流体流动阻力测定

实验六实验六 流体流动阻力测定流体流动阻力测定 一 实验目的 1 掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法 通过实验了解流体流动中能量损失 的变化规律 2 测定水流过一段粗糙直管 光滑直管的沿程摩擦阻力损失 pf 确定摩擦阻力系数 和 雷诺准数 Re 之间的关系 将所得的 Re 方程与公认经验关系比较 3 测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数 4 学会压差计和流量计的使用方法 了解差压变送器 功率传感器的工作原理 熟悉测定 流体流经直管和管件时的阻力损失的实验组织方法及测定摩擦系数的工程意义 5 观察组成管路的各种管件 阀件 了解其作用 二 基本原理 流体在管内流动时 由于粘性剪应力和涡流的存在 不可避免地要消耗一定的机械能 这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力 1 沿程阻力 流体在水平均匀管道中稳定流动时 阻力损失表现为压力降低 即 ppp hf 21 影响阻力损失的因素很多 尤其对湍流流体 目前尚不能完全用理论方法求解 必须通过 实验研究其规律 为了减少实验工作量 使实验结果具有普遍意义 必须采用因次分析方 法将各变量综合成准数关联式 根据因次分析 影响阻力损失的因素有 1 流体性质 密度 粘度 2 管路的几何尺寸 管径 d 管长 l 管壁粗糙度 3 流动条件 流速 可表示为 uldfp 组合成如下的无因次式 2 dd ldu u p 2 2 u d l d dup 令 d du 则 2 2 u d lp hf 式中 压降 Pa P hf 直管阻力损失 J kg 流体密度 kg m3 直管摩擦系数 无因次 l 直管长度 m d 直管内径 m u 流体流速 由实验测定 m s 称为直管摩擦系数 滞流 层流 时 64 Re 湍流时 是雷诺准数 Re 和相对 粗糙度的函数 须由实验确定 2 局部阻力 局部阻力通常有两种表示方法 即当量长度法和阻力系数法 当量长度法 流体流过某管件或阀门时 因局部阻力造成的损失 相当于流体流过与其具有相当管径长 度的直管阻力损失 这个直管长度称为当量长度 用符号 le 表示 这样 就可以用直管阻 力的公式来计算局部阻力损失 而且在管路计算时 可将管路中的直骨长度与管件 阀门 的当量长度合并在一起计算 如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为 则流体在管路中流动时的总阻力损失 为 le f h 2 2 u d lel hf 阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示 这种计算局 部 阻力的方法 称为阻力系数法 即 式中 局部阻力系数 无因次 u 在小截面管中流体的平均流速 m s 由于管件两侧距测压孔问的直管长度很短 引起的摩擦阻力与局部阻力相比 可以忽略不 计 因此 hf之值可应用柏努利方程由压差计读数求取 三 实验装置与流程 1 实验装置 图 1 1 实验装置流程图 实验装置如图 1 1 所示 主要部分由离心泵 不同管径 材质的管子 各种阀门或管 2 2 u hf 件 转子流量计等组成 从上向下第一根为不锈钢光滑管 第二根为镀锌铁管 分别用于 光滑管和粗糙管湍流流体流动阻力的测定 第三根为不锈钢管 其上装有待测管件 闸阀 用于局部阻力的测定 流体温度有热电阻 流体流量由涡轮流量计测量 压差有压差变送器测量 本实验的介质为水 由离心泵供给 经实验装置后的水通过管道流入储水箱内循环使用 2 装置结构尺寸 装置结构尺寸如表 1 1 所示 表 1 1 装置参数 管内径 mm 名称材质装置 1m 装置 2c 测试段长 度 m 光滑管不锈钢食品管29 529 01 5 粗糙管镀锌铁管29 929 21 5 局部阻力闸阀35 8635 86 图 1 2 控制柜面板 1 空气开关 2 3 4 电源指示灯 5 流量控制仪 6 6 路巡检仪 单位 m3 h 第一通 道测量离心泵进口压力 