實驗一流體流動阻力實驗

一、實驗?zāi)康?/p>

1、學(xué)習(xí)直管摩擦阻力AP,、直管摩擦系數(shù)4的實驗方法；

2、掌握不同流量下摩擦系數(shù)丸與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系及其變化規(guī)律；

3、學(xué)習(xí)局部阻力的測定方法；

4、學(xué)習(xí)壓強差的幾種測量方法和技巧；

5、掌握坐標(biāo)系的選用方法和對數(shù)坐標(biāo)系的使用方法。

二、實驗原理

1.直管摩擦系數(shù)/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/l=/(Re,￡/d),對

一定的相對粗糙度而言，4=/(Re)。

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:

j二組(1)

PP

又因為摩擦阻力系數(shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系(范宇公式)

hf=--=z--(2)

fpd2

整理(1)(2)兩式得

［里學(xué)

(3)

plu~

(4)

式中：d—管徑，m；

APf一直管阻力引起的壓強降，Pa；

/一管長，m；

〃一流速，m/s；

P-流體的密度，kg/m3；

〃一流體的粘度，N-s/m2o

在實驗裝置中，直管段管長/和管徑“都已固定。若水溫一定，則水的密度

P和粘度u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

△P,與流速u（流量V）之間的關(guān)系。

測得一系列流量下的△尸/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)入；用式（4）計算對應(yīng)的Re,從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾

數(shù)的關(guān)系，繪出入與Re的關(guān)系曲線。

2.局部阻力系數(shù)4的測定

■9

r

hf=^!-=^—（5）

'P2

式中：二-局部阻力系數(shù)，無因次；

△2-局部阻力引起的壓強降，Pa；

人/-局部阻力引起的能量損失，J/kgo

圖3局部阻力測量取壓口布置圖

局部阻力引起的壓強降△片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△Pf.ab=△?￡,be；△Pf.a,b,=△Pf.trcf

在@~@'之間列柏努利方程式：

Pa—Pa-=2APf,ab+2APf.b-+APf（7）

在人了之間列柏努利方程式：

Pb—Pbf=△Pf,bc+APf,b,c-+APf

=APfah+APfa-h-+APf(8)

聯(lián)立式(7)和(8),則:

△P；=2(Pb-Pb)一(Pa-Pa，)

為了實驗方便，稱(Pb—Pb，)為近點壓差,稱(Pa-Pa，)為遠(yuǎn)點壓差。用差

壓傳感器來測量。

三、實驗裝置

1.設(shè)備的主要技術(shù)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

⑵被測局部阻力直管段：管徑d—0.015m；管長I,—1.2m：材料一不

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: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(jī)功率:

550(W)

(6)玻璃轉(zhuǎn)子流量計:

型號測量范圍精度

LZB—40100-1000(L/h)1.5

LZB—1()10-l()()(L/h)2.5

(7)渦輪流量計:

型號：LWY-15測量范圍：0?6m3/h

2.實驗流程示意圖

實驗流程示意圖見圖lo

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(zhuǎn)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(yuǎn)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；1卜U型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；14-流量調(diào)節(jié)閥；15、16-水轉(zhuǎn)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

1.向儲水槽內(nèi)注水，直到水滿為止。（有條件最好用蒸儲水，以保持流體清

潔）

2.直流數(shù)字表的使用方法請詳細(xì)閱讀使用說明書。

3.大流量狀態(tài)下的壓差測量系統(tǒng)，應(yīng)先接電預(yù)熱10?15分鐘，紀(jì)錄數(shù)字表

的初始值，然后啟動泵進(jìn)行實驗。

4.光滑管阻力測定：

（1）關(guān)閉粗糙管閥18、粗糙管測壓進(jìn)水閥20、粗糙管測壓回水閥8,將光滑

管閥17、光滑管測壓進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)壓管內(nèi)存在氣泡，需要進(jìn)行趕氣泡操作。導(dǎo)壓系統(tǒng)如

圖2所示。

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(jìn)水閥；12-

直管壓力傳感器；20-粗糙管測壓進(jìn)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(rèn)為氣泡己趕凈，將流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；關(guān)

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(guān)閉，管內(nèi)形成氣?水柱。然后關(guān)閉放空閥21。看U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(zhuǎn)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(yīng)在最大流量和最

小流量之間進(jìn)行實驗，一般測取15?20組數(shù)據(jù)。建議當(dāng)流量小于300L/h時，

只用倒置U型管來測量壓差。

5.粗糙管阻力測定：

關(guān)閉閥17、光滑管測壓進(jìn)水閥19、光滑管測壓回水閥9,全開閥18,旋開

粗糙管測壓進(jìn)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(dǎo)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(dāng)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(guān)閉；同樣當(dāng)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(guān)閉。

4.局部阻力測定

關(guān)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(yuǎn)

點、近點壓差。

遠(yuǎn)點、近點壓差的測量使用同一差壓變送器。當(dāng)測量遠(yuǎn)點壓差時，要把通

向近點壓差的閥門關(guān)閉；同樣當(dāng)近點壓差時，要把通向遠(yuǎn)點壓差的閥門關(guān)閉。

5.測取水箱水溫。

6.待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，關(guān)閉實驗設(shè)備電源.

