流體流動阻力

1、實驗四 流體流動阻力的測定.實驗目的1 學會流體阻力的測定方法；2測定流體在直管內(nèi)流動時的摩擦摩擦阻力系數(shù)及閥門的局部阻力系數(shù)，找出摩擦系 數(shù)入與雷諾數(shù)Re之間的關系；3學習合理選用坐標系的方法。實驗原理流體在管路中流動時，由于粘性剪應力和渦流的存在，不可避免地會引起流體壓力損失。 流體在流動時所產(chǎn)生的阻力有直管摩擦阻力和局部阻力。1. 直管阻力流體流過直管時的摩擦系數(shù)與阻力損失之間的關系可用下式表示hfPfl u2(1)式中：hf 直管阻力損失，J/kg ；l直管長度，m;d直管內(nèi)徑，mu流體的速度，m/s ;入 摩擦系數(shù)。在一定的流速和雷諾數(shù)下，測出阻力損失，按下式即可求出摩擦系數(shù)入。hf

2、d_2l u2(2)阻力損失hf可通過對兩截面間作機械能衡算求出2 2 ./、丄 Pi 一 P2 丄 Ui 一比hf =(zi -Z2)gP2對于水平等徑直管Zi - Z2 , Ui = U2 ,上式可簡化為式中：Pi - p2兩截面的壓強差，N/m?;3p 流體的密度，kg/m 。只要測出兩截面上靜壓強的差即可算出 hf。兩截面上靜壓強的差可用 U形管或倒U形 管壓差計測出。流速由流量計測得， 在已知d、u的情況下只需測出流體的溫度 t,查出該溫 度下流體的密度p和粘度卩，則可求出雷諾數(shù) Re,從而得出流體流過直管的摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù)Re的關系。2 局部阻力流體流過閥門、擴大、縮小等管件時，

3、所引起的阻力損失可用下式計算2 矗 uhf（J/kg ）（4）2式中為局部阻力系數(shù)，的值一般都由實驗測定，它與流體流過的管件的幾何形狀以及流體的Re有關，當Re大到一定程度以后，E與Re數(shù)無關，成為定值。計算局部阻力系數(shù)時 應注意擴大、縮小管件的阻力損失hf的計算。對裝置的測點5、6兩斷面列能量方程式，可求得閥門的局部水頭損失及（L2+L3=120cm）長度上的沿程水頭損失，以hw1表之，則：hw1 P5 - P6PL1+L2=60cm)長對裝置的測點7、8兩斷面列能量方程式，可求得閥門局部水頭損失及（ 度上的沿程水頭損失，以 hw2表之。則:P7 - P8hw2 :P由此可得閥門的局部水頭損

4、失:hw =2hw2 - 人皿=g (2巾2 - ；hj(5)2而 h-12(6)阻力系數(shù)：=g （2佃“8）訕5"6）u /23.倒U形壓差計測壓原理該壓差計兩端分別與管道中的測壓點相連接，當水流經(jīng)管路時，由于左右測壓點處的壓力不同，引起倒 U形管內(nèi)的指示液（水）液面產(chǎn)生高度差，其值為R,可推導出：R -P2 =R（ t - t氣）g N/m2（ 7）2式中：R _P2為兩測壓點處的壓強差N/m ； R為倒U形管內(nèi)被測液體（水）的液面高度差332m； 為管路中液體（水）的密度 Kg/m ； 氣為管內(nèi)空氣的密度 Kg/m ； g為9.81m/s重力 加速度。因P >> P

5、氣,故P _ P氣敘P，上式可簡化為：R _ P2 = RPg N/m2（ 8）為減少測量誤差，在使用前應排除連接倒U形壓差計的導管（測壓導管）中的氣泡。三.實驗裝置如圖所示，本實驗臺采用架式排列，兩組一套，分別由兩臺水泵自成循環(huán)系統(tǒng)。其管內(nèi) 徑和管長（兩測壓接口之間長）均相同，測壓口之間的壓差由倒U形壓差計測量，流量由兩只電子流量計測量。由單相離心水泵進行循環(huán)輸水，管路中設有入口閥（即泵的出口閥）等 閥門。圖3-4流體流動阻力測定實驗裝置四實驗步驟1實驗前的準備工作（1） 熟習實驗裝置，觀察了解各部位及測量儀表狀況，記錄儀器常數(shù)d、L。（2）記錄沿程阻力設備常數(shù)管內(nèi)徑 d、直管測壓點距離 L

