管路沿程阻力测定实验报告

管路沿程阻力测定(实验报告)一实验目的1.掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。2.测定流体流过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数与Re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.学会压差计和流量计的使用。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会引起压强损耗。这种损耗包括流体流经直管的沿程阻力以及流体流动方向的改变或因管子大小、形状的改变所引起的局部阻力。1、沿程阻力称为直管摩擦系数，滞留时，；湍流时，与的关系受管壁粗糙度的影响，需由实验测得。根据伯努利方程可知，流体流过的沿程阻力损失，可直接得出所测得的液柱压差计度数R(m)算出：2.局部阻力1）当量长度法2）阻力系数法三实验装置与流程1.本实验装置及设备主要参数：被测元件：镀锌水管，管长2.0m，管径（公称直径）0.021m；闸阀D=3/4.1）测量仪表：U型压差计（水银指示液）；LW—15型涡轮流量计（精度0.5级，量程0.4~4.0m/h,仪器编号的仪表常数为605.30（次/升），MMD智能流量仪）。2）循环水泵。3）循环水箱。4）DZ15-40型自动开关。5）数显温度表2.流程：1）水箱6）放空阀11）取压孔2）控制阀7）排液阀12）U形压差计3）放空阀8）数显温度表13）闸阀4）U形压差计9）泵14）取压孔5）平衡阀10)涡轮流量计四实验操作步骤及注意事项1.水箱充水至80％2.仪表调整（涡轮流量计﹑MMD智能流量计仪按说明书调节）3.打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀。4.启动循环水泵（首先检查泵轴是否转动，开全阀13，全关阀2，后启动）。5.排气：（1）管路排气；（2）测压管排气；（3）关闭平衡阀，缓慢旋动压差计上放气阀排除压差计中的气泡（注意：先排进压管后排出压管，以防压差计中水银冲走），排气完毕。6.读取压差计零位读数。7.开启调节阀至最大，确定流量范围，确定实验点（8～10个），测定直管部分阻力和局部阻力（闸阀全开时）。8测定读数：改变管道中的流量读出一系列流量、压差或者。注意：每改变一次流量后，必须等流动稳定后，才能保证测定数据的准确。9实验装置恢复原状，打开压差计上的平衡阀，并清理实验场地。五实验数据记录计实验装置号：LW-15，被测管长：2m，被测管径：21mm，被测管件：镀锌水管，仪表常数：599.41次/升，水温：26摄氏度.序号流量仪读数（次/s）直管阻力损失△p1局部阻力损失△p2U管左边读数cmHgU管右边读数cmHgU管左边读数cmHgU管右边读数cmHg0（初始）（初始）（初始）（初始）165950.216.015.826.2261247.818.416.625.5354544.821.414.724.7445541.624.618.624.5539539.526.719.622.9631337.329.019.822.3720935.231.120.621.6817334.531.820.321.5912633.932.420.921.3107733.432.821.020.8六、数据处理数据处理结果如图所示，以序号1为例写出计数过程序号流量Vsm3/s流速um/s密度ρkg/m3粘度μPa.sReR1cmHgR2cmHg△p1Pa△p2Paλζ10.0010893.145995.70.000882198.5834.210.442287.6812859.410.0901762.61161820.0010112.921995.70.000876336.1629.48.936352.5711004.690.0898842.59139930.0009002.600995.70.000867979.1023.410.028933.6712364.820.0902113.67158940.0007522.171995.70.000856753.1917.05.921020.197295.240.0940293.10796650.0006531.885995.70.000849269.2512.83.315826.974080.390.093942.30657160.0005171.494995.70.0008309421.218.32.510262.803091.210.0970122.78290570,0003450.997995.70.000826069.054.11.05069.581236.480.107482.49663280,0002860.826995.70.000821578.692.70.83338.50989.190.1033022.91504290.0002080.601995.70.000815716.271.50.41854.72494.590.108192.747679100.0001270.367995.70.00089604.390.60.2741.89247.300.1158793.678711（以序号１为例）：∴Vs==1.089dm3/sRe=,七实验结果与讨论双对数1.用双对数坐标纸关联一定ε／d下，λ和Re的关系，并用你的实验结果估算一工程问题的阻力损失。2根据所得到的和Re的关系，验证博拉休斯公式。答：博拉休斯公式：=。当Re=24576时，=0.0252；不成立。3为什么测定数据前首先要赶尽设备和测压管中的空气？怎样赶走？答：留有空气会引起U形管读数产生误差。先管路排气，再测压管排气，平衡阀排气时等无气泡了关上平衡阀。4在进行测试系统的排气工作时，是否要关闭系统的出口阀？为什么？答：需要，这样才能通过U形压差计的的页面是否变化判断系统排气是否完全。5U形压差计上装设平衡阀有何作用？什么时候开着？什么时候关闭？答：平衡阀用来平衡压差计中两边的气压；实验技术后打开，排气和实验过程中关闭。6为什么本实验数据需在双对数坐标纸上进行描绘？答：应为变量和Re的最大值和最小值相差很大，采用双对数坐标可以是图形不失真，更好的反映出两者的关系。

