流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)流動(dòng)阻力測定ppt課件

1、流膂力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)安裝 流體流動(dòng)阻力測定 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時(shí)阻力掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時(shí)阻力損失的普通實(shí)驗(yàn)方法。損失的普通實(shí)驗(yàn)方法。 2測定直管摩擦系數(shù)測定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)的關(guān)系，驗(yàn)證在普通湍流區(qū)內(nèi)證在普通湍流區(qū)內(nèi)與與Re的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 3測定流體流經(jīng)管件、閥門時(shí)的部分阻力系數(shù)測定流體流經(jīng)管件、閥門時(shí)的部分阻力系數(shù)。 4學(xué)會(huì)倒學(xué)會(huì)倒U形壓差計(jì)和渦輪番量計(jì)的運(yùn)用方法。形壓差計(jì)和渦輪番量計(jì)的運(yùn)用方法。 5識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。作用。 二、根本原理二

2、、根本原理 流體經(jīng)過由直管、管件如三通和彎頭等流體經(jīng)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)時(shí)，由于粘性剪和閥門等組成的管路系統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所呵斥機(jī)械能損失械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所呵斥機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體經(jīng)過管件、閥門稱為直管阻力損失。流體經(jīng)過管件、閥門時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小改動(dòng)所引起時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小改動(dòng)所引起的機(jī)械能損失稱為部分阻力損失。的機(jī)械能損失稱為部分阻力損失。 1直管阻力摩擦系數(shù)的測定 流體在程度等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為：2221udlppphff2

3、2lupdf即， 式中： 直管阻力摩擦系數(shù)，無因次； d 直管內(nèi)徑，m； 流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa； 單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直管的機(jī)械能損失，J/kg； 流體密度，kg/m3； l 直管長度，m； u 流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均流速，m/s。 滯流(層流)時(shí)，Re64duRe式中：Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(ms)。湍流時(shí)是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對粗糙度/d的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。 由上式可知，欲測定，需確定l、d，測定、u、等參數(shù)。 l、d為安裝參數(shù)安裝參數(shù)表格中給出， 、經(jīng)過測定流體溫度，再查有關(guān)手冊而得， u經(jīng)過測定流體流量，再由管徑計(jì)算得到。 2部分阻力系數(shù) 的測定 部分阻力損失

4、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(shí)呵斥的機(jī)械能損失看作與某一長度為 的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)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 表示。 elel 這樣，就可以用直管阻力的公式來計(jì)算部分阻力損失，而且在管路計(jì)算時(shí)可將管路中的直管長度與管件、閥門的當(dāng)量長度合并在一同計(jì)算，那么流體在管路中流動(dòng)時(shí)的總機(jī)械能損失 為：22udllhef(2)阻力系數(shù)法 流體經(jīng)過某一管件或閥門時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，部分阻力的這種計(jì)算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： 22ugphff 故 22gupf式中： 部分阻力系數(shù)，

5、無因次； fp 部分阻力壓強(qiáng)降，Pa； 流體密度，kg/m3； g 重力加速度，9.81m/s2；u 流體在小截面管中的平均流速，ms。 本實(shí)驗(yàn)采用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的部分阻力損失。 根據(jù)銜接納件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度 ，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，經(jīng)過上述公式求取管件 或閥門的部分阻力系數(shù)。0 三、實(shí)驗(yàn)安裝與流程三、實(shí)驗(yàn)安裝與流程 1、實(shí)驗(yàn)安裝、實(shí)驗(yàn)安裝 實(shí)驗(yàn)安裝如圖實(shí)驗(yàn)安裝如圖1所示：所示： 1水箱；2離心泵；3進(jìn)口壓力表；4出口壓力表；5渦輪番量計(jì)；6閘閥；7球閥； 8倒U形壓差計(jì)；9均壓環(huán)；10球閥； 11部分阻力管上

