流体流动阻力的测定实验

1、流体流动阻力的测定实月一、实验内容(1) 测泄流体在特左材质和丫的宜管中流动时的阻力摩擦系数久，并确泄久和届之间 a的关系。(2) 测泄流体通过阀门或90肘管时的局部阻力系数。二、实验目的(1) 了解测定流体流动阻力摩擦系数的工程左义，掌握采用量纲分析方法规划测定流 体阻力实验的组织方法。(2) 测定流体流经直管的摩擦阻力和流经管件的局部阻力，确左直管阻力摩擦系数和 雷诺数之间的关系。(3) 熟悉压差计和流量计的使用方法。(4) 认识组成管路系统的各部件、阀门并了解其作用。三、实验基本原理流体管路是由直管、管件(如三通、直管、弯头)、阀门等部件组成。流体在管路中流 动时，由于黏性剪应力和涡流作

2、用，不可避免地要消耗一怎的机械能。流体在直管中流动的 机械能损失称为直管阻力；而流体通过阀门、管件等部件时，因流动方向或流动截而的突然 改变导致的机械能损失称为局部阻力。在化工过程设计中，流体流动阻力的测左或计算，对 于确左流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位或压差，选择适当的输送条件都有 不可或缺的作用。(1) 直管阻力流体在水平的均匀管道中稳立流动时，由截面1流动至截而2的阻力损失表现为压力的 降低，即由于流体分子在流动过程中运动机里十分复杂，影响阻力损失的因素众多，目前尚不能 完全用理论方法来解决流体阻力的讣算问题，必须通过实验研究掌握其规律。为了减少实验 工作量简化实验工作难度

3、，并使实验结果具有普遍意义，可采用疑纲分析方法来规划实验。将所有影响流体阻力的工程因素按以下三类变量列出 流体性质：密度黏度“ 管路几何尺寸：管径乩管长人管壁粗糙度 流动条件：流速可将阻力损失存与诸多变量之间的关系表示为根据量纲分析方法可将上述变量之间的关系转变为无量纲准数之间的关系其中警届称为雷诺准数，是表征流体流动形态影响的无量纲准数；捽表示相对长度的无量纲几何准数；称为管壁相对粗糙度。(1将式改写为A/?1 NDp dd 2引入A =(Re,)d则a = = 21x!d 2式即为通常il算直管阻力的公式，其中2称为直管阻力系数。直管段两端的压差采用压差计测宦，则P*二压差计示值由式可知，

4、不管何种流体，直管阻力摩擦系数2仅与Re和丄有关。因此，只要在d实验室规模的小装置上，用水做实验物系，进行有限量的实验，确定兄与Re和丄的关系， d即可由式汁算任一流体在管路中的流动阻力损失。这也说明了量纲分析理论指导下的实验 方法具有“由小见大，由此及彼”的功效。(2) 局部阻力局部阻力通常用当量长度法或局部阻力系数法来表示。当疑长度法：流体通过管件或阀门的局部阻力损失，若与流体流过一左长度的相同管径 的直管阻力相当，则称这一直管长度为管件或阀门的当疑长度，用符号厶表示。这样就可 以直接用直管阻力的公式来计算局部阻力损失。在管路汁算时，可将管路中的直管长度与管 件阀门的当量长度合并在一起汁算

5、，如管路系统中直管长度为1各种局部阻力的当量长度之 和为yic则流体在管路中流动的总阻力损失为9ir局部阻力系数法:流体通过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表 示，这种计算局部阻力的方法称为阻力系数法即2=竺亠孑尤Q 一 2-般情况下，由于管件和阀门的材料及加工精度不完全相同，每一制造厂及每一批产品 的阻力系数是不尽相同的。四、实验设计实验方案用自来水做实验物料：由实验原理及式几=和2 = 乂 =孑匕知,P d 2Q 2当实验装置确左后，只要改变管路中流体流速或流量q,测立相应的直管阻力压差/戸和 局部阻力压差込 就能通过计算得到一系列的A和了的值以及相应的Re值：在安排实验