6、,以及球閥阻力設備常數(shù)管內(nèi) 徑 d、Li、L20（3） 檢查測壓計液面是否水平（此時流量Q=O ,如果不在同一水平面上，必須將橡皮 管內(nèi)空氣排盡，使兩側壓管的液面處于水平狀態(tài)，方能進行實驗。（4）閥門2為流量調(diào)節(jié)閥，可先調(diào)至較小開度。2 沿程阻力的測定（ 1）關閉測點 1、2、5、6、7、8、9、10、11、12 的小閥。（ 2）打開閥門 2、4、5、9、 10。（ 3）關閉閥門 3、6、7、8。（4）通電開泵，調(diào)節(jié)泵出口流量調(diào)節(jié)閥2開度，使測壓管 5、6 中出現(xiàn)高差。此時管中液位較高，可用壓氣球從 13 號測壓管中打壓，使液位降至中部。以增大測量范圍。（5）緩慢開啟流量調(diào)節(jié)閥 2 使流量及壓

7、差都達到最大（如測壓管中液位降得太低，可 關小出水閥門，使液位抬高。如測壓計中液位太高，可用壓氣球加壓，壓低液位 ） 。（ 6）待流量穩(wěn)定后用電子流量計測流量，記錄倒U 形壓差計 h3、h4 液位高度（其顯示單位為 cm ）。（ 7）調(diào)節(jié)閥門 2，從大到小改變流量，流量的改變要均勻合理，以h3 液位高度每次降低 10cm 為宜。待流量穩(wěn)定后重復測量流量及倒U 形壓差計液位高，測取 68 組實驗數(shù)據(jù)，用溫度計測量水溫。3閥門不同開啟度阻力系數(shù)的測定（ 1）關閉測點 1、2、3、4、 9、10、11、12 的小閥。（ 2）調(diào)節(jié)球閥至某一開啟度（先做全開） 。（ 3）打開閥門 2、3、6、9、 10

8、。（ 4）關閉閥門 4、5、7、8。（5）通電開泵，調(diào)節(jié)泵出口流量調(diào)節(jié)閥2 開度，使測壓管 5、6、7、8中出現(xiàn)壓差，如管中液位太高，可從 13 號測壓管打壓，使液位降低，以增加測量范圍。（ 6）緩慢開啟流量調(diào)節(jié)閥2，使流量及壓差都達到最大（如測壓管中液位降得太低，可關小出水閥門，使液位抬高。如測壓計中液位太高，可用壓氣球加壓，壓低液位 ） 。（ 7）待流量穩(wěn)定后用電子流量計測流量，記錄倒U 形壓差計 h5、h6、 h7、h8 液位高度（其顯示單位為 cm ）。（ 8）調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥 2，從大到小改變流量，待流量穩(wěn)定后重復測量數(shù)據(jù)。共測量3組不同流量對應的倒 U 形壓差計液位高度。（9）調(diào)節(jié)球

9、閥開度到 30°，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥 2 從大到小改變流量，重復測量 3組實驗 數(shù)據(jù)。注意事項：如出現(xiàn)測壓管冒水現(xiàn)象，不必驚慌，可把出水閥門全開，或停泵重做。 4所有管路測量完畢后，關閉泵出口流量調(diào)節(jié)閥 2，斷電停泵。五實驗報告要求與數(shù)據(jù)處理1. 根據(jù)實驗結果在雙對數(shù)坐標紙上繪制直管的入一Re關系曲線圖。2. 將實驗所得到的關系曲線與標準的曲線進行比較，并對出現(xiàn)的誤差進行分析。沿程阻力系數(shù)測定實驗記錄表 實驗日期：20 年 月 日管內(nèi)徑d = _14_ mm直管測壓點距離 L = _2.0 _ m序號h3 (cm)h4 (cm) h (cm)Q (cm3/s)t (C)u(m/s)Re入12345678數(shù)據(jù)整理匯總:lg klg Re如無雙對數(shù)坐標紙，可依據(jù)上述數(shù)據(jù)在普通坐標紙上畫出直管的入-Re關系曲線。閥門不同開啟度阻力系數(shù)測定實驗記錄表實驗日期：20 年 月 日管內(nèi)徑 d = _19_ mm L 1 = _20 cm L 2 = _40_ cm L 3 = _80 cm開啟 度序 號h5(cm)h6(cm) h1(cm)h