試驗三管路流體阻力的測定

一、試驗?zāi)康?/p>

流體流淌時的能量損耗（壓頭損失），主要由于管路系統(tǒng)中存在著各種阻力。管路中的各

種阻力可分為沿程阻力（直管阻力）和局部阻力兩大類。

本試驗的目的，是以試驗方法干脆測定摩擦系數(shù)X和局部阻力系數(shù)3

二、試驗原理

當(dāng)不行壓縮流體在圓形導(dǎo)管中流淌時，在管路系統(tǒng)內(nèi)隨意二截面之間，機(jī)械能衡算方程為:

gZ|+&+?=gZ2+二+等+Z%J.kg/⑴

P2P?

或m液柱（2）

Z1+-5-+-^=Z2+-S-+江+￡H

Pg2g'pg2g

式中，hf——單位質(zhì)量流體因流體阻力所造成的能量損失，J-kg'；

Hj一單位重量流體因流體阻力所造成的能量損失，即壓頭損失，m液柱。

若：（1）水作為試驗物系，則水可視為不行壓縮流體；

（2）試驗導(dǎo)管水平裝置，則Z尸Z2；

（3）試驗導(dǎo)管的上下游截面的橫截面積相同，則〃尸〃2。

因此（1）和（2）兩式分別可簡化為：

=——員J-kg1（3）

*P

￡〃,=—~—m水柱（4）

Pg

由此可見，因阻力造成的能量損失（壓頭損失），可由管路系統(tǒng)的兩截面之間的壓力差（壓

頭差）來測定。當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)流淌時，流體因摩擦阻力所造成的能量損失（壓頭損失）,

有如下一般關(guān)系式：

1

Yhf=J-kg（4）

乙,pd2

或=正鼻=m水柱（5）

乙Pgd2g

式中；d——圓形直管的管徑，m；1——圓形直管的長度，m；X——摩擦系數(shù)，［無因次］。

大量試驗探討表明，摩擦系數(shù)又與流體的密度p、粘度由管徑d、流速u和管壁粗糙度￡

有關(guān)。用因次分析的方法，可以得摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)、管壁相對粗糙度塊1存在函數(shù)關(guān)系，即

2=/（Re,￡|⑺

通過試驗測得入和Rc數(shù)據(jù)，可以在雙對數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪出試驗曲線。當(dāng)ReV2000時，摩擦

系數(shù)X與管壁粗糙度￡無關(guān)。當(dāng)流體在直管中呈湍流時，入不僅與雷諾數(shù)有關(guān)，而且與管壁相

對粗糙度有關(guān)。

當(dāng)流體流過管路系統(tǒng)時，因遇各種管件、閥門和測量儀表等而產(chǎn)生局部阻力，所造成的能

量損失（壓頭損失），有如下般關(guān)系式：

J-kg"（8）

或V=^—m液柱（9）

2g

式中，u—連接管件直管中流體的平均流速，m-s,；，一局部阻力系數(shù)［無因次］。

由于造成局部阻力的緣由和條件極為困難，各種局部阻力系數(shù)的詳細(xì)數(shù)值，都須要通過試

臉干脆測定。

三、試驗裝置

本試驗裝置如圖1所示，主要是由循環(huán)水系統(tǒng)（或高位穩(wěn)壓水槽）、試驗管路系統(tǒng)和高位排

氣水槽串聯(lián)組合而成，每條測試管的測壓口通過轉(zhuǎn)換閥組與壓差計連通。壓差由一倒置U形水

柱壓差計顯示?？装辶髁坑嫷淖x數(shù)由另一倒置U形水柱壓差計顯示。

圖1管路流體阻力試驗裝置流程

I、循環(huán)水泵；2、光滑試驗管：3、粗糙試驗管：4、擴(kuò)大與縮小試驗管；5、孔板流量計：6、閥門：7、轉(zhuǎn)換閥

組；8、高位排氣水槽。

試驗管路系統(tǒng)是由五條玻璃直管平行排列，經(jīng)U形彎管串聯(lián)連接而成。每條直管上分別配

置光滑管、粗糙管、隧然擴(kuò)大與縮小管、閥門和孔板流量計。每根試驗管測試段長度，即兩測

壓口距離均為0.6m。流程圖中標(biāo)出符號G和D分別表示上游測壓口（高壓側(cè)）和下游測壓口

（低壓側(cè)）。測壓口位置的配置，以保證上游測壓口距U形彎管接口的距離，以及下游測壓口

距造成局部阻力處的距離，均大于50倍管徑。

作為試驗用水，用循環(huán)水泵或干脆用自來水由循環(huán)水槽送入試驗管路系統(tǒng)，由下而上依次

流經(jīng)各種流體阻力試驗管，最終流入高位排氣水槽。由高位排氣水槽溢流出來的水，返回循環(huán)

