流体阻力测定实验

1、 流 体 阻 力 测 定 实 验 实 验 指 导 书 环境与市政工程学院 2015年11月 一、实验目的：? 学习直管摩擦阻力,直管摩擦系数的测定方法。1.P?f? 掌握直管摩擦系数和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。与雷诺数2.Re ,掌握局部摩擦阻力局部阻力系数的测定方法。3.P?f 4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。: 二、实验内容? 测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数。1.?和相对粗糙度之间的与雷诺数测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数2.Re 关系曲线。P? 3.测定管路部件局部摩擦阻力和局部阻力系数。?f: 三、实验原理Re 1.的测定直管摩擦系数与

2、雷诺数:?，对直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)?f(Re,/d? 一定的相对粗糙度而言，。(Re)f?流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失P?PP?f21?h? ）为：1 （f? 又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）2ulP?h?f 2） （?2dP?d2f? ） （3整理（1）（2）两式得 2?l?u?ud （4 ） ?Re?P?直管阻力引起的压强降，Pam； ； 管径，式中： ?df管长，m； 流速，m / s； ?u?l32?。s / mN 流体的密度，kg / m；流体的粘度， ? dl则水的密度和管径直管段管长若水温一定

3、，都已固定。在实验装置中，所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降和粘度也是定值。 ）之间的关系。P与流速u（流量Vf）可计算出不同流速下的直管摩擦系数，用式（ 根据实验数据和式（34 计算对应的Re，整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出与Re的关系曲线。 2局部阻力系数的测定?2?uP?P?2ff? ?h?f2?2u?局部阻力引起的压强降，Pa；局部阻力系数，无因次； 式中： ?P?f局部阻力引起的能量损失，Jkg。 ?hf 图-1 局部阻力测量取压口布置图 局部阻力引起的压强降可用下面方法测量：在一条各处直径相等的直P?f管段上，安装待测局部阻力的阀门，在上、下游各开两对测压口a

4、-a和b-b如图-1，使 abbc ； abbc，则 P P ； P= ，a bbf，bcf，afP cbf， (5) P+2PPa之间列柏努利方程式 P+=2P在af afa，ab，fa b PP+P = P+在bb之间列柏努利方程式： Pfb，b，fbccfb （6P） + = P+Pfaf，f，a bbP?2(PP)(P和联立式(5)(6)，则：P) babaf为了实验方便，称(PP)为近点压差，称(PP)为远点压差。其数值用差压bbaa传感器来测量。 : 四、实验装置的基本情况: 1.实验装置流程示意图 -2 流动过程综合实验装置流程示意图图测局部、14-16-缓冲罐；6水泵；3-入口

5、真空表；4-出口压力表；5、2-1-水箱；光滑管测21-粗糙管测压阀；9、715-测局部阻力远端阀；8、17-阻力近端阀；、2518、12-11-观测段；压力传感器；13-涡流流量计；压阀；10-局部阻力阀； 2423-小转子流量计；大转子流量计；普通管阀；20-粗糙管阀；22-26-阀门；19-、29U32-倒型管排水阀；28-U型管放空阀；倒U型管；30、27- 水箱放水阀；倒 型管平衡阀31-倒U 实验装置流程简介 流体阻力测量：2322、1水泵2将储水槽中的水抽出，送入实验系统，经玻璃转子流量计。被测量流量，然后送入被测直管段测量流体流动阻力，经回流管流回储水槽1或空气水倒12测直管段

6、流体流动阻力P可根据其数值大小分别采用变送器 置型管来测量。 2.实验设备主要技术参数： 实验设备主要技术参数-1表序号 名称 规格 材料 （LZBL/h25 100）10001 玻璃转子流量计 VA10）15F 10100（L/h2 不锈钢压差传感器200 KPa 测量范围型号LXWY 03 不锈钢离心泵 型号WB70/055 4 0.045m 实验管路 实验管路管径, 级-0.1-0MPa 精度1.5测量范围5 真空表 真空表=0.041m d真空表测压位置管内径1 0.6MPa 精度1.5级测量范围06 压力表压力表=0.041m d压强表测压位置管内径2量流涡轮37 测量范围型号LWY

7、-40 220m/h 涡轮流量计 计实验设备主要技术参数表-2 L-1.70(m) 光滑管：管径d-0.008(m) 管长L-1.70(m) d-0.010(m) 管长 粗糙管：管径=0.41m h真空表与压强表测压口之间的垂直距离0 3.实验装置面板图： 图实验装置仪表面板图-3 五、实验方法及步骤： 1流体阻力测量 （1）向储水槽内注水至水满为止。(最好使用蒸馏水，以保持流体清洁) （2）光滑管阻力测定： 关闭粗糙管路阀门8,17,20，将光滑管路阀门9,19,21全开，在流量为零条件下，打开通向倒置U型管的进水阀29,31，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表

8、明导压管内存在气泡。需要进行赶气泡操作。导压系统如图4所示操作方法如下： 加大流量，打开U型管进出水阀门29,31，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若观察气泡已赶净，将流量调节阀26关闭，U型管进出水阀29,31关闭，慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀26后，分别缓慢打开阀门30、32，使液柱降至中点上下时马上关闭，管内形成气水柱，此时管内液柱高度差不一定为零。然后关闭放空阀27，打开U型管进出水阀29,31，此时U型管两液柱的高度差应为零（12mm的高度差可以忽略），如不为零则表明管路中仍有气泡存在，需要重复进行赶气泡操作。 图-4 导压系统示意图 32、32-排水阀；128-U

