流體流動阻力測定實驗

一、實驗?zāi)康?/p>

1.1掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時阻力損失的一般實驗方法。

1.2測定直管摩擦系數(shù)X與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗證在一般湍流區(qū)內(nèi)人與Re

的關(guān)系曲線。

1.3測定流體流經(jīng)管件、閥門時的局部阻力系數(shù)€o

1.4學(xué)會倒U形壓差計和渦輪流量計的使用方法。

1.5識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。

二、實驗原理

流體通過由直管、管件(如三通和彎頭等)和閥門等組成的管路系統(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。流體通過管件、閥門時因流體運動方向和速度大

小改變所引起的機(jī)械能損失稱為局部阻力損失。

2.1直管阻力摩擦系數(shù)人的測定

流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，阻力損失為：

2221udlppphff^PP=-=A=(1)

即，221updfpXA=(2)

式中：X一直管阻力摩擦系數(shù)，無因次；

d一直管內(nèi)徑，m；

力△一流體流經(jīng)1米直管的壓力降，Pa；

單位質(zhì)量流體流經(jīng)1米直管的機(jī)械能損失，J/kg；

P一流體密度，kg/m；

1一直管長度，m

u一流體在管內(nèi)流動的平均流速，m/so

滯流(層流)時，

64=X(3)

UPdu=Re(4)

式中：Re—雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次；

U一流體粘度,kg/(m?s)o

湍流時人是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對粗糙度(￡/d)的函數(shù)，須由實驗確定。

由式(2)可知，欲測定入，需確定1、d,測定、u、。、口等參數(shù)。1、d

為裝置參數(shù)(裝置參數(shù)表格中給出)，P、U通過測定流體溫度，再查有關(guān)手

冊而得，u通過測定流體流量，再由管徑計算得到。fp'

例如本裝置采用渦輪流量計測流量V(\/h)o

29003%冗=(5)

力△可用U型管、倒置U型管、測壓直管等液柱壓差計測定，或采用差壓變送

器和二次儀表顯示。

(1)當(dāng)采用倒置U型管液柱壓差計時

(6)gRpfa△二

式中：R—水柱高度，m。

(2)當(dāng)采用U型管液柱壓差計時

0gRpf0PA-=0(7)

式中：R—液柱高度，ni；

Op一指示液密度,kg/m'o

根據(jù)實驗裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)1、d,指示液密度，流體溫度tOp。(查流體物性P、

口)，及實驗時測定的流量V、液柱壓差計的讀數(shù)R,通過式(5)、(6)或(7)、(4)和

式⑵求取Re和X,再將Re和入標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上。

2.2局部阻力系數(shù)&的測定

局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。

⑴當(dāng)量長度法

流體流過某管件或閥門時造成的機(jī)械能損失看作與某一長度為的同直徑的

管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折合的管道長度稱為當(dāng)量長度，用符號表示。

這樣，就可以用直管阻力的公式來計算局部阻力損失，而且在管路計算時可將管

路中的直管長度與管件、閥門的當(dāng)量長度合并在一起計算，則流體在管路中流動

時的總機(jī)械能損失2為：elelfh

22udllhef^S+=X(8)

(2)阻力系數(shù)法

流體通過某一管件或閥門時的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動時平

均動能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計算方法，稱為阻力系數(shù)法。即：

22ugphffkA='(9)

故22gupf。LA=(10)

式中：C一局部阻力系數(shù)，無因次；

一局部阻力壓強(qiáng)降，Pa；fp'A

(本裝置中，所測得的壓降應(yīng)扣除兩測壓口間直管段的壓降，直管段的壓降

由直管阻力實驗結(jié)果求取。)

P一流體密度，kg/m3；

g一重力加速度，9.81m/s2u一流體在小截面管中的平均流速，m/so

待測的管件和閥門由現(xiàn)場指定。本實驗采用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局

部阻力損失。

根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d,指示液密度，流體溫度tOP

。(查流體物性P、口)，及實驗時測定的流量V、液柱壓差計的讀數(shù)R,通過式(5)、

(6)或(7)、(10)求取管件或閥門的局部阻力系數(shù)2o

三、實驗步驟

3.1泵啟動：首先對水箱進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開總電源和儀表開

關(guān)，啟動水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開到最大。

3.2實驗管路選擇：選擇實驗管路，把對應(yīng)的進(jìn)口閥打開，并在出口閥最大

開度下，保持全流量流動5-10min。

3.3流量調(diào)節(jié)：通過離心泵變頻器調(diào)節(jié)管路流量，讓流量從1到4ni7h范圍內(nèi)

變化，建議每次實驗變化0.5n；/h左右。每次改變流量，待流動達(dá)到穩(wěn)定后，記

下對應(yīng)的壓差值；自控狀態(tài)，流量控制界面設(shè)定流量值或設(shè)定電動調(diào)節(jié)閥開度，

待流量穩(wěn)定記錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。

3.4計算：裝置確定時，根據(jù)〃△和u的實驗測定值，可計算人和鄉(xiāng),在等溫

條件下，雷諾數(shù)Re=dun/ii=Au,其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得

到一系列入?Re的實驗點，從而繪出入?Re曲線。

3.5實驗結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清理裝置。

四、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理

4.1實驗數(shù)據(jù)的記錄

管文流流速m/s雷諾數(shù)溫

路類型驗次數(shù)量m3/h降KPaRe度。C

110.88460.122893.932.

442

21.51.32700.334340.932.

912

321.76930.745787.832.

82

光42.52.21161.157234.832.

52

滑532.65391.568681.832.

622

管63.53.09622.080128.732.

882

743.53862.691575.732.

852

管實流流速m/s壓雷諾數(shù)溫

路類型驗次數(shù)量m3/h降KPaRe度。C

110.80240.821803.732.

952

21.51.20361.832705.632.

732

321.60483.343607.532.

02

粗42.52.00605.154509.332.

582

糙532.40727.365411.232.

252

管63.52.80849.976313.132.

332

743.209613.87215.032.

0602

管實流流速m/sIk雷諾數(shù)溫

路類型驗次數(shù)量m3/h降KPaRe度℃

110.88460.222893.932.

742

21.51.32700.634340.932.

212

局321.76931.045787.832.

782

部42.52.21161.657132.832.

831

阻532.65392.368559.432.

401

力63.53.09623.180128.732.

182

管743.53863.991575.732.

152

4.2實驗數(shù)據(jù)處理

4.2.1根據(jù)粗糙管實驗結(jié)果，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出入-Re曲線，對照化工

原理教材上有關(guān)曲線圖，可估算出該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。

阻力摩擦系數(shù)X流體密度kg/m3

0.05835994.93

0.05449994.93

0.05409994.93

0.05403994.93

0.05333994.93

0.05315994.93

0.05352994.93

入-Re的關(guān)系圖為

與相關(guān)曲線比較，可估算出該管的相對粗糙度為0.02

絕對粗糙度為0.02*21=0.42mm

4.2.2根據(jù)光滑管實驗結(jié)果，對照柏拉修斯方程，計算其誤差。

阻力摩擦系數(shù)入柏拉修斯公式誤差

0.0056290.025720.7812

0.0069690.023240.7002

0.0070360.021630.6747

0.0070360.020450.6541

0.0069690.019540.6434

0.0068260.018810.637

0.0067340.018190.6298

4.2.3根據(jù)局部阻力實驗結(jié)果，求出閘閥全開時的平均€值

平均阻力€阻力摩擦系數(shù)人

0.070700.01460

0.072150.01490

0.070040.01447

0.07038