān)5） 數(shù)顯溫度表流程:

流體流動(dòng)阻力損失實(shí)驗(yàn)流程圖1）水箱2）控制閥3）放空閥4）U形壓差計(jì)5）平衡閥6）放空閥7）排液閥8）數(shù)顯溫度表9）泵10）渦輪流量計(jì)11）取壓計(jì)12）U形壓差計(jì)13）閘閥14）取壓孔四、實(shí)驗(yàn)操作步驟及注意事項(xiàng)水箱充水至80%。儀表調(diào)整（渦輪流量計(jì)，MMD智能流量?jī)x按說(shuō)明書調(diào)節(jié)）。打開壓差計(jì)上平衡閥，關(guān)閉各氣閥。啟動(dòng)循環(huán)水閥（首先檢查泵軸是否轉(zhuǎn)動(dòng)，全開閥13,全關(guān)閥2,后啟動(dòng)）。排氣：（1）管路排氣；（2）測(cè)壓管排氣；（3）關(guān)閉平衡閥，緩慢旋動(dòng)壓差計(jì)上放氣閥排除壓差計(jì)中的氣泡（注意：先排壓進(jìn)管后排出管，以防壓差計(jì)中水銀被沖走），排氣完畢。讀取壓差計(jì)零位讀數(shù)。開啟調(diào)節(jié)閥至最大，確定流量范圍，確定試驗(yàn)點(diǎn)（8~10個(gè)），測(cè)定直管部分阻力和局部阻力（閘閥全開時(shí)）。測(cè)定讀數(shù)：改變管道中的流量讀出一系列流量V，壓差△p（或△p）。S 1 2注意：每改變一次流量后，必須等流動(dòng)穩(wěn)定后，才能保證測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)裝置恢復(fù)原狀，打開壓差計(jì)上的平衡閥，并清理試驗(yàn)場(chǎng)地。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)裝置號(hào)：1號(hào)裝置，被測(cè)管長(zhǎng)：2.0m， 被測(cè)管徑：0.021m被測(cè)管件： 儀表常數(shù)：599.41次/升， 水溫：24.8°C序號(hào)流量?jī)x讀數(shù)（次/s）直管阻力損失△P1局部阻力損失△P2U管左邊讀數(shù)cmHgU管右邊讀數(shù)cmHgU管左邊讀數(shù)cmHgU管右邊讀數(shù)cmHg0681（初始）17.5（初始）51.6（初始）33.0（初始）23.4165818.950.432.423.9261920.648.732.024.2357422.546.931.624.9455223.54631.325.254832643.130.725.8640628.640.929.926.4729131.638.129.127.3819533.336.228.627.799534.434.728.428.210034.534.528.328.3六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表所示，以序號(hào)1為例寫出計(jì)算過(guò)程。序號(hào)流量Vsm3/sX10-3流速um/s密度Pkg/m3粘度RPasX10-3ReX104R1cmHgR2cmHgAPiPaX104AP2PaX104入匚

11.0983.171998.21.0056.61431.58.53.8941.0510.0812.09421.0332.983998.21.0056.22228.17.83.4740.9640.0822.17130.9582.766998.21.0055.77024.46.73.0160.8280.0832.17040.9212.660998.21.0055.54822.56.12.7820.7540.0832.13550.8062.328998.21.0054.85617.14.92.1140.6060.0822.24060.6771.957998.21.0054.08212.33.51.5210.4330.0842.26470.4851.402998.21.0052.9246.51.80.8040.2230.0862.26880.3250.940998.21.0051.9612.90.90.3590.1110.0852.52390.1580.458998.21.0050.9550.30.20.0370.0250.0852.3621000998.21.0050000000以序號(hào)1為例寫出計(jì)算過(guò)程：V=658-599.41-1000=1.098ms/sU=V/A=1.098-(3.14-4x0.021x0.021)=3.171m/sRe=dup/p=0.021x3.171x998.2-(1.005x10-3)=6.614x104R=50.4-18.9=31.5cmHgR1=32.4-23.9=8.5cmHg2Api=R1(p指-p水)g=3.894x104PaAP2=R2(p指-p水)g=1.051x104Pa人=2Api.d/(pxlxu2)=0.081匚=2AP2.d/(pxlxu2)=2.094七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙關(guān)聯(lián)一定e/d下，入和Re的關(guān)系，并用實(shí)驗(yàn)結(jié)果估算一工程問(wèn)題的阻力損失。一定e/d下，入和Re的關(guān)系見(jiàn)上圖。以入二0.084為例，Zh=h+h=X?l/d-u-u/2+C-u-u/2ffp=0.084x2-0.021x1.957x1.957-2+2.264x1.957x1.957-2二19.65J/kg。根據(jù)所得到的入和Re的關(guān)系，驗(yàn)證柏拉修斯公式。答：柏拉修斯公式：人=0.3164/Reo.25當(dāng)Re=19610時(shí)，入=0.0267；即在此條件下柏拉修斯公式不成立。為什么測(cè)定數(shù)據(jù)前首先要趕盡設(shè)備和測(cè)壓管之間的空氣？怎樣趕走？答：因?yàn)槿绻O(shè)備或測(cè)壓管中留有空氣，則會(huì)影響U形管，引起U形管讀書產(chǎn)生誤差。慢慢旋轉(zhuǎn)平衡閥排除氣泡。在進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)的排氣工作時(shí)，是否要關(guān)閉系統(tǒng)的出口閥？為什么？答：要關(guān)閉系統(tǒng)的出口閥，只有這樣才能通過(guò)U形壓差計(jì)的液面