实验一流体流动阻力的测定

1、实验一流体流动阻力的测定一、实验目的和任务1. 了解流体流过管路系统的阻力损失的测定方法；2. 测定流体流过圆形直管的阻力，确定摩擦系数入与流体re的关系；3. 测定流体流过管件的阻力，局部阻力系数e :4. 学会压差让和流量计的使用方法；5. 识别管路中各个管件、阀门，并了解其作用；二、实验原理流体的流动性，即流体内部质点之间产生札i对位移。真实流体质点的札i对运动表现出 剪切力，乂称内摩擦力，流体的粘性是流动产生阻力的内在原因。流体与管壁面的摩擦亦产 生摩擦阻力，统称为沿程阻力。此外，流体在管内流动吋，还要受到管件、阀门等局部阻碍 而增加的流动阻力，称为局部阻力。因此研究流体流动阻力的大小

2、是十分重要的。2. 1直管摩擦系数入测定lfad 2g流体在管道内流动时，山于流体粘性作用和涡流的影响产牛阻力。阻力表现为流体的能 量损失，其大小与管长、管径、流体流速等冇关。流体流过直管的阻力计算公式，常用以下 各种形式表示：(1)或-ap,=p.-p2=4 式屮hf以能量损失表示的阻力，j/kg;hr 以压头损失表示的阻力，m液柱；pf以压降表示的阻力，n/n)，l管道长，md管道内径，m；u流体平均流速，m/s；p流体密度，kg / m3；入摩擦系数，无因次；g重力加速度，g9. 81m/s2o .入为直管摩擦系数，由于流体流动类型不同，产生阻力的原因也不同。层流时流体流动 主要克服流体

3、粘性作用的内摩擦力。湍流时除流体的粘性作用外，还包括涡流及管壁粗糙度 的影响，因此入的计算式形式各不相同。层流时，利用计算氏管压降的哈根一泊谡叶公式:-apf = p-p2=32“ l ud2和肓管阻力计算公式(3),比较整理得到入的理论计算式为32x2/_64dup re由此式可见，入与管壁粗糙度£无关，仅为雷诺数的函数。湍流时，由于流体流动的复杂性和管壁粗糙度的影响，入的计算比层流复杂，是利用因 次分析和实验得到计算公式。将影响阻力的许多因素表示为压降的函数，即apf = f (d, l, u, p, “，w)通过因次分析得到以卜准数函数式，竺hf(些,丄上)/at / d d也

4、与计算直管阻力的公式(3)相比较，整理得到:e晋专=f g mrh此式口j见，湍流时直管摩擦系数入，是流体流动re和管壁相对粗糙度£ /d的函数。 此两数的具休形式通过实验确定。许多学者实验研究了上述函数关系，其中较简单的是柏拉修斯(blasius)公式：0.3164此式适用于光滑管，re在2500ix 10"范围内。对粗糙管入与re的关系，可见化工原理教材上册摩擦系数入与雷诺数re及相对粗糙度£/d的关系图及其他学者的计算公式。木实验是利用水作实验，在管长、管径和管壁粗糙度一定的条件下，改变水的流量，测定肓管阻力，即流体压力降apf=p-p2,然后分别计算入和r

5、e值，考察两者的关系。2. 2局部阻力系数e测定流体在管路中流过管件如阀门、弯头、三通、突然扩大或突然收缩等处时，产生涡流形成 阻力，习惯称为局部阻力。其计算式表示为(7)式中，g称为局部阻力系数，无因次。它与管件的儿何形状与re有关。当re大到一定 时，e与re无关，成为定值。管件的局部阻力系数g也都是由实验测定的。三、实验装置3.1设备的主要技术数据：1. 被测光滑直管段：管径d-0. 008m； 管长l-l. 698m； 材料一不锈钢管被测粗糙宜管段：管径d-0. 010m； 管长l1. 698m； 材料一不锈钢管2. 被测局部阻力直管段：管径d-0. 015m；管长l-l. 2m；材料

6、一不锈钢管3. 玻璃转子流量计：型号测量范围lzb40100 1000(1/ h)lzb1010 100 (l/h)3. 2实验流程水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，首先经玻璃转子流量计15、16测量 流量，然后送入被测直管段测屋流体在光滑管或粗糙管的流动阻力，或经10测量局部阻力 后回到储水槽，水循环使用。被测直管段流体流动阻力可根据其数值大小分别采用变送器12或空气-水倒置u型管22来测量。图1流动阻力实验流程示意图1-水箱；2-离心泵;3、4-放水阀；5、13-缓冲罐：6-局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻力 远端测压阀；8、20-粗糙管测压回水阀；9、19-光滑管测压阀；10