6、的閘閥；12出水管路閘閥；13水箱放水閥；14-溫度計(jì) 圖1 實(shí)驗(yàn)安裝流程表示圖 2.實(shí)驗(yàn)流程 實(shí)驗(yàn)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，渦輪番量計(jì)和倒U型壓差計(jì)等所組成的。管路部分有四段并聯(lián)的長直管，分別為用于測定部分阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)，粗糙管直管阻力系數(shù)以及層流管阻力系數(shù)。測定部分阻力部分運(yùn)用不銹鋼管，其上裝有待測管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測定同樣運(yùn)用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，粗糙管直管阻力的測定對象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管，測定層流管阻力系數(shù)運(yùn)用的是不銹鋼管。 水的流量運(yùn)用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)丈量，管路和管件的阻力采用倒U形壓差計(jì)將進(jìn)口出口的壓差直接顯示出來

7、。 3安裝參數(shù) 安裝參數(shù)如表1所示。 表1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)徑粗糙管鍍鋅鐵管1A21.0100光滑管不銹鋼管1B20.0100局部阻力管不銹鋼管1A20.094.5 四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟 1泵啟動(dòng)：首先對水箱進(jìn)展灌水，然后封泵啟動(dòng)：首先對水箱進(jìn)展灌水，然后封鎖出口閥，翻開總電源和儀表開關(guān)，對水鎖出口閥，翻開總電源和儀表開關(guān)，對水泵進(jìn)展灌泵，以防止氣縛，然后翻開水泵，泵進(jìn)展灌泵，以防止氣縛，然后翻開水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把出口閥漸漸開到最待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把出口閥漸漸開到最大。大。 2. 實(shí)驗(yàn)管路選擇：選擇實(shí)驗(yàn)管路，把對應(yīng)實(shí)驗(yàn)管路選擇：選擇實(shí)驗(yàn)管路，把

8、對應(yīng)的進(jìn)口閥翻開，并在出口閥最大開度下，的進(jìn)口閥翻開，并在出口閥最大開度下，堅(jiān)持全流量流動(dòng)堅(jiān)持全流量流動(dòng)510min。 3. 排氣：先進(jìn)展管路的引壓操作。需翻開排氣：先進(jìn)展管路的引壓操作。需翻開光滑管均壓環(huán)上的引壓閥光滑管均壓環(huán)上的引壓閥A和和B后，對后，對1號號倒倒U型管這種壓差計(jì)內(nèi)充空氣，以待測液型管這種壓差計(jì)內(nèi)充空氣，以待測液體為指示液，普通用于丈量液體小壓差的體為指示液，普通用于丈量液體小壓差的場所進(jìn)展操作如下，其構(gòu)造如圖場所進(jìn)展操作如下，其構(gòu)造如圖2所示。所示。圖2 倒U型管壓差計(jì)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出水活栓 a)排出系統(tǒng)和導(dǎo)壓管內(nèi)的氣泡。封鎖管路

9、總出口閥7，使系統(tǒng)處于零流量、高揚(yáng)程形狀。封鎖進(jìn)氣閥門(3)和出水活栓(5)以及平衡閥門(4)。翻開高壓側(cè)閥門(2)和低壓側(cè)閥門(1)使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的水經(jīng)過系統(tǒng)管路、導(dǎo)壓管、高壓側(cè)閥門(2)、倒U形管、低壓側(cè)閥門(1)排出系統(tǒng)。 b)玻璃管吸入空氣。排凈氣泡后，封鎖(1)和(2)兩個(gè)閥門，翻開平衡閥(4)和出水活栓(5)進(jìn)氣閥(3)，使玻璃管內(nèi)的水排凈并吸人空氣。 c)平衡水位。封鎖閥(4)、(5)、(3)，然后翻開(1)和(2)兩個(gè)閥門，讓水進(jìn)入玻璃管至平衡水位(此時(shí)系統(tǒng)中的出水閥門一直是封鎖的，管路中的水在零流量時(shí)，U形管內(nèi)水位是平衡的。)壓差計(jì)即處于待用形狀 d)調(diào)理管路總出口閥，那么被測對

