管路阻力实验报告资料

1、管路阻力的测定一、实验目的. 学习管路阻力损失hf，管子摩擦系数 及管件、阀门的局部阻力系数 的测定方法，并通过实验了解它们的变化，巩固对流体阻力基本理论的认识；.测定直管摩擦系数 与雷诺数Re的关系；.测定管件、阀门的局部阻力系数。二、基本原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会产生流体阻力损失。流体在流动时的阻力有直管摩擦阻力（沿程阻力）和局部阻力（流体流经管体、阀门、流量计等所造成的压力损失。. Re 关系的测定：流体流经直管时的阻力损失可用下式计算：式中： h 式中： h f 直管阻力损失，J / kg；L 直管长度，m；d直管内径，m；u流体的流速，m/s；

2、摩擦系数，无因次。 是雷诺数与管子的相对粗糙度（/d）的函数，即（ Re, /d） 。为了测定 Re 关系，可对一段已知其长度、管径及相对粗糙度的直管，在一定流速（也就是Re 一定）下测出阻力损失，然后按下式求出摩擦系数d2 hf 2Lu阻力损失hf可根据伯努利方程求出：2p1 p2 u1hf （Z1 Z2 ）g对于水平直管，上式变为：hfp1p2J/kg用 U 用 U 形管压差计测出两截面的压力，用温度计测水温，并查出其。由管路上的流量计可知当时的流速，从而可计算出此时的其中，p1p2为截面1 与 2间的压力差，Pa； 流体的密度，kg/m 3。、 值，即可算出hf，并进而算出Re 数；得到

3、一个 Re 对应关系，改变不同的流速，有不同的Re 及 ，可得某相对粗糙度的管子的一组 Re 关系。以 为纵坐标，Re 为横坐标，在双对数坐标纸上作出 Re 曲线，与教材中相应曲线对比。.局部阻力系数 的测定流体流经阀门、管件（如弯头、三通、突然扩大或缩小）时所引起的阻力损失可用下式计算：2 u h fJ/kg式中 即为局部阻力系数。只要测出流体经过管件时的阻力损失hf以及流体在相同直径的导管中的流速u，即可算出阻力系数 。三、实验装置和流程本实验装置主要设备有水箱和离心泵，离心泵 1 从水槽 15 吸入水， 经调节阀3 送到管路阻力测量系统。经直管的压口10、弯头11、涡轮测量计13 后送回

4、水槽15。测定管子摩擦系数和阀件阻力系数时，打开离心泵进口阀2、 出口阀 3.直管阻力损失和弯头阻力损失用U 形压差计测定其压差，指示液为水。管内水的流量由涡轮流量计测定。用调节阀3 可以改变流体通过管内的流速，从而计算出不同流动状态下的摩擦系数和弯头阻力系数。1-离心泵2-泵进口阀3 泵出口阀4-真空表5-压力表6-转速表7 转速传感器8-冷却风扇9-加水旋塞10-测压法兰11-弯头12-流量显示表13-透明涡轮流量变送器14-计量槽15-水槽16- 马达天平测功机四、操作步骤熟悉流程及使用的仪表；.实验前将水槽充满水，以后水可循环使用。.启动离心泵，使用离心泵时注意：（ 1）离心泵在启动前

5、要灌水排气；（ 2）离心泵要在出口阀关闭的情况下启动；（ 3）关闭前要先关出口阀。.排气：为了减少实验误差，实验前应进行排气。（ 1）管路排气；（ 2）测压导管排气；.调节流量测取数据。调节时可在流量变化的整个幅度内取810 个读数。每调一次流量后，应等稳定后同时读取各测定点的数据。.局部阻力的测定步聚与直管阻力相同，记录68 组数据即可。.测定完毕，关闭出口阀，然后拉开电闸，停泵。本实验的主要误差是压差计的读数，故每个点要多读几次数据，取其平均值。五、实验结果以及数据处理直管阻力数据表序号涡轮流 量 计示值（ L/s ）流量Q（ m3/s）流速 (m/s)直管压力（ mmH2） Oh( J/

6、Kg)Re左右R14.190.004193.1984733143.4733.3589.95.781020.0255987148869.323.90.00392.9770992165.2678.1512.95.026420.0256904138565.733.660.003662.7938931177.2631.3454.14.450180.0258259130038.543.360.003362.5648855190.3573.4383.13.754380.0258524119379.653.070.003072.3435115197.8523.4325.63.190880.026319310