管道阻力计算1

长管和短管在管道系统中，局部水头损失只占沿程水头损失的10%以下，或管道长度大于1000倍管径时，在水力计算中可略去局部水头损失和出口流速水头，称为长管；否则称为短管。在短管水力计算中应计算局部水头损失和管道流速水头。2

沿程水头损失计算公式2.1

达西公式（适用于圆管满流）

式中：—沿程阻力系数；

l—管道长度，m；D—管道内径，m；v—平均流速，m/s；g—重力加速度，m/s22.1.1

沿程阻力系数计算公式2.1.1.1

柯尔勃洛克-齐恩公式说明公式式中适用于水力光滑区、紊流过渡区和阻力平方区Δ—管道内壁的当量粗糙度2.1.1.2

海曾-威廉(Hazen-Wllliams)公式序号说明公式式中1适于较光滑的圆管满管紊流计算，主要用于给水管道水力计算q—流量，m3/sCW—海曾-威廉粗糙系数

海曾-威廉(Hazen-Wllliams)粗糙系数管道材料CW管道材料CW塑料管150新铸铁管、涂沥青或水泥的铸铁管130石棉水泥管120～140使用5年的铸铁管、焊接钢管120混凝土管、焊接钢管、木管120使用10年的铸铁管、焊接钢管110水泥衬里管120使用20年的铸铁管90～100陶土管110使用30年的铸铁管75～902.1.1.3

柯尔勃洛克-怀特(Colebrook-White)公式

柯尔勃洛克-怀特公式适于各种紊流，是适用性和计算精度最高的公式之一。公式为：

式中：—沿程阻力系数；Re—雷诺数，Re=；D—管道内径，m；V—平均流速，m/s；e—管壁当量粗糙度，m；ν—运动粘度，m2/s2.1.1.4

公式式中k

is

the

pipe

equivalent

uniform

roughness;D

is

the

pipe

diameter;

is

the

relative

roughness

(pure

number)适于紊流区包括水力光滑区、过渡区（又称紊流过渡区）和阻力平方区。公式适用范围紊流区钢管及其它光滑管道。钢管取k=0.0001～0.0002m

2.1.1.5

管壁粗糙度常用管材内壁当量粗糙度e

管壁材料光滑平均粗糙玻璃拉成的管00.0030.006钢、PVC或AC0.0150.030.06有涂层的钢0.030.060.15镀锌管、陶土管0.060.150.3铸铁或水泥衬里管0.150.30.6预应力混凝土管或木管0.30.61.5脏的污水管道或结瘤的给水主管线61530某些工业管道的绝对粗糙度

