管路阻力实验报告

/实验三管路阻力的测定一、实验目的1.学习管路阻力损失hf.管子摩擦系数λ及管件、阀门的局部阻力系数ζ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；2.测定直管摩擦系数λ与雷诺数Re的关系；3.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。1.λ－Re关系的测定：流体流经直管时的阻力损失可用下式计算：L－直管长度.m；d－直管内径.m；u－流体的流速.m/s；λ－摩擦系数.无因次。已知摩擦系数λ是雷诺数与管子的相对粗糙度〔△/d的函数.即λ＝〔Re,△/d。为了测定λ－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λ：J/kg其中.为截面1与2间的压力差.Pa；ρ流体的密度.kg/m3。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ρ、μ值.即可算出hf.并进而算出λ。由管路上的流量计可知当时的流速.从而可计算出此时的Re数；得到一个λ－Re对应关系.改变不同的流速.有不同的Re及λ.可得某相对粗糙度的管子的一组λ－Re关系。以λ为纵坐标.Re为横坐标.在双对数坐标纸上作出λ－Re曲线.与教材中相应曲线对比。2.局部阻力系数ζ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：J/kg式中ζ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ζ。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1.熟悉流程及使用的仪表；2.实验前将水槽充满水.以后水可循环使用。3.启动离心泵.使用离心泵时注意：〔1离心泵在启动前要灌水排气；〔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。4.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；5.调节流量测取数据。调节时可在流量变化的整个幅度内取8~10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。6.局部阻力的测定步聚与直管阻力相同.记录6~8组数据即可。7.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〔mmH2Oh〔J/KgλRe左右ΔR14.190.004193.1984733143.4733.3589.95.781020.0255987148869.323.90.00392.9770992165.2678.1512.95.026420.0256904138565.733.660.003662.7938931177.2631.3454.14.450180.0258259130038.543.360.003362.5648855190.3573.4383.13.754380.0258524119379.653.070.003072.3435115197.8523.4325.63.190880.026319310907662.740.002742.0916031201.5470.6269.12.637180.027307397351.2572.40.00241.8320611207.5418.2210.72.064860.027868285271.1782.120.002121.6183206208.8376.4167.61.642480.028409975322.8791.720.001721.3129771211326.6115.61.132880.029769261111.01101.230.001230.9389313212.5273.861.30.600740.030868643701.48图1λ——Re双对数图计算范例：涡轮流量计显示值×0.001=流量4.19<L/s>×0.001=0.00419〔m3/s流量÷面积=流速0.00419÷3.14<0.0408/2>2=3.198473<m/s>J/kg589.9×0.001/996.7=5.78102〔J/Kg5.78102×0.0408×2÷1.8÷3.1984732=0.0255987Re=duρ/μ0.0408m×3.198473×996.7÷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〔mmH2Oh〔J/KgζRe左右ΔR14.190.004193.1984733233.5738504.54.94410.966567148869.323.90.00392.9770992243.5704.2460.74.514861.018797138565.733.660.003662.7938931272.2649.5377.33.697540.947378130038.543.360.003362.5648855284.2600.8316.63.102680.943259119379.653.070.003072.3435115293.5558.7265.22.598960.94644510907662.740.002742.0916031298.2513.22152.1070.96324397351.2572.40.00241.8320611303.5470.1166.61.632680.97286285271.1782.120.002121.6183206305436.2131.21.285760.98188575322.8791.720.001721.3129771308.5398.189.60.878081.01870861111.01101.230.001230.9389313309356.547.50.46551.05604443701.48图2管件阻力图计算范例：涡轮流量计显示值×0.001=流量4.19<L/s>×0.001=0.00419〔m3/s流量÷面积=流速0.00419÷3.14<0.0408/2>2=3.198473<m/s>J/kg589.9×0.001÷996.7=5.78102〔J/KgRe=luρ/μ1.8m×3.198473×996.7÷0.8737=148869.3ξ=2hf/u22×5.78102÷3.1984732=0.966567讨论与分析：1.从图1上所绘的图线可得随着lnRe的增大.lnλ随之减少。对于本实验的讨论.从以及Re=luρ/μ来验证.得到管路中的流动情况并不是呈现为层流状态。从实验数据Re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λ=64/Re那么取对数后的就会是lnλ=-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可以推断.本实验的流体流动情况也不是粗糙管紊流.因为在这种情况下.雷洛数Re与λ没有联系.图线会呈现为水平线.而从图线可知雷洛数Re与λ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区。2.对于图2.我们可以从实验中得到的图线为一段水平线.也就是随着lnRe的变化lnξ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ξ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。3.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λ存在联系的区间内。而同时.实验可得出管件阻力ξ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：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中可以看出与题目的量无。将实验曲线与教材上相应曲线比较。分析其误差及误差产生的原因。λ——Re双对数图λ——Re莫迪图分析：从总体趋势上讲.曲线都有下降的趋势.并且随着趋势