實驗九流體流動阻力測定

1、實驗九 流體流動阻力的測定一、實驗?zāi)康?. 掌握測定流體流經(jīng)肓管、管件和閥門時阻力損失的一般實驗方法。2. 測定肓管摩擦系數(shù)九與雷諾準(zhǔn)數(shù)re的關(guān)系，驗證在一般湍流區(qū)內(nèi)入與re的關(guān)系1111 線。3. 測定流體流經(jīng)管件、閥門時的局部阻力系數(shù)$4. 學(xué)會倒u形壓差計和渦倫流量計的使用方法。5. 識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、實驗原理流體通過由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統(tǒng)吋，由丁粘性剪應(yīng) 力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機械能。流體流經(jīng)直管吋所造成機械能損失稱為直管阻 力損失。流體通過管件、閥門吋因流體運動方向和速度大小改變所引起的機械能損失稱為局 部阻力損失

2、。1. 直管阻力摩擦系數(shù)幺的測定流體在水平等徑直管屮穩(wěn)定流動吋，阻力損失為：hpf p pi j / w 廣=（i）ppa 22dp 彳b|j,a = （2）plu式中：久一直管阻力摩擦系數(shù)，無因次；d直管內(nèi)徑，m；幻一流體流經(jīng)/米直管的壓力降，pa；w/單位質(zhì)量流體流經(jīng)/米直管的機械能損失，j/kg； p 一流體密度，kg/m3；/直管長度，m；"流體在管內(nèi)流動的平均流速，m/so(3)(4)滯流僱流）時,rere =如式中：re雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次：“ 一流體粘度，kg/（m s）o湍流吋久是雷諾準(zhǔn)數(shù)re和相對粗糙度d/d）的函數(shù)，須由實驗確定。由式(2)可知，欲測定兒需確定/、乩測

3、定"、“、p、等參數(shù)。人為裝置參 數(shù)(裝置參數(shù)表格中給出)，小“通過測定流體溫度，再查冇關(guān)手冊而得，"通過測定流 體流量，再由管徑計算得到。例如木裝置采川渦輪流量計測流量，v, m3/hov u =7(5)900/妙/可用u型管、倒置u型管、測壓直管等液柱壓差計測定，或采用差壓變送器和二 次儀表顯示。(1) 當(dāng)采用倒置u型管液柱壓差計吋pf = pgr(6)式中：r水柱高度，m。(2) 當(dāng)采用u型管液柱圧羌計時p f =(po - p)&r式中：r液柱鬲度，m；幾一指示液密度，kg/m3o根據(jù)實驗裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)/、d,指示液密度c，流體溫度s(查流體物性“、“)，及實

4、 驗時測定的流量v、液柱壓差計的讀數(shù)r,通過式(5)、(6)或(7)、(4)和式求取re和久，再 將re和a標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上。2. 局部阻力系數(shù)&的測定局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。(1)當(dāng)量長度法流體流過某管件或閥門時造成的機械能損失看作與某一長度為仃的同直徑的管道所產(chǎn) 生的機械能損失相當(dāng)，此折合的管道長度稱為當(dāng)量長度，用符號仃表示。這樣，就可以用直 管阻力的公式來計算局部阻力損失，而口在管路計算時可將管路中的直管長度與管件、閥門 的當(dāng)量長度合并在一起計算，則流體在管路中流動時的總機械能損失工w/為：(2)阻力系數(shù)法流體通過某一管件或閥門時的機械能損失

5、表示為流體在小管徑內(nèi)流動時平均動能的 某一倍數(shù)，局部阻力的這種計算方法，稱為阻力系數(shù)法。即：(9)pu式中：g局部阻力系數(shù)，無因次；昭 一局部阻力壓強降，pa；（木裝置中，所測得的壓降應(yīng)扣除兩測壓口間直管段 的壓降，直管段的壓降由直管阻力實驗結(jié)果求取。）p一流體密度，kg/m5；g一重力加速度，9.81mzs2；u 一流體在小截面管中的平均流速，m / so待測的管件和閥門rh現(xiàn)場指定。本實驗采川阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損 失。根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d,指示液密度“，流體溫度“（查流體物 性“、“），及實驗時測定的流量v、液柱壓差計的讀數(shù)r,通過式（5）、（6）或（7

