流体流动阻力测定

1、流体流动阻力测定实验六 流体流动阻力测定、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Ap，确定摩擦阻力系数入和雷诺 准数Re之间的关系。将所得的入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E。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

2、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P1 - P2 邙n f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P,粘度卩；(2) 管路的几何尺寸：管径d,管长I，管壁粗糙 度e ；(3) 流动条件：流速卩。可表示为：V = f (d,l,亠

3、几u,；)组合成如下的无因次式:（叫）卩d则h=丄f t d 2式中，P压降Pahf直管阻力损失 J/kg,P 流体密度kg/m3入直管摩擦系数，无因次l直管长度md直管内径 mu流体流速，由实验测定 m/s入称为直管摩擦系数。滞流（层流）时，入=64/Re;湍流时入是雷诺准数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

4、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7，则流体在管路中流动时的总阻力损失' hf为r亠 uid 2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 力的方法，称为阻力系数法。即h ' 2式中，E局部阻力系数，无因次；u在小截面管中流体的平均流速，/ So由于管件两侧距测压孔问的直管长度很短.部阻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 实验装置流体流动阻力测定实验I童制迓暨逞岀罔I光溥習

5、实恥II柜槌营琵可 局部阻力买骑刼）6采集 T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装置参数名 称材质管内径（mm）测试 段长 度（m）装置（1m）装 置

6、（2c）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35.8635.86一亠2 g 斗口 （r（r（r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、

7、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

8、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

9、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米集一组实验数据（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

10、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 实验数据记录序号流量L/s（湍光滑管kPa粗糙管k

11、Pa局部阻 力kPa层流kPa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 绘出入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E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.如何检验测试