水槽。

水在試驗管路中的流速，通過調(diào)整閥加以調(diào)整。流量由試驗管路中的孔板流量計測量，并

由壓差計顯示讀數(shù)。

四、試驗方法

試驗前打算工作：

（1）先將水灌滿循環(huán)水槽，然后關(guān)閉試驗導(dǎo)管入口的調(diào)整閥，再啟動循環(huán)水泵。待泵運(yùn)轉(zhuǎn)

正常后，先將試驗導(dǎo)管中的旋塞閥全部打開，并關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥組中的全部旋塞，然后緩慢開啟試

驗導(dǎo)管的入口調(diào)整閥。當(dāng)水流滿整個試驗導(dǎo)管，并在高位排氣水槽中有溢流水排出時，關(guān)閉調(diào)

整閥，停泵。

（2）檢查循環(huán)水槽中的水位，一般須要再補(bǔ)充些水，防止水面低于泵吸入口。

（3）逐一檢查并解除試驗導(dǎo)管和聯(lián)接管線中可能存在的空氣泡。解除空氣泡的方法是，

先將轉(zhuǎn)換閥組中被檢一組測壓口旋塞打開，然后打開倒置U形水柱壓差計頂部的放空閥，直至

排盡空氣泡再關(guān)閉放空閥。必要時可在流體流淌狀態(tài)下，按上述方法解除空氣泡。

（4）調(diào)整倒置U形壓差計的水柱高度。先將轉(zhuǎn)換閥組上的旋塞全部關(guān)閉，然后打開壓差

計頂部放空閥，再緩慢開啟轉(zhuǎn)換閥組中的放空閥，這時壓差計中液面緩緩下降。當(dāng)壓差計中的

水柱高度居于標(biāo)尺中間部位時，關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥組中的放空閥。為了便于視察，在臨試驗前，可由

壓差計項部的放空處，滴入幾滴紅墨水，將壓差計水柱染紅。

（5）在高位排氣水槽中懸掛一支溫度計，用以測量水的溫度。

（6）試驗前需對孔板流量計進(jìn)行標(biāo)定，作出流量標(biāo)定曲線。

試驗操作步驟：

（1）先檢查試驗導(dǎo)管中旋塞是否置于全開位置，其余測壓旋塞和試驗系統(tǒng)入口調(diào)整閥是否

全部關(guān)閉。檢查完畢啟動循環(huán)水泵。

（2）待泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，依據(jù)須要緩慢開啟調(diào)整閥調(diào)整流量，流量大小由孔板流量計的壓差

計顯示。

（3）待流量穩(wěn)定后，將轉(zhuǎn)換閥組中，與須要測定管路相連的一組旋塞置于全開位置，這時

測壓口與倒置U形水柱壓差計接通，即可記錄由壓差計顯示出壓強(qiáng)降。

（4）當(dāng)需改換測試部位時，只需將轉(zhuǎn)換閥組由一組旋塞切換為另一組旋塞。例如，將G1

和D1一組旋塞關(guān)閉，打開另一組G2和D2旋塞。這時，壓差計與G1和D1測壓口斷開，而

水的密度，p/kg?m,

水的粘度，10?WPa?s

光滑管壓頭損失，

Hfi/mmHiO

粗糙管壓頭損失，

旋塞壓頭損失（全開）

Hfi7mmH2O

孔板流量計壓頭損失，

Ho/mmHiO

計算4和J

（1）光滑管：邸=",=pgh-------------------Pa

A1/"J?Pg

\p=XX—X--=AA../t——--

1ffd2A

（2）粗糙管：2=『=pgh

A.Ipic4_pgh

△j）/?=Ax—x----=??4—

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（3）孔板流量計：Ap=邪^=pgh

人匕pu1".上_Pgh

ZK>

（4）旋塞：Ap=-pgh

(4)數(shù)據(jù)整理

表3數(shù)據(jù)整理表

試驗序號12345