9、型管进水阀；12-压力传感器；27-U型管放空阀；28-U型管 该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。 差压变送器与倒置U型管亦是并联连接，用于测量压差，小流量时用型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验操作，一般测取1520组数据。 注：在测大流量的压差时应关闭U型管的进出水阀29,31，防止水利用U型管形 成回路影响实验数据。 (3) 粗糙管阻力测定： 关闭光滑管阀，将粗糙管阀全开，从小流量到最大流量，测取1520组数据。 (4) 测取水箱水温。待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。 (5) 粗糙管、局部阻力测量方法同前

10、。 六、实验注意事项 1直流数字表操作方法请仔细阅读说明书，待熟悉其性能和使用方法后再进行使用操作。 2启动离心泵之前以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。 3利用压力传感器测量大流量下P时,应切断空气水倒置型玻璃管的阀门否则将影响测量数值的准确。 4在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。 5. 若之前较长时间未做实验，启动离心泵时应先盘轴转动，否则易烧坏电机。 6. 该装置电路采用五线三相制配电，实验设备应良好接地。 7. 启动离心泵前，必须关闭流量调节阀，关闭压力表和真空表的开关，以免损坏测量仪表。 8. 实验水质要

11、清洁，以免影响涡轮流量计运行。 七、附数据处理过程举例： 1.光滑管小流量数据( 以表3第16组数据为例) Q70(Lh) h 44(HO) 2-33?）m （kg (Pa.s) 密度999.74实验水温=7.8 粘度1.4310tQ70/3600/1000?0?.39?u（m/s） 管内流速 ?2?/4)?(0.0082)(d 4?g?h?999.74?9.81?P44/1000=432(Pa) 阻力降f?0.008?0?u.39?999.74?d?Re310雷诺数 2.165 ?3?1.43?10 ?P2d2?0.008432f?-2阻力系数 2.71210 22?1.709.74L?99

12、?39u0. 2.粗糙管、大流量数据(以表4 第8组数据为例) Q300(Lh) P 19.4(kPa) 实验水温=7.8 t-33?） kg (Pa.s) 密度m粘度999.741.4310（Q300/3600/10001.06 （m/s） 管内流速 ?u? ?2?/4)?(0.012d)( 4阻力降 19.41000 = 19400（Pa) ?P?f?0.01?1.06?d?u?999.74?Re?37.42210雷诺数 ?3?101.43?P2d2?0.0119400f?阻力系数 = 0.203 22?71.999.74?L061.u3.局部阻力实验数据(以表5 第2组数据为例) Q80

13、0(Lh) 近端压差37.2 (kPa) 远端压差37.7(kPa) Q800/3600/1000?u?1.258（m/s）管内流速： ?2?0015.)?(0/42)d( 4P?2(PP)(PP) =（237.2-37.7）1000=36700局部阻力： （Pa) ababf?2P?236700?f? 局部阻力系数： ?4.?46? 22?91.9932581.u?附：实验数据表（举例说明） 表3 流体阻力实验数据记录（光滑管内径8mm、管长170mm） （液体温度7.8 液体密度=999.74kg/m 液体粘度=1.43mPa.S） 序号 流量(l/h) 直管压差P P ）（Pa 流速u

14、(m/s) Re ）（kPa （mmHO）21 1000 97.4 97400 5.53 30924 0.02999 2 900 80.9 80900 4.98 27831 0.03076 3 800 67.4 67400 4.42 24739 0.03243 4 700 50.0 50000 3.87 21646 0.03142 5 600 39.0 39000 3.32 18554 0.03336 6 500 27.4 27400 2.76 15462 0.03375 7 400 19.2 19200 2.21 12369 0.03695 8 300 11.6 11600 1.66 927

15、7 0.03969 9 200 6.4 6400 1.11 6185 0.04927 10 100 1.5 1500 0.55 3092 0.04619 11 90 96 942 0.50 2783 0.03580 12 80 63 618 0.44 2474 0.02973 13 70 44 432 0.39 2165 0.02712 14 60 35 343 0.33 1855 0.02936 15 50 29 284 0.28 1546 0.03504 16 40 25 245 0.22 1237 0.04719 17 30 16 157 0.17 928 0.05369 18 20 1

16、0 98 0.11 618 0.07551 19 10 4 39 0.06 309 0.12081 170mm）流体阻力实验数据记录（直管内径10mm、管长表4 =1.43mPa.S）液体密度=999.74kg/m 液体粘度（液体温度27 序号 流量 (l/h) P 直管压差P （Pa） 流速u (m/s) Re kPa mmHO 21 1000 156.8 156800 3.54 24739 0.147 2 900 129 129000 3.18 22265 0.150 3 800 104.2 104200 2.83 19791 0.153 4 700 82.1 82100 2.48 173

17、17 0.157 5 600 63.4 63400 2.12 14843 0.166 6 500 45.2 45200 1.77 12369 0.170 7 400 32.0 32000 1.42 9896 0.188 8 300 19.4 19400 1.06 7422 0.203 9 200 10.1 10100 0.71 4948 0.237 10 100 3.1 3100 0.35 2474 0.291 11 90 201.0 1971 0.32 2226 0.229 12 80 171 1677 0.28 1979 0.246 13 70 119 1167 0.25 1732 0.2

18、24 14 60 92 902 0.21 1484 0.236 15 50 69 677 0.18 1237 0.254 16 40 48 471 0.14 990 0.277 17 30 28 275 0.11 742 0.287 18 20 18 177 0.07 495 0.415 19 10 11 108 0.04 247 1.014 20 1000 156.8 156800 3.54 24739 0.147 21 900 129 129000 3.18 22265 0.150 22 800 104.2 104200 2.83 19791 0.153 局部阻力实验数据表表5 序号粗糙管Q（l/h） 近端压差远端压差