10、象在不同流量下對應(yīng)的差壓，就反響為倒U型管壓差計(jì)的左右水柱之差。 4引壓：翻開對應(yīng)實(shí)驗(yàn)管路的手閥引壓：翻開對應(yīng)實(shí)驗(yàn)管路的手閥,然后適當(dāng)調(diào)然后適當(dāng)調(diào)理流量大小，看能否倒理流量大小，看能否倒U形壓差計(jì)可以正常指示。形壓差計(jì)可以正常指示。 5流量調(diào)理：手控出水閘閥，流量調(diào)理：手控出水閘閥，,然后開啟管路出然后開啟管路出口閥，調(diào)理流量，讓流量從小到大或從大到小變口閥，調(diào)理流量，讓流量從小到大或從大到小變化。每次改動(dòng)流量，待流動(dòng)到達(dá)穩(wěn)定后，記下對化。每次改動(dòng)流量，待流動(dòng)到達(dá)穩(wěn)定后，記下對應(yīng)的壓差值，主要獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：流量應(yīng)的壓差值，主要獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：流量Q、丈、丈量段壓差量段壓差P，及流體溫度，及流

11、體溫度t；管內(nèi)徑；管內(nèi)徑d和丈量段管和丈量段管長長L為給定的安裝參數(shù)。按上步操作，由小到大為給定的安裝參數(shù)。按上步操作，由小到大或由大到小調(diào)理管路總出口閥，待各參數(shù)顯示穩(wěn)或由大到小調(diào)理管路總出口閥，待各參數(shù)顯示穩(wěn)定后，讀取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，共作定后，讀取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，共作810組實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。組實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。 6進(jìn)展粗糙管阻力測定：先翻開粗糙管的進(jìn)展粗糙管阻力測定：先翻開粗糙管的閥門，然后將管路上的閘閥開到最大開度，閥門，然后將管路上的閘閥開到最大開度，反復(fù)反復(fù)15步驟。步驟。 7進(jìn)展部分阻力管阻力測定：先翻開部分進(jìn)展部分阻力管阻力測定：先翻開部分阻力管的閥門，然后將管路上的閘閥開到阻力管的閥門，然后將管路上的閘閥開

12、到最大開度，反復(fù)最大開度，反復(fù)15步驟。步驟。 8實(shí)驗(yàn)終了：封鎖出口閥，封鎖水泵和儀實(shí)驗(yàn)終了：封鎖出口閥，封鎖水泵和儀表電源，清理安裝。表電源，清理安裝。 9計(jì)算：安裝確定時(shí)，根據(jù)和計(jì)算：安裝確定時(shí)，根據(jù)和u的實(shí)驗(yàn)測的實(shí)驗(yàn)測定值，可計(jì)算定值，可計(jì)算和和，在等溫條件下，雷諾，在等溫條件下，雷諾數(shù)數(shù)Re=du/=Au，其中，其中A為常數(shù)，因此只為常數(shù)，因此只需調(diào)理管路流量，即可得到一系列需調(diào)理管路流量，即可得到一系列Re的的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出Re曲線。曲線。 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處置五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處置 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)填寫到下表：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)填寫到下表： 實(shí)驗(yàn)日期：實(shí)驗(yàn)日期：

13、實(shí)驗(yàn)人員：實(shí)驗(yàn)人員： 學(xué)號：學(xué)號： 溫度：溫度： 安裝號：安裝號： 直管根本參數(shù)：直管根本參數(shù)： 光滑管徑光滑管徑 粗糙管徑粗糙管徑 部分阻力管徑部分阻力管徑 表2序號流量(m3/h)光滑管mmH2O粗糙管mmH2O局部阻力mmH2O左右壓差左右壓差左右壓差 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出標(biāo)繪出Re曲線，對照化工原理教材上有關(guān)曲曲線，對照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對粗糙度和絕對粗糙線圖，即可估算出該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。度。 2根據(jù)光滑管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對照柏拉修斯方程，根據(jù)光滑管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對照柏拉修斯方程，計(jì)算其誤差。計(jì)算其誤差。 3根據(jù)部分阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，求出閘閥全開時(shí)根據(jù)部分阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，求出閘閥全開時(shí)的平均的平均值。值。 4對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展分析討論。對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展分析討論。 七、思索題七、思索題 1在對安裝做排氣任務(wù)時(shí)，能否一定要封鎖在對安裝做排氣任務(wù)時(shí)，能否一定要封鎖流程尾部的出口閥流程尾部的出口閥?為什么為什么? 2如何檢測管路中的空氣曾