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，管子摩擦系数及管件、阀门的局部阻力系数的测定方法，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.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； 摩擦系数，无因次。已知摩擦系数是雷诺数与管子的相对粗糙度（/d）的函数，即（Re,/d）。为了测定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： J/kg其中，为截面1与2间的压力差，Pa；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、值，即可算出hf，并进而算出。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Re对应关系，改变不同的流速，有不同的Re及，可得某相对粗糙度的管子的一组Re关系。以为纵坐标，Re为横坐标，在双对数坐标纸上作出Re曲线，与教材中相应曲线对比。2.局部阻力系数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。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810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68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（mmH2O）h（J/Kg）Re左右R14.190.004193.1984733143.4733.3589.95.781020.0255987148869.323.90.00392.9770992165.2678.1512.95.026420.0256904138565.733.660.003662.7938931177.2631.3454.14.450180.0258259130038.543.360.003362.5648855190.3573.4383.13.754380.0258524119379.653.070.003072.3435115197.8523.4325.63.190880.026319310907662.740.002742.0916031201.5470.6269.12.637180.027307397351.2572.40.00241.8320611207.5418.2210.72.064860.027868285271.1782.120.002121.6183206208.8376.4167.61.642480.028409975322.8791.720.001721.3129771211326.6115.61.132880.029769261111.01101.230.001230.9389313212.5273.861.30.600740.030868643701.48图1 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 0.004193.14(0.0408/2)2=3.198473(m/s) J/kg 589.90.001/996.7=5.78102（J/Kg） 5.781020.040821.83.1984732=0.0255987Re=du/ 0.0408m3.198473996.70.8737=148869.3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（mmH2O）h（J/Kg）Re左右R14.190.004193.1984733233.5738504.54.94410.966567148869.323.90.00392.9770992243.5704.2460.74.514861.018797138565.733.660.003662.7938931272.2649.5377.33.697540.947378130038.543.360.003362.5648855284.2600.8316.63.102680.943259119379.653.070.003072.3435115293.5558.7265.22.598960.94644510907662.740.002742.0916031298.2513.22152.1070.96324397351.2572.40.00241.8320611303.5470.1166.61.632680.97286285271.1782.120.002121.6183206305436.2131.21.285760.98188575322.8791.720.001721.3129771308.5398.189.60.878081.01870861111.01101.230.001230.9389313309356.547.50.46551.05604443701.48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 0.004193.14(0.0408/2)2=3.198473(m/s) J/kg 589.90.001996.7=5.78102（J/Kg）Re=lu/ 1.8m3.198473996.70.8737=148869.3=2hf/u2 25.781023.1984732=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，ln随之减少。对于本实验的讨论，从以及Re=lu/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=64/Re 那么取对数后的就会是 ln=-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与没有联系，图线会呈现为水平线，而从图线可知雷洛数Re与存在联系，从而观点得证。并且从无缝钢管的相对粗糙度为0.040.17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ln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与存在联系的区间内。而同时，实验可得出管件阻力与雷洛数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：1. 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。2. 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。Re双对数图 Re莫迪图 分析： 从总体趋势上讲，曲线都有下降的趋势，并且随着趋势的下降曲线渐渐趋于平缓。成因是由于随着雷洛数的增大流动，管内的流动情况就转变为粗糙管的湍流，即雷洛数与直管阻力无关，所以两个图