6、）、（10）求取管 件或閥門的局部阻力系數(shù)歹。三、實驗裝置1.實驗裝置實驗裝置如圖1所示：1水箱；2管路泵；3 轉(zhuǎn)子流量計；4 球閥；5倒u型差壓計：6均壓環(huán);7 球閥；8局部阻力管上的閘閥；9岀水管路閘閥；10水箱放水閥；圖1實驗裝置流程示意圖2.實驗流程實驗對象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，渦輪流 最計和倒u型壓差計等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長肓管，分別為用于測定局部阻 力系數(shù)，光滑管肓管阻力系數(shù)和粗糙管肓管阻力系數(shù)。測定局部阻力部分使用不銹鋼管，其 上裝有待測管件（閘閥）；光滑管肓管阻力的測定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管肓管阻力的測定對象為管

7、道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。流量使川渦輪流量計測量，將渦輪流量計的信號傳給相應(yīng)的顯示儀表顯示出轉(zhuǎn)速，管路和管件的阻力采用倒u型差壓計直接讀出讀數(shù)。3. 裝置參數(shù)裝置參數(shù)如表1所示。由于管了的材質(zhì)存在批次的差異，所以口j能會產(chǎn)生管徑的不同,所以表1屮的管內(nèi)徑只能做為參考。裝置1名稱材質(zhì)管內(nèi)徑(mm)測量段長度(cm)管路號管內(nèi)徑局部阻力閘閥1a20.095光滑管不銹鋼管1b20.0100粗糙管鍍鋅鐵悸1c21.0100表1四、實驗方法1. 實驗準(zhǔn)備：(1) 清洗水箱，清除底部雜物，防止損壞泵的葉倫和渦輪流量計。關(guān)閉箱底側(cè)排污閥, 灌清水至離水箱上緣約15cm高度，既可提供足夠的實驗用水又對防止出口管處

8、水花飛 濺。(2) 接通控制柜電源，打開總開關(guān)電源及儀表電源，進(jìn)行儀表口檢。打開水箱與泵連 接管路間的球閥，關(guān)閉泵的凹流閥，全開轉(zhuǎn)子流量計下的閘閥。如上步驟操作后，若泵 吸不上水，可能是葉輪反轉(zhuǎn)，首先檢查有無缺相，一般可從指示燈判斷三和電是否正常。 其次檢杳有無反和，需檢杳管道離心泵電機部分電源相序，調(diào)整三根火線屮的任意兩線插 口即可。圖2倒u型管壓差計1低壓側(cè)閥門；2高壓側(cè)閥門;3進(jìn)氣閥門；4平衡閥門；5-出水閥門2. 實驗管路選擇：選擇實驗管路，把對應(yīng)的進(jìn)口閥打開，并在出口閥最大開 度卜，保持全流量流動5 lomino3. 排氣：先進(jìn)行管路的引壓操作。需打開實驗管路均壓壞上的引壓 閥，對倒

9、u型管進(jìn)行操作如下，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。a) 排出系統(tǒng)和導(dǎo)壓管內(nèi)的氣泡。關(guān)閉管路總出口閥9,使系 統(tǒng)處于零流量、高揚程狀態(tài)。關(guān)閉進(jìn)氣閥門(3)和出水活 栓以及平衡閥門(4)。打開高壓側(cè)閥門和低壓側(cè)閥門 使實驗系統(tǒng)的水經(jīng)過系統(tǒng)管路、導(dǎo)壓管、高壓側(cè)閥門 (1)、倒u形管、低壓側(cè)閥門排出系統(tǒng)。b) 玻璃管吸入空氣。排凈氣泡后，關(guān)閉和(2)兩個閥門，打開平衡閥和出水活栓(5)進(jìn)氣閥(3),使玻璃管內(nèi)的水排凈并吸入空氣。c) 平衡水位。關(guān)閉閥(4)、(5)、(3),然后打開和兩個閥門，讓水進(jìn)入玻璃悸至平 衡水位(此時系統(tǒng)中的出水閥門始終是關(guān)閉的，管路中的水在零流量時，u形管內(nèi) 水位是平衡的，壓差計即處于待用狀態(tài)。d) 被測對彖在不同流量下對應(yīng)的差壓，就反應(yīng)為倒u型管壓差計的左右水柱z差。4. 流量調(diào)節(jié)：進(jìn)行不同流量下的管路壓差測定實驗。讓流量從0.8到4m3/h范圍內(nèi)變化，建議每 次實驗變化0.5m3/h左右。由小到大或由大到小調(diào)節(jié)悖路總出口閥，每次改變流量，待 流動達(dá)到穩(wěn)定后，讀