7、-局部阻力管阀；11-u型管进 水阀；12-压力传感器；14-流最调节阀；15、16-水转子流量计:17-光滑管阀:18-粗糙管阀;21-倒置u型管放空阀；22-倒置u型管；23-水箱放水阀；24-放水阀；25-涡轮流量计四、实验方法及步骤：1 向储水槽内注水，肓到水满为止。2. 大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热1015分钟，调好数字表的零点，然后 川动泵进行实验。3. 光滑管阻力测定： 关闭粗糙管阀18、粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8,将光滑管阀17全(2) 在流量为零条件下，打开光滑管测压进水阀19和冋水阀9,旋开倒置u型管进水阀11,检杳导压管内是否有气泡存在。若倒置u

8、型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存 在气泡，需要进行赶气泡操作。导压系统如图2所示。操作方法如下：开大流量，使倒置u型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡己赶净,将流量阀关闭；慢慢旋开倒置u型管上部的放空阀21,打开阀3、4,使液柱降至零点上下 时马上关闭，管内形成气水柱，此吋管内液柱髙度差应为零。然后关闭放空阀21。图2导压系统示意图13-粗糙管测压进水阀；14-直管压力传感器；15-粗糙管测压回水阀；16-光滑管测压回水 阀；17-光滑管测压进水阀；18-u型管进水阀；19-排水阀；20-u型管出水阀；26-u型管放 空阀 该装置两个转了流量计并联连接，根据流量人小选择不

9、同址程的流量计测赧流量。（4）差压变送器与倒置u型管也是并联连接，用于测量肓管段的压差，小流量时用倒置 u型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验, 一般测取1520组数据。建议当流量小于300l / h时，只用倒置u型管来测量压差。4. 粗糙管阻力测定：（1）关闭阀17、光滑管测压进水阀19、光滑管测压冋水阀9,全开阀18,旋开粗糙管测 压进水阀20、粗糙管测压冋水阀8,逐渐调人流量调节阀，赶出导压管内气泡。（2）从小流量到最人流量，一般测取15-20 m数据。（3）宜管段的压差用差压变送器测虽。光滑管和粗糙管肓管阻力的测定使用同一差压变送器，当测量光滑管

10、肓管阻力时，要把 通向粗糙管总管阻力的阀门关闭；同样当测量粗糙管直管阻力吋，要把通向光滑管直管阻力 的阀门关闭。5. 局部阻力测定关闭阀门17和18,全开或半开阀门10,改变流最，用差压变送器测量远点、近点压差。 远点、近点压差的测量使用同一差压变送器。当测最远点压羌时，要把通向近点压差的 阀门关闭；同样当近点压差吋，要把通向远点压差的阀门关闭。6. 测取水箱水温。7. 待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。五、使用实验设备应注意的事项1. 启动离心泵之前，以及从光滑管阻力测最过渡到其它测最之前，都必须检查所有流 量调节阀是否关闭。2. 利用压力传感器测量大流量下ap时,应切断空气一水倒置u型

11、玻璃管的阀门18、20 否则影响测量数值。3. 在实验过程小每调节一个流量z后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。4. 较长吋间未做实验，启动离心泵z前应先盘轴转动，否则易烧坏电机。六、原始实验数据实验数据表表1光滑管数据表装置编号：光滑管内径：悸长：液体温度：液体密度：液体粘度：序号流址(l/h)直管压差ap p流速urex(kpa)(mmh20)(pa)(m/s)12 表2粗糙管数据表装置编号： 液体温度：粗糙管内径:液体密度：管长：液体粘度：序号流量(l/h)直管压差apap流速urea(kpa)(mmh?o)(pa)(m/s)12 表3局部阻力实验数据序号流量 q/(l/h)近点压 差竝/kpa远点压 差% /kpa局部阻力压差部阻力/pa流速 m / (m/s)阻力系数123七、实验报告要求1、数据整理结果衣2、计算示例以其中一组数据的计算举例。3、作图并讨论实验结果根据测定的数据，计