6、 点的分布时，要考虑到久随Re的变化趋势，在小流量范围适当多布点。测试点及测试方法原始数据 有流速（或流量Q）,直管阻力压差4巴和局部阻力压差4舄，流体温度t （据此确定p、“），此外还有管路直径R和直管长度人测试点 需在直管段两端和局部段两端各设一段测压点分别用以测左/戸和力尸2,在管 路中配置一个流量（或流速）和温度测试点，共6个测试点。测试方法 宜管段和局部阻力段压差的测立：采用水银U型压差计（或用压差传感器） 流速或流量的测立：工程上测量流量较测流速更为方便，如用涡轮流量计测定流量，则 q -示值读数其中流虽，L/so温度的测定：用PtlOO温度计测定,C。控制点及调节方法实验中需控制

7、调节的参数是流体流量q，可在管路系统岀口端设宜一控制调肖阀门，用 以调节流量并保证整个管路系统满灌。实验装置和流程设计主要设备和部件离心泵循环水箱涡轮流量计阀门直管及管件压差计PtlOO温度计实验装宜如图5-1所示，由管子、管件、闸阀（用于局部阻力测左）、控制阀，流量计 及离心泵等组成一个测试系统。测试系统的前半部分为局部阻力测试段。为肖约用水，配程 水箱供水，循环使用。为防止赃物进入系统造成堵塞，在泵的入口加装过滤器。为了保证系 统满灌，装置的岀口端应高于测试段或将控制阀安装在出口端。为了排出管路的残留气体, 在装程的最髙处装设排气阀。为了实验结朿排空系统中的液体或泄期更换水箱中的水，在循

8、环水箱底部装设排泄阀。涡轮流量讣在安装时必须保证前后有足够的直管稳左段和水平度。五、实验操作要点（1）实验正式开始前，关闭流体岀口控制阀门，打开压差计平衡阀，引水灌泵、放气， 关闭引水阀和放气阀。（2）启动离心泵。（3）分別进行管路系统、引压管、压差计的排气工作，排出可能积存在系统内的空气， 以保证数据测定稳定，可靠。管路系统排气：打开出口调节阀，让水流动片刻，将管路中的大部分空气排出。然后 将出口阀关闭，打开管路出口端上方的排气阀，使管路中残余空气排出。引压管排气：一次打开-关闭压差计上方的排气阀，反复操作几次，将引压管内的气体 排出。压差汁排气：关闭平衡阀，依次打开-关闭压差计上方的排气阀

9、，反复操作几次，将压 差计内的气体排出。（4）将出口阀开至最大，观察最大流量范用或最大压差变化范用，据此确左合理的实 验布点。（5）流量调节后需稳定一段时间，方可测取有关数据。（6）实验结束时，先打开平衡阀，关闭岀口控制阀，再关闭离心泵和总电源。六、实验数据处理和结果讨论（1）在双对数坐标纸上关联兄和Re之间的关系。（2）对实验结果进行分析讨论，例如：讨论一下2与Re的关系，根据所标绘的曲线 引申推测一下管路的粗糙程度，论述所得结果的工程意义等等，并从中得到若干结论。（3）对实验数据进行必要的误差分析，评价一下数据和结果的误差，并分析其原因。1、LZC闸阀：3/4, =32X3mm直管：b=2

10、5X3mm, L=2m涡轮流量计仪表常数8= 324.4435水温：21C,查表得 21C时水 p=99&0kg/m3, n=0.9810mPa-s以第一组实验数据为例进行计算如下：涡轮流量计读数Q=38,闸阀段压差计:髙液而读数：30.38cm,低液面读数:30.28cm 直管段压差计：髙液而读数：29.86cm,低液而读数：29.52cm 流量038q = I=32lS535 = -12L/S闸阀段压差流速“229,86 29 52 %（3 一 J x 9.8 = 0.4198kPa100Pi = （h-h低）（p水银一 Q水）g=（3。：；0.28）%（3 一 i）% 9.8 = 0.1

