实验一流体流动阻力测定实验

1、一、实验目的 1. 了解流体流动阻力的测定原理及方法； 2. 测定流体流过直管时的摩擦阻力,并确定摩擦系数与雷诺数的关系； 3. 测定流体流过管件时的局部阻力,并求出阻力系数； 4. 了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理、学会正确使用。二、实验原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起压强损耗。这种损耗包括流体经过直管的沿程阻力以及因流体运动方向改变或因管子大小形状改变所引起的局部阻力。流体在水平均匀管道中稳定流动时，由截面1到截面2，阻力损失表现在压强的降低。影响阻力损失的因素十分复杂，目前尚不能用理论方法求解，必须通

2、过实验研究其规律。为了减少实验工作量，扩大实验结果的应用范围，可采用因次分析法将各变量综合成准数关系式。影响阻力损失的诸因素由：（1）流体性质：密度，粘度；（2）管路的几何尺寸：管径，管长，管壁粗糙度；（3）流动条件：流速。局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。（1）当量长度法流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体通过与其具有相同管径的若干米长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度。（2）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。由于管件两侧距测压孔间的直管长度很短，引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计，因此动能系数之

3、值可应用伯努利方程由压差计读数求出。三、实验设备的功能与特点本实验装置可用于实验教学和科研。利用该实验装置，可学习和掌握光滑直管、粗糙直管的阻力系数与雷诺准数的测量方法；也可学习局部阻力的测量方法；学习几种压差测量方法；加深对流体流动阻力概念的理解。 本实验装置的特点： 本实验装置数据稳定，重现性好，能给实验者明确的流体流动阻力概念。 雷诺准数的数据范围宽，可作出102104三个数量级。能够测量出光滑管、粗糙管的阻力系数与雷诺准数的关系，同时也可以测量阀门局部阻力。 实验采用循环水系统，节约实验费用。 测量系统采用量程不同的两种流量计和压差测量仪表，测量精度较高。 采用压力传感器数字表系统,测

4、量大流量下的流体流动阻力, 实验数据稳定可靠。四、设备的主要技术数据 被测光滑直管段： 管径d； 管长L； 材料不锈钢管 被测粗糙直管段： 管径 d； 管长L； 材料不锈钢管 被测局部阻力直管段: 管径 d；管长 L； 材料不锈钢管2压力传感器: 型号:LXWY 测量范围: 200 KPa3直流数字电压表: 型号: PZ139 测量范围: 0 200 KPa4离心泵: 型号: WB70/055 流量: 8(m3h) 扬程: 12(m) 电机功率: 550(W) 5玻璃转子流量计: 型号 测量范围 精度 LZB LZB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

5、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-局部阻力管阀；11-U型管进水阀；12-压力传感器；14-流量调节阀； 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；实验流程示意图见图1。 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量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p可根据其数值大小分别采用变送器12或空气-水倒置

6、型管22来测量。五、实验方法及步骤 向储水槽内注水，直到水满为止。(有条件最好用蒸馏水，以保持流体清洁) 直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。 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，然后启动泵进行实验。 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全开。 在流量为零条件下，打开光滑管测压进水阀19和回水阀9，旋开倒置U型管进水阀11，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U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

7、赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，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，此时管内液柱高度差应为零。然后关闭放空阀21。图2 导压系统示意图3,4-排水阀;8-粗糙管测压回水阀;9-光滑管测压回水阀；11- U型管进水阀；12-直管压力传感器；20-粗糙管测压进水阀；21- U型管放空阀;22-U型管 该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。 差压变送器与倒置U型管也是并联连接，用于测量直管段的压差，小流量时用倒置型管压差计测量，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

8、，一般测取1520组数据。建议当流量小于300Lh时,只用倒置型管来测量压差。 粗糙管阻力测定（1）关闭阀17、光滑管测压进水阀19、光滑管测压回水阀9，全开阀18，旋开粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8，逐渐调大流量调节阀，赶出导压管内气泡。（2） 从小流量到最大流量，一般测取1520组数据。（3） 直管段的压差用差压变送器测量。光滑管和粗糙管直管阻力的测定使用同一差压变送器，当测量光滑管直管阻力时，要把通向粗糙管直管阻力的阀门关闭；同样当测量粗糙管直管阻力时，要把通向光滑管直管阻力的阀门关闭。6局部阻力测定关闭阀门17和18，全开或半开阀门10，改变流量，用差压变送器测量远点、近点压

9、差。远点、近点压差的测量使用同一差压变送器。当测量远点压差时，要把通向近点压差的阀门关闭；同样当近点压差时，要把通向远点压差的阀门关闭。7测取水箱水温。8待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。六、数据记录与处理表一、直管阻力实验数据表光滑直管内径、管长米 t= 序号Q（L/h）RP（Pa）u（m/s）Re（KPa）（mmH2O）12345678910111213141516171819202122表二、直管阻力实验数据表粗糙直管内径、管长米 t=序号Q（L/h）RP（Pa）u（m/s）Re（KPa）（mmH2O）1234567891011121314151617181920表三、局部阻力实验数

10、据表序号实验条件Q（L/h）近端压差（KPa）远端压差（KPa）u（m/s）局部阻力压差（KPa）阻力系数123456七、数据处理与分析八、使用实验设备应注意的事项 直流数字表操作方法请仔细阅读说明书后,方可使用。 启动离心泵之前，以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。 利用压力传感器测量大流量下P时,应切断空气水倒置型玻璃管的阀门18、20否则影响测量数值。 在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。 较长时间未做实验，启动离心泵之前应先盘轴转动，否则易烧坏电机。九、思考题预习报告思考题：1. 本次实验中，数据表1与2中的原始数据有哪些？如何进行数据处理可得到摩擦系数？