管道沿程阻力测定ppt课件.ppt

管道沿程阻力测定 本科生教学课程 1 通过实验了解影响沿程阻力的因素 2 找出沿程阻力系数与雷诺准则的关系 f Re 3 学会将实验得到的数据整理成经验公式的方法 实验目的 沿程阻力 流体流经一定管径的直管时 由于流体内摩擦力而产生的阻力 实验原理 雷诺通过大量的实验 建立了一个判别流态的无量纲准则 雷诺准则 实验原理 Re 2000层流Re 2000紊流 实验原理 达西公式 根据相似原理分析 沿程损失hf可由下面的关系式表示 达西公式 式中 称为沿程阻力系数 V在一些表达式中用u表示 实验原理 实验设备 实验设备 实验装置照片 自动水泵与稳压器 实验设备 自循环高压恒定自动供水器由离心泵 自动压力开关 气 水压力罐式稳压器等组成 压力超高时能自动停机 过低时能自动开机 为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响 离心泵的输水是先经入稳压器的压力罐 经稳压后再送向实验管道 实验设备 旁通管与旁通阀 由于本实验装置所采用水泵的特性 在供小流量时有可能时开时停 从而造成供水压力的较大波动 为了避免这种情况出现 供水器设有与蓄水箱直通的旁通管 图中未标出 通过分流可使水泵持续稳定的运行 旁通管中设有调节分流量至蓄水箱的阀门 即旁通阀门 实验流量随旁通阀开度减小 分流量减小 而增大 实际上旁通阀又是本实验装置用以调节流量的重要阀门之一 电子测压仪 实验设备 稳压筒 为了简化排气并防止实验中再进气 在传感器前连接由2只冲水 不满顶 之密封立筒构成 由压力传感器和主机两部分组成 经由连通管将其接入测点 见图三 压差读数 以厘米水柱为单位 通过主机显示 实验步骤 1 熟悉实验设备 搞清各组成部件的名称 作用及其工作原理 检查蓄水箱水位是否够高及旁通阀12是否已关闭 否则予以补水并关闭阀门 2 接通电源 全开阀门12 打开供水阀13 水泵自动开启供水 3 夹紧水压差计止水夹 打开出水阀10和进水阀13 逆时针向 关闭旁通阀12 顺时针向 启动水泵排除管道中的气体 4 全开阀12 关闭阀10 松开水压差计止水夹 并旋松F1 排除水压差计中的气体 随后关闭阀13 打开阀10 使水压差计的液面降至标尺零指示附近 即旋紧F1 再次开启阀13 并立即关闭阀10 稍后片刻检查水压差计液面是否齐平 如不平则需重调 实验步骤 5 水压差计液面齐平时 则可旋开电测仪排气旋钮 对电测仪的水管通水 排气 并将电测仪调至 000 显示 6 实验装置通水排气后 即可进行实验测量 在阀12和阀13全开的前提下 逐次开大出水阀10 每次调节流量时均需稳定2 3分钟 流量愈小 稳定时间愈长 测流量的时间不小于8 10秒 测流量的同时 需测量记录水压差计 或电测仪 温度计 温度计应挂在水箱中 等的数值 层流段 应在水压差计 h 20 2 夏季 h 30 2 冬季 量程范围内 测量并记录4 5组数据 紊流段 夹紧水压差计止水夹 开大流量 用电测仪记录 值 每次增量可按 h 100C 2 递增 直至测出 的最大值 阀门操作次序是当阀13 阀10开至最大后 逐渐关闭阀12 直至 显示最大值 实验步骤 7 结束实验前 应全开阀12 关闭阀10 检查说水压差计与电测仪是否指示为零 若均为零 则关闭阀13 切断电源 否则 表明差压计已进气 需重新做此实验 记录管径 实验段管长度等实验数据 并将实验数据请实验指导教师过目 经实验指导教师同意后 关闭进 出口水阀 切断电源并整理好实验现场 对在层流段的数据进行计算 用实验数据计算的沿程阻力系数 与理论值进行比较 5 用紊流段的数据进行计算 在对数坐标纸上绘制 f Re 曲线 由于 值较小 故在对数坐标纸上绘制时 纵坐标用100 值 横坐标用Re值 4 数据处理 实验段管径d 实验段管长l 85 层流 紊流 思考题 1 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失 如果实验管道安装成倾斜 是否影响实验结果 2 为什么要排除实验段内和差压计内的空气 3 影响实验点数据的主要因素是什么 如何提高测量精度 绕圆柱体压力分布的测定 Nanjing China 本科生教学课程 实验目的 实验原理 实验原理 工程上习惯用无因次的压力系数cp来表示流体作用在物体上任一点的压力 由 1 式和 2 式可得到绕圆柱体流动的理论压力系数 3 实验原理 h0 来流总压p0的值 mmH2O h 来流静压p的值 mmH2O 9 81 由 mmH2O 换成 N m2 应乘的系数 h 圆柱体表面任一点处压力p的值 mmH2O 5 实验原理 压力系数定义 实验设备 实验设备 1 箱式风洞 2 实验段 3 圆柱体 4 测压孔 5 倾斜式微压计 6 皮托管 7 调节风门 调节风速 测量压力 实验步骤 1 熟悉实验设备 搞清风洞工作原理 2 安装皮托管 3 开启风洞 测量来流的总压p0与静压p 的差值 h0 h mmH2O 5 调整风洞的速度 重复3 4步骤 可以测得不同雷诺数下的另一组压力分布 本实验只能测试雷诺数Re 5 105的亚临界状态 