11、235kPa4q 4 X 0.12/1000U1= 3.14X 0.0262 = -22rn/S阻力系数, = 0.1235 X 1000；2 = 50797 p X Ui2998.0 X 0.222直管段压差流速4q 4 X 0.12/1000U2 = = 3.14X0.0192 = 41m/S直管阻力摩擦系数入=字=2伫9855 “ 0468 plud998.0 X 2 X 0.412雷诺数读数qui高低Pi1380. 120. 2230. 3830. 280. 12355. 0797540. 170.3130. 4030. 260. 17293. 5217770. 240. 4530.

12、4830. 180. 37043.71151000.310. 5830.6130. 050. 69154. 10771230. 380.7130. 7629. 901.06194. 16961460. 450. 8530. 9829. 681. 60524.47351700. 520. 9931. 1829. 482. 09924.31482040. 631. 1831.5929. 172. 98824. 26542390. 741.3932. 1428. 624. 34654. 52022670. 821.5532. 5628. 205. 38374. 48610.9810 X IO3将计算

13、结果列于下表如 0.019X 0.41 X998.0 = 7988.82980. 921.7333.2027. 606. 91494. 62553451.062. 0034. 2026. 749.21164. 59743831. 182. 2235. 1825.8811.48364. 65044201.292. 4436.2124. 9413. 91624. 68634601.422. 6737. 3623.9216. 59574. 65905001.542. 9038. 7022. 6819. 78154. 70035511.703. 2040. 5220. 9824.12804. 7209

14、5991.853. 4842. 3219. 2828. 44984. 71026492. 003. 7744. 4017. 3233. 43844. 71596832. 113. 9745. 9815. 5437. 58734. 7864将阻力系数T对流量Q作图如下6.00005.00004.00003.00002.00001.00000.0000读数“2高低申2ARe38 J0.4129. 8629. 520.4198320. 04687988. 8540. 5929.929. 480.5186160. 028611352.5770. 8430. 0929. 290. 987840. 026

15、816187.91001.0930. 38291. 7040240. 027421023.21231.3430. 6428. 742. 346120. 025025858. 61461.5931.0428. 343. 333960. 025230693. 91701.8531.3827. 784.445280. 024835739.52042. 2231.9227. 165. 8776480. 022742887. 42392. 6032.926. 188. 2978560. 023450245. 52672. 9033. 5825.410.100660. 022856132.02983. 2

16、434.424.4812.249220. 022262649.23453. 7535. 8823. 0215.879530. 021572530. 13834.1737. 3421.5219.534540. 021480518.94204. 5738. 6820. 0423.016670. 021088297. 54605. 0040. 4418. 3827.239690. 020796706. 85005. 4442. 3216. 4231.981320. 0206105116. 15515. 9944.9613. 7638.525760. 0204115837.95996.5147.611

17、. 1844.971420. 0202125929. 16497. 0650. 288. 8651.145420.0195136440. 76837. 4352. 746. 1357.554030.0199143588. 6通过观察，发现第一组数据偏离整体结果较大，故舍弃。将Re对入作图如下：10000 100000 10000000.01 Re2、LZC-88-2#闸阀：3/4,=26.75X2.75mm直管： =33.5X325mm, L=2m涡轮流呈:计仪表常数8= 259.00水温：20*C,査表得 20C时水 p=998.2kg/m3, p=1.0050mPa s 计算过程同将计算结

18、果列于下表读数q色高低如C390. 150. 4236. 7236. 580. 17291.9195540.210. 5936. 8336.410. 51863. 0036640. 250. 7036. 8636.310. 67912. 8002740. 290.8136. 9336.30. 77792. 3992850. 330. 9337. 1136. 171. 16072.71311010. 391. 1037. 3235. 951.69172. 80071250. 481.3637.5835. 842. 14862. 32231420. 551. 5537.9135.343. 1734