五、使用實驗設(shè)備應(yīng)注意的事項

1.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。

2.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(guān)閉。

3.利用壓力傳感器測量大流量下4P時,應(yīng)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。

4.在實驗過程中每調(diào)節(jié)一個流量之后應(yīng)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(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動，否則易燒壞電機(jī)。

計算過程示例,

（均以第一組數(shù)據(jù)為例）.

二?光滑管直管阻力”

2300

直管阻力引起的壓強降：APf==^.',^^=0-00294KPa.

流速：

u=Q=10/(3600>iP00)=00553m<s^

A3.14乂等)

2*0.008*0.00294,1000

直管摩擦系數(shù)：入二罕=0.009092.

996.7*1.698*0.05532

雷諾數(shù)：Re=則=-黑篙產(chǎn)7=499.559%

u1).0008825

二.粗糙管直管阻力-

直管阻力引起的壓強降△Pf=T^=l^||^二(un764KPa.

流嗎。)=0.0354msL

A3.14*(等)2

古田麻焯差將12dAPf2*0.010?0.01764?1000

直官摩擦系數(shù)：A=—=9962.1698.003542=0.166^

雷諾數(shù)：Re=dup=0.010>0.03S4?996.2=41866()8

u0.000842

，一管徑，m:/一管長，in:〃一流速,m/s;0一演■體的密度，kg/m3:〃一流體的粘度，N*s/m2.

\Pf一直管阻力引起的壓強澤，P心

三.局部阻力(全開)一

)左、擊Q600/(3600*1000).1

流速：u=-=-------------^=0.9436111-5^

A3.14乂華)

局部阻力壓差：AP局=2*AP近?AP遠(yuǎn)=2*0.9?1.2=0.6KP1

阻力系數(shù)7=??簪=（募）0.6*1000

=1.353K

0.94362

四.局部阻力（半開），

流速:g合策單=o.9436m.sL

局部阻力壓差：AP/尸nJ=2*APH?AP濟(jì)=2*18?18.2=17.8KPa?

17.8*1000

阻力系數(shù):=40.1419-

0.94362

表1直管阻力實驗數(shù)據(jù)表(光滑管)

溫度：26.4°C粘度：0.0008825Pa-s(N.s/m2)密度：996.7kg/m3

序流量R壓降流速

ReA

號Q(L.h/)KPammH2O△產(chǎn)(KPa)u(m.s'1)

11032.632.30.002940.0553499.55990.009092

21532.832.20.005880.0829749.33990.008082

3203332.30.006860.1106999.11990.005304

42533.332.30.00980.13821248.89980.004849

53033.432.10.012740.16591498.67980.004378

6403431.60.023520.22121998.23970.004546

75034.7310.036260.27652497.79970.004485

86035.530.20.051940.33172997.35960.004462

9703629.90.059780.38703496.91950.003773

108037.228.80.082320.44233996.47950.003978

119037.728.30.092120.49764496.03940.003517

1210039.826.50.130340.55294995.59930.004031

1315042.623.60.18620.82947493.39900.002559

1420051.515.50.35281.10589991.19870.002728

153007.71.658714986.79800.026459

1640013.72.211619982.39740.026480

1750021.02.764524977.99670.025978

1860029.23.317429973.59600.025084

1970038.73.870334969.19540.024425

2080049.54.423239964.79470.023919

2190063.44.976144960.39410.024206

22100077.75.529049955.99340.024029

表2直管阻力實驗數(shù)據(jù)表（粗糙管）

溫度：28.6℃粘度：0.000842Pa-s(N.s/m2)密度：996.2kg/m3

序流量R壓降流速

ReA

號Q(L.h")KPammHiOA尸(KPa)u(m.s")

11033.832.00.017640.0354418.66080.1666

21534.531.50.02940.0531627.99120.1234

32035.330.80.04410.0708837.32160.1041

42536.230.10.059780.08851046.65200.0903

53037.229.20.07840.10621255.98240.0823

64039.626.90.124460.14151674.64320.0735

75042.224.50.173460.17692093.30390.0655

86045.821.40.239120.21232511.96470.0627

97046.920.40.25970.24772930.62550.0500

108052.115.90.354760.28313349.28630.0523

11903.60.31853767.94710.4197

121005.30.35394186.60790.5005

131507.60.53086279.91180.3189

1420013.20.70778373.21580.3116

1530027.81.061612559.82370.2917

1640047.61.415416746.43160.2809

1750072.91.769320933.03950.2753

186001012.123125119.64740.2649

19700131.92.477029306.25530.2542

表3局部阻力實驗數(shù)據(jù)表(全開)

溫度：29.1°C密度：996.0kg/m3

近端壓差遠(yuǎn)端壓差

流量局部阻力壓差阻力系數(shù)

序"近流速

號Q(L.h')u(m.s1)△產(chǎn)局(KPa)0

(KPa)(KPa)

16000.91.20.94360.61.3531

26501.01.41.02230.61.1529

37001.21.51.10090.91.4912

47501.31.81.17950.81.1546

58001.52.01.258211.2685

68501.62.21.336811.1237

79001.82.51.41541.11.1025

89502.12.81.49411.41.2594

表4局部阻力實驗數(shù)據(jù)表(半開)

溫度：29.8°C密度：996.0kg/m3

近端壓差遠(yuǎn)端壓差

序流量流速局