7、907662.740.002742.0916031201.5470.6269.12.637180.027307397351.2572.40.00241.8320611207.5418.2210.72.064860.027868285271.1782.120.002121.6183206208.8376.4167.61.642480.028409975322.8791.720.001721.3129771211326.6115.61.132880.029769261111.01101.230.001230.9389313212.5273.861.30.600740.030868643701.48

8、1 Re双对数图0.001=流量4.19(L/s) 0.001=0.00419( m3/s)=流速0.00419 3.14(0.0408/2)2=3.198473(m/s)p1p2hf12 J/kg 589.9 0.001/996.7=5.78102( J/Kg)d22hf 25.78102 0.0408 2 1.8 3.1984732=0.0255987L u2Re=du /0.0408m 3.198473 996.7 0.8737=148869.3管件阻力数据表序号涡轮流量 计示值（ L/s ）流量Q（ m3/s）流速 (m/s)管件压力（ mmH2） Oh( J/Kg)Re左右R14.1

9、90.004193.1984733233.5738504.54.94410.966567148869.323.90.00392.9770992243.5704.2460.74.514861.018797138565.733.660.003662.7938931272.2649.5377.33.697540.947378130038.543.360.003362.5648855284.2600.8316.63.102680.943259119379.653.070.003072.3435115293.5558.7265.22.598960.94644510907662.740.002742.09

10、16031298.2513.22152.1070.96324397351.2572.40.00241.8320611303.5470.1166.61.632680.97286285271.1782.120.002121.6183206305436.2131.21.285760.98188575322.8791.720.001721.3129771308.5398.189.60.878081.01870861111.01101.230.001230.9389313309356.547.50.46551.05604443701.482 管件阻力图计算范例：计算范例：涡轮流量计显示值流量面积=流速0

11、.001=流量4.19(L/s) 0.001=0.00419( m3/s)20.00419 3.14(0.0408/2) =3.198473(m/s)hfp1 p2 J/kg589.9 0.001 996.7=5.78102( J/Kg)Re=lu /1.8m 3.198473 996.7 0.8737=148869.3 =2hf/u22 5.78102 3.1984732=0.966567讨论与分析：.从图 1 上所绘的图线可得随着lnRe的增大，ln 随之减少。对于本实验的讨论，从h f d 22 以及Re=lu / 来验证，得到管路中的流动情况并不是呈现为层流状态。从L u2实验数据Re

12、 中可以得知，同时，图线也证实这一结论，假如流体的流动状态是层流，那么 =64/Re 那么取对数后的就会是ln =-lnRe +Ln64 在图线呈现的图线为直线，而图上的线段为高次的曲线，从而驳斥了层流的假设，一次流体的流动情况为非层流的论点得以证实。与此同时，从粗糙管紊流区的经验公式0.11( ) 0.25可以推断，本实验的流体流动d情况也不是粗糙管紊流，因为在这种情况下，雷洛数Re 与 没有联系，图线会呈现为水平线，而从图线可知雷洛数Re与 存在联系，从而观点得证。并且从无缝钢管的相对粗糙度为0.04 0.17 以及 Re 的数量级可以确定为非粗糙湍流.对于图2，我们可以从实验中得到的图线

13、为一段水平线，也就是随着lnRe的变化ln 的变化极不明显，在考虑到有实验误差的情况下，我们可以进一步得出，管件阻力与雷洛系数Re不存在必然的联系。而在本次实验当中阻力系数的值都比较接近于1， 这可能跟管件材料很有关系。.综上所述，直管管路的阻力与雷洛数Re，可能有关也可能无关，要对Re进行分类讨论，而本次实验得出的数据就在Re 与 存在联系的区间内。而同时，实验可得出管件阻力 与雷洛数Re 不存在联系，而跟它本身的材料有关系。所以，在设计管路的时候，我们因该考虑到这几个参考数的决定因素，从而更加合理地进行设计。思考题：1. 测压孔的大小和位置，测压导管的粗细和长短对实验无影响，为什么？答：因为孔板式测压计的的测量原理只涉及到流量的密度、液柱差、孔板的面积，以及管道内径，与测压孔的大小和位置，测压导管的粗细和长短无关，公式Q=C0A0 2gR( A )/ 中可以看出与题目的量无。Re双对数图分析： 从总体趋势上讲，曲线都有下降的趋势，并且随着趋势的下降曲