单位 kpa 第二通道测量离心泵出口压力 单位 kpa 第三 通道测量离心泵转速 单位 r min 第四通道测量流体阻力压差 单位 pa 第五通道 测量流体温度 单位 摄氏度 第六通道没用 7 功率表 单位 KW 8 仪表电源指 示灯 9 仪表电源开关 10 变频器电源指示灯 11 变频器电源开关 12 离心泵电源 指示灯 13 离心泵直接或变频器运行转换开关 14 离心泵启动按钮 15 离心泵停止 按钮 四 实验步骤及注意事项 1 灌泵 储水箱中出水到适当位置 大概三分之二处 关闭阀 1 阀 2 阀 3 阀 4 阀 5 打开离 心泵出口排气阀和进口灌水阀 用水杯从灌水阀灌水 气体从排汽阀排出 直到排水阀有 水排出并且没有气泡灌水完毕 关闭排气阀和灌水阀 2 启动水泵 打开控制柜上 1 空气开关 打开 9 仪表电源开关 仪表指示灯 10 亮 仪表上电 显示被测 数据 把转换开关转到直接位置 指示灯 12 亮 按一下离心泵启动按钮 离心泵运转 启动按钮 指示灯亮 水泵启动完毕 3 光滑管排气 先打开光滑管与差压变送器相连的阀门 粗糙管和局部阻力与差压变送器相连的阀门关闭 打开阀 3 和阀 2 排出光滑管中的气体 关上阀 2 打开差压变送器的两个排汽阀 排出管 道中的气体 直到没有气泡排出为止 关闭差压变送器上的两个排汽阀 光滑管排气完毕 4 光滑管实验 打开流体阻力监控软件数据班级 姓名 学号等信息 进入流体阻力实验 点击光滑管 调节阀 2 每隔 1m3 h 采集一组实验数据 等数据稳定之后再采集 从 2m3 h 开始到最 大流量 但注意最大流量时压差不能超过 10kpa 如果超过调节阀门 2 使压差不超过 10kpa 光滑管数据采集完毕后 先关闭阀 2 和阀 3 再关闭光滑管与差压变送器相连的两 个阀门 5 粗糙管实验 粗糙管排气与光滑管排气类似 先打开粗糙管与差压变送器相连的两个阀门 再打开阀 4 和阀 2 排出粗糙管中的气体 关闭阀 2 打开差压变送器的两个排汽阀 排出管道中的气 体 直到没有气泡排出为止 关闭差压变送器上的两个排汽阀 粗糙管排气完毕 点击粗 粗管 调节阀 2 每隔 1m3 h 采集一组实验数据 等数据稳定之后再采集 从 2m3 h 开始到最大流量 但注意最大流量时压差不能超过 10kpa 如果超过调节阀门 2 使压差不 超过 10kpa 粗糙管数据采集完毕后 先关闭阀 2 和阀 4 再关闭光滑管与差压变送器相连 的两个阀门 6 局部阻力实验 局部阻力排气与光滑管排气类似 先打开局部阻力与差压变送器相连的两个阀门 再打开 阀 5 和阀 2 排出粗糙管中的气体 关闭阀 2 打开差压变送器的两个排汽阀 排出管道中 的气体 直到没有气泡排出为止 关闭差压变送器上的两个排汽阀 局部阻力排气完毕 点击局部阻力 调节阀 2 每隔 1m3 h 采集一组实验数据 等数据稳定之后再采集 从 2m3 h 开始到最大流量 但注意最大流量时压差不能超过 10kpa 如果超过调节阀门 2 使压差不超过 10kpa 局部阻力数据采集完毕后 先关闭阀 2 和阀 5 再关闭光滑管与差压 变送器相连的两个阀门 流体阻力实验完毕 7 数据处理 实验数据记录 光滑管 kPa 粗糙管 kPa 局部阻力 kPa 层流 kPa 序 号 流量 L s 湍流 或 L h 层流 压差压差压差 压差 实验数据采集完毕 打开数据处理软件 打开实验数据 执行相应的软件功能 就可 算出流体雷诺系数与摩擦因数的关系 执行绘图功能 就可绘出雷诺系数与摩擦因数的曲 线关系 执行打印功能就可打印实验数据和实验处理结果 五 实验报告 1 根据粗糙管实验结果 在双对数坐标纸上标绘出 Re 曲线 对照化工原理教材上有 关图形 即可估出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度 2 根据光滑管实验结果 对照柏拉修斯方程 计算其误差 3 根据局部阻力实验结果 求出闸阀全开时的平均 值 4 对实验结果进行分析讨论 注 流体阻力控制仪表 AI 519 参数 P 30 I 3 D 1 六 思考题 1 在对装置做排气工作时 是否一定要关闭流程尾部的流量调节阀 为什么 2