6 停机 4 转动圆柱体 每间隔10 测量一次圆柱体表面压力p与来流静压p 的差值 mmH2O 共计19次 180 Re 3 4 数据处理 1 记录以下数据 计算亚临界情况下的u 和Re 数据处理 用实测的数据分别计算出密度 主流速度 雷诺数的值 数据处理 将h h 的数值和cp的数值列与表格1中 数据处理 表格1 数据处理 2 根据实测数据画出如图2所示的曲线图 并对实验所得压力分布曲线进行分析 cp 图2绕圆柱体的理论和实际压力曲线 理论压力系数 亚临界流动时的压力系数 超临界流动时的压力系数 圆柱 机翼等物体的绕流流动显示观察 Nanjing Cina 本科生教学课程 梵高 星夜 流动显示的示例 子弹头部的激波 流动显示的示例 机翼的启动涡 流动显示的应用示例 汽车工程中应用流动显示技术研究绕流汽车的流场 力求提高速度 减阻节能 环保工程中用染色法或烟线法研究烟囱的烟气扩散规律 合理选择烟囱的位置和高度 实际地形 均匀流 分层流 流动显示的应用示例 观察流体绕不同物体流动时的各种流动现象 由绕流图象定性说明绕流特性 实验目的 1 绕圆柱体的流动 2 绕机翼的流动 3 观察流体流过等流段纵剖面上的流线 流动显示的意义 在教学上 可以辅助观察流动现象 认识流动规律 理解基本概念 在科研上 发现新的流动现象 建立 改进和验证理论模型 在工程上 解决实际问题 实验原理 染色法电化学法氢泡法空气泡法烟流法光学法油膜法 本实验采用最先进的电化学法显示流线 常用的流动显示方法 实验原理 电化学法 原理含化学指示剂的显示液 酸度不同时显示不同颜色 配置显示液到临界状态 刚好呈现酸性 当显示液中插入电极通电时 水电解使流过负极附近的显示液呈现碱性而变色 形成彩色条纹 仅适用于极低速度下流动显示 常用试剂 百里酚兰 酚酞 甲基红等 流谱流线显示仪结构原理图 机翼 实验设备 流动过程采取封闭自循环形式 1 水泵开起 工作液体流动 在电极的作用下 工作液体形成电解并产生数十条色线 这些色线可看成是一条条流线 2 当物体被置于流场中时 其尾部的流线将产生扰动 扰动所形成的色线图形即为该物体的绕流图象 实验效果 机翼圆柱管道 电化学法流动显示示例 有没有分离 实验步骤 打开电源开关和泵开关 稍等片刻 流线仪即可显示流线 本实验所用流线显示仪共有三种 分别用以演示 机翼绕流圆柱绕流管渠过流 各种演示看完后 关闭流线演示仪泵开关和电源开关 并整理好实验现场 1 2 3 观察实验演示 演示机翼绕流的流线分布 1 机翼向天侧 外包线曲率较大 流线较密 表明流速大 压强低 2 机翼向地侧 流线较疏 压强较高 说明 1 整个机翼受到一个向上的合力 该力被称为升力 2 在机翼腰部开有沟通两侧的孔道 孔道中有染色电极 3 在机翼两侧压力差的作用下 必有分流经孔道从向地侧流至向天侧 这可通过孔道中染色电极释放的色素显现出来 4 在流道出口端 上端 还可观察到流线汇集到一处 并无交叉 从而验证流线不会重合的特性 演示圆柱绕流 说明 圆柱两侧转捩点趋于重合 零流线 沿圆柱表面的流线 在前驻点分成左右2支 经90 点 u umax 后在背滞点处又合二为一了 这是由于绕流液体是理想液体 势流必备条件之一 由伯努里方程知 圆柱绕流在前驻点 u 0 势能最大 90 点 u umax 势能最小 而到达后滞点 u 0 动能又全转换为势能 势能又最大 故其流线又复原到驻点前的形状 流速很低 0 5 1 0 s 能量损失可忽略 其流动可视为势流 观察实验演示 演示等流段纵剖面上的流谱 说明 1 演示是在小Re数下进行 液体在流经这些管段时 有扩有缩 2 由于边界本身亦是一条流线 通过在边界上特布设的电极 该流线亦能得以演示 文丘里管 突然扩大和突然缩小 明渠闸板 孔板 观察实验演示 思考题 驻滞点的流线为何可分又可合 这与流线的性质是否矛盾 实验时间 地点及分组 时间 第9周开始 分组 1个大组 8人 2人 4小组 作为选择实验时间的基本单元 选择实验时间的方法 地点 热工基础实验室 机械动力实验平台3层 各班级先将各分组 大组 名单 第一位为该组负责人 编号 第6周前完成 然后以班级或大组为单位自由选择实验时间 实验一空气定压比热容的测定实验二空气绝热指数的测定实验三喷管特性实验实验四管道沿程阻力测定实验五圆柱 机翼等物体的绕流流动显示观察实验六绕圆柱体压力分布的测定实验九空气横掠圆柱体时局部换热系数的测定实验七稳态双平板法测定非金属材料的导热系数实验八恒热流准稳态平板法测定材料热物性实验十辐射换热角系数的测定实验十一材料表面法向热发射率 黑度 的测定 一次完成 1 2 2实验教学 一次完成 一次完成 一次完成 一次完成 一次完成 实验报告要求 3 数量 每人最少完成4份报告 强调 每完成一个实验必须及时撰写实验报告 在做下一实验时将其交给实验教师 作为能否继续实验的资格 1 使用统一的实验报告纸 2 实验报告内容完整 包括 实验日期 同组人姓名 实验目的 原理 系统简图 原始数据 数据处理过程 含公式 结论 结论分析 误差分析 实验与理论 考核 每位学生的最后成绩由3部分组成 1 平时成绩20 2 实