19、2. 65791660. 641.8138. 2734. 944. 11192. 52011820. 701.9838.7134. 545. 14912. 62532040. 792. 2239. 2334. 116. 32222. 56562480. 962. 7040.4332. 989. 19932. 52602861. 103. 1241.8131.7612. 40972. 56223211.243.5043.0530. 4215. 59552. 55613601.393.9244. 6828. 9319.44812. 53433941.524. 2946. 3627. 3323. 4

20、9822. 55643.50003.00002.50002.00001.50001.00000.50000.0000读数2高低如ARe390. 2637.336. 820. 5927040. 23167056. 4540. 3637.536. 671. 0248840. 20889770. 4640. 4337. 6236. 541. 3335840. 193511579.7740. 5037. 8336.31. 8892440. 205013389. 1850. 5737. 6236. 541. 3335840. 109715379. 31010. 6838.5135. 683.494484

21、0. 203618274. 31250. 8439. 0835. 144.8651120. 185022616. 71420. 9639.734. 586. 3221760. 186325692. 51661.1240.5133. 728. 3842920. 180830034. 91821.2341.2633. 0410.150060. 182132929. 82041.3842. 2232. 0312. 582610. 179736910.42481.6744. 5229.7118.287390. 176744871.42861.9347. 0427.4324.214430. 175951

22、746.93212. 1749.724.8830.647740. 176758079. 63602. 4352. 9521.9338. 30350. 175665136.03942. 6656. 2218. 8446.156820. 176771287. 7An 100 10000 100000 Re3、LZC-88-1 #闸阀：3/4, (t =26.75X2.75mm直管： =33.5 X 3.25mm L=2m涡轮流疑计仪表常数8= 270.00水温：20C,査表得 20C时水 p=998.2kg/m3, =1.0050mPas 计算过程同将讣算结果列于下表读数36q0. 13ui0.

23、38高37.2低37如0. 247043. 4973500. 190. 5237. 2236.90. 39512. 9008680. 250.7137.336. 780. 64212. 5486910. 340. 9537. 4536.61. 04962. 32621100.411. 1537. 6836.41. 58052. 39741330.491.3937. 9536. 12. 28442. 37021530. 571.6038.335.833. 05002. 39131800. 671.883& 8535.44.26012.41322060. 762. 1539. 2534.95. 3

24、7142. 32312350. 872.4639.934.27. 03842. 33912610. 982. 7640. 7533.58. 95232. 35742931.093. 0641.532. 7510.80452. 30993191. 183. 3342. 3531.8812. 92842. 33173501.303. 6643.430. 8915. 44732. 3144读数2高低如ARe360. 2336.936. 120. 9631440. 47996248. 2500. 3237. 1935.71. 8398520. 47528678. 1680. 4437.735. 13.

25、 210480. 448411802.2910. 5938.834. 185. 7047760. 444915794. 11100.7139.833. 058. 33490. 444819091.81330. 8641.3531.612. 03930. 439523083.71530. 9942. 9730. 0215. 990660. 441126555.01801.1645.327. 7521. 670740. 431931241.12061.3348. 0524. 9528.523880. 434135753. 72351.5251.421.636. 797040. 430340787.

26、 02641.7155.317.846. 3050. 429045820.32931.9059. 7513. 6556.924280. 428250853. 63192. 0664. 19.467. 543560. 428655366. 23502. 2769. 853.981.435060. 429360746. 7kn 100 10000 100000 Re4.00003.50003.00002.5000 g 2.00001.50001.00000.50000.00000.000.501.001.50结果讨论: 局部阻力：雷诺数与流量q成正比，根据匚-q图像，随着q的增大，的值逐渐趋于稳泄。 直管阻力：随着雷诺数的增大，阻力系数入减小。但当雷诺数增大到一立程度，即进入阻力 平方区后，入的值趋于稳定不再变化。考虑稳左后各段阻力系数大小，发现，局部阻力的阻力系数要远大于直管阻力系 数。其中，对比1#和2#的阻力系