管壁材料绝对粗糙度(ε)无缝黄铜管、铜管及铅管0.01～0.05新的无缝钢管或镀锌管0.1～0.2新的铸铁管0.25～0.42具有轻度腐蚀的无缝钢管0.2～0.3具有显著腐蚀的无缝钢管0.5以上旧的铸铁管0.85以上焊接钢管0.33干净玻璃管0.0015～0.01橡皮软管0.01～0.03接头平整的水泥管0.33

常见管道的平均绝对粗糙度

管壁材料平均绝对粗糙度e干净钢、铝管0.0015～0.01新无缝钢管0.04～0.17精制镀锌钢管0.25水泥管0.33普通镀锌钢管0.39普通铸铁管0.25～0.42玻璃管0.0015～0.01橡皮管0.01～0.03混凝土管0.8～9.0Oughness

values

k

for

various

materials

Materials

k

(mm)Smooth

pipes

of

plastic,

glass,

copper,

brass;

drawn,

extruded,

ground

finished0.002Seammless

steel

pipes,

asbestos

cement

pipes0.05Welded

steel

pipes,

new0.05～0.1Welded

steel

pipes,

corroded0.15～0.2Spun

concrete

pipes,

stoneware

pipes,

new

cast-iron

pipes0.2各种壁面当量粗糙度管道种类加工及使用情况Δ(mm)玻璃、铜铅管、铝管新的、光滑的、整体拉制的0.001～0.010.0015～0.060.0050.03无缝钢管1.

新的、清洁的、敷设良好的2.

用过几年后加以清洗的、涂沥青的、轻微腐蚀的、污垢不多的0.02～0.050.15～0.30.030.2焊接钢管和铆接钢管1

小口径焊接钢管（只有纵向焊缝的钢管）1.1

清洁的1.2

经清洗后锈蚀不显著的旧管1.3

轻度腐蚀的旧管1.4

中等腐蚀的旧管2

大口径钢管2.1

纵缝和横缝都是焊接的0.03～0.10.1～0.20.2～0.70.8～1.50.3～1.00.050.150.51.00.7镀锌钢管1

1

镀锌面光滑洁净的新管2

镀锌面一般的新管3

用过几年的旧管0.07～0.10.1～0.20.4～0.70.150.5铸铁管2

1

新管3

2

涂沥青的新管4

3

涂沥青的旧管0.2～0.50.1～0.150.12～0.30.30.18混凝土管及钢筋混凝土管5

1

无抹灰面层6

1.1

钢模板，施工质量好，接缝平衡7

1.2

木模板，施工质量一般8

2

有抹灰面层并经抹光9

3

有喷浆面层10

3.1

表面用钢丝刷过并经仔细抹光11

3.2

表面用钢丝刷刷过，但未经抹光0.3～0.91.0～1.80.25～1.80.7～2.80.71.20.71.28.0橡胶软管12

0.03某些管道表面的平均绝对粗糙度Δ值

管壁表面特征Δ，mm管壁表面特征Δ，mm清洁无缝钢管、铝管0.0015～0.01新铸铁管0.25～0.42新精制无缝钢管0.04～0.15普通铸铁管0.50～0.85通用输油管0.14～0.15生锈铸铁管1.00～1.50普通钢管0.19结水垢铸铁管1.5～3.0涂沥青钢管0.12～0.21光滑水泥管0.3～0.8普通镀锌钢管0.39粗糙水泥管1～2旧钢管0.5～0.6橡皮软管0.01～0.03

Equivalent

uniform

roughness

k

for

pipes

Commercial

pipe

(new)

materialEquivalent

unifrom

roughness,

k,

of

the

aurfaceGlass,

drawn

vbrass,

copper

or

leadSmoothSteel0.05Asphalted

cast

iron0.12Galvanized

iron0.15Cast

iron0.25Concrete0.3

to

3.0Riveted

steel1.0

to

10.0编者注：上述e、、k、的意义与GB/T

1031中的相同。2.1.1.6

流态和摩擦系数2.1.1.6.1

舍维列夫公式舍维列夫公式适于旧铸铁管和旧钢管满管紊流，常用于给水管道水力计算，公式为：流态摩擦系数≥9.2*105

(1/m)阻力平方区＜9.2*105

(1/m)紊流过渡区谢维列夫公式适于新钢管满管紊流。公式为：[17]流态摩擦系数水力光滑区＜2.4*105

(1/m)紊流过渡区≥2.4*105

(1/m)阻力平方区2.1.1.6.2

常用计算水力摩阻的经验公式流态类别Re范围常用的经验公式层流Re≤2000紊流水力光滑混合摩擦水力粗糙＝＝2.1.1.6.3

[17]流态类别Re范围常用的经验公式临界区或临界过渡区2000＜Re＜40002.1.1.6.3

流态名词说明序号名词英文1层流Laminar

flow2紊流湍流turbulent3层流转变为紊流的过渡区Critical

zone4紊流水力光滑Smooth

pipes5混合摩擦紊流过渡Transition

zone6水力粗糙阻力平方Complete

turbulence,

rough

pipes2.2

Strickler

method

[11]说明公式式中This

formula

is

often

used

today

in

structural

engineering.c=velocity

(m/s)k1=pressure

loss

coefficientI=pressure

loss

per

meter

pipe

lengthRH=hydraulic

radius==Strickler

k1

valuesMaterialsk1Steel

pipesHeavily

corroede60Moderately

corroded85Welded,

new95Smooth≥100Plastic

pipesPipes

with

asphalt

or

cement

mortar

surfacingConecrete

pipesCast

in

steel

shuttering90～100Cast

in

timber

shuttering65～70Penstocks(55)～85～(95)2.3

海曾-威廉公式2.3.1

Hazen

and

Williams

method

[11]公式式中HV=friction

losses

in

the

pipeline

(m)L=pipeline

length

(m)DH=hydraulic

diameter=

(m)DH=d1

for

circular-section

pipes

with

full

flow

(m)Q=rate

of

flow

through

pipe

(m3/s)C=Hazen

and

Williams

factorHazen

and

Williams

roughness

values

C

for

circular-section

pipoesCExtremely

smooth

pipelines140Very

smooth

pipelines130Concrete

pipes120New

steel

pipes

(riveted)

and

tiled

channels110Normal

castr

pipes,

10-year-okd

steel

pipes

and

old100Very

rough

pipelines602.3.2

序号说明公式式中2i=105Ch-1.85dj-4.87qg1.85i—管道单位长度水头损失，kPa/mdj—管道计算内径，mqg—流量，m3/sCh—海曾-威廉粗糙系数3冷却水管有结垢，推荐采用哈森-威廉的经验公式进行计算本公式仅在流体的粘度约为1.1

mPa·s（水在15.5℃时的数值）时，其值才准确。在0℃时可能使计算出的摩擦压力降增大20%，100℃时可能减小20%。其它流体当粘度和水近似时，也可用此公式计算。ΔPf—摩擦压力降，kPaVf—冷却水体积流量，m3/hd—管道内径，mmCHW—海曾-威廉系数L—管道长度，m序号说明公式式中4For

water

flowing

under

turbulent

conditionsS

=

hydraulic

gradient

or

frictional

head

loss

per

unt

length

of

pipe,

(m/m)V

=

average

pipe

velocity,

m/sC

=

friction

factor

for

the

this

formular

=

hydraulic

radius

(liquid

area

divided

by

wetted

perimeter)

or

D/4

for

a

full

pipe,

(m)海曾-威廉(Hazen-Wllliams)系数[6]管道材料Ch管道材料Ch塑料管、内衬（涂）塑管140铜管、不锈钢管130内衬水泥、树脂的铸铁管130普通钢管、铸铁管100海曾-威廉(Hazen-Wllliams)系数[9]管道材料CHW管道材料CHW铸铁管100衬水泥铸铁管120碳钢管1