实验3管路流体阻力的测定

试验三管路流体阻力的测定

一、试验目的

流体流淌时的能量损耗（压头损失），主要由于管路系统中存在着各种阻力。管路中的各

种阻力可分为沿程阻力（直管阻力）和局部阻力两大类。

本试验的目的，是以试验方法干脆测定摩擦系数X和局部阻力系数3

二、试验原理

当不行压缩流体在圆形导管中流淌时，在管路系统内随意二截面之间，机械能衡算方程为:

gZ|+&+?=gZ2+二+等+Z%J.kg/⑴

P2P?

或m液柱（2）

Z1+-5-+-^=Z2+-S-+江+£H

Pg2g'pg2g

式中，hf——单位质量流体因流体阻力所造成的能量损失，J-kg'；

Hj一单位重量流体因流体阻力所造成的能量损失，即压头损失，m液柱。

若：（1）水作为试验物系，则水可视为不行压缩流体；

（2）试验导管水平装置，则Z尸Z2；

（3）试验导管的上下游截面的横截面积相同，则〃尸〃2。

因此（1）和（2）两式分别可简化为：

=——员J-kg1（3）

*P

£〃,=—~—m水柱（4）

Pg

由此可见，因阻力造成的能量损失（压头损失），可由管路系统的两截面之间的压力差（压

头差）来测定。当流体在圆形直管内流淌时，流体因摩擦阻力所造成的能量损失（压头损失）,

有如下一般关系式：

1

Yhf=J-kg（4）

乙,pd2

或=正鼻=m水柱（5）

乙Pgd2g

式中；d——圆形直管的管径，m；1——圆形直管的长度，m；X——摩擦系数，［无因次］。

大量试验探讨表明，摩擦系数又与流体的密度p、粘度由管径d、流速u和管壁粗糙度£

有关。用因次分析的方法，可以得摩擦系数与雷诺数、管壁相对粗糙度块1存在函数关系，即

2=/（Re,£|⑺

通过试验测得入和Rc数据，可以在双对数坐标上标绘出试验曲线。当ReV2000时，摩擦

系数X与管壁粗糙度£无关。当流体在直管中呈湍流时，入不仅与雷诺数有关，而且与管壁相

对粗糙度有关。

当流体流过管路系统时，因遇各种管件、阀门和测量仪表等而产生局部阻力，所造成的能

量损失（压头损失），有如下般关系式：

J-kg"（8）

或V=^—m液柱（9）

2g

式中，u—连接管件直管中流体的平均流速，m-s,；，一局部阻力系数［无因次］。

由于造成局部阻力的缘由和条件极为困难，各种局部阻力系数的详细数值，都须要通过试

脸干脆测定。

三、试验装置

本试验装置如图1所示，主要是由循环水系统（或高位稳压水槽）、试验管路系统和高位排

气水槽串联组合而成，每条测试管的测压口通过转换阀组与压差计连通。压差由一倒置U形水

柱压差计显示。孔板流量计的读数由另一倒置U形水柱压差计显示。

图1管路流体阻力试验装置流程

I、循环水泵；2、光滑试验管：3、粗糙试验管：4、扩大与缩小试验管；5、孔板流量计：6、阀门：7、转换阀

组；8、高位排气水槽。

试验管路系统是由五条玻璃直管平行排列，经U形弯管串联连接而成。每条直管上分别配

置光滑管、粗糙管、隧然扩大与缩小管、阀门和孔板流量计。每根试验管测试段长度，即两测

压口距离均为0.6m。流程图中标出符号G和D分别表示上游测压口（高压侧）和下游测压口

（低压侧）。测压口位置的配置，以保证上游测压口距U形弯管接口的距离，以及下游测压口

距造成局部阻力处的距离，均大于50倍管径。

作为试验用水，用循环水泵或干脆用自来水由循环水槽送入试验管路系统，由下而上依次

流经各种流体阻力试验管，最终流入高位排气水槽。由高位排气水槽溢流出来的水，返回循环

水槽。

水在试验管路中的流速，通过调整阀加以调整。流量由试验管路中的孔板流量计测量，并

由压差计显示读数。

四、试验方法

试验前打算工作：

（1）先将水灌满循环水槽，然后关闭试验导管入口的调整阀，再启动循环水泵。待泵运转

正常后，先将试验导管中的旋塞阀全部打开，并关闭转换阀组中的全部旋塞，然后缓慢开启试

验导管的入口调整阀。当水流满整个试验导管，并在高位排气水槽中有溢流水排出时，关闭调

整阀，停泵。

（2）检查循环水槽中的水位，一般须要再补充些水，防止水面低于泵吸入口。

（3）逐一检查并解除试验导管和联接管线中可能存在的空气泡。解除空气泡的方法是，

先将转换阀组中被检一组测压口旋塞打开，然后打开倒置U形水柱压差计顶部的放空阀，直至

排尽空气泡再关闭放空阀。必要时可在流体流淌状态下，按上述方法解除空气泡。

（4）调整倒置U形压差计的水柱高度。先将转换阀组上的旋塞全部关闭，然后打开压差

计顶部放空阀，再缓慢开启转换阀组中的放空阀，这时压差计中液面缓缓下降。当压差计中的

水柱高度居于标尺中间部位时，关闭转换阀组中的放空阀。为了便于视察，在临试验前，可由

压差计项部的放空处，滴入几滴红墨水，将压差计水柱染红。

（5）在高位排气水槽中悬挂一支温度计，用以测量水的温度。

（6）试验前需对孔板流量计进行标定，作出流量标定曲线。

试验操作步骤：

（1）先检查试验导管中旋塞是否置于全开位置，其余测压旋塞和试验系统入口调整阀是否

全部关闭。检查完毕启动循环水泵。

（2）待泵运转正常后，依据须要缓慢开启调整阀调整流量，流量大小由孔板流量计的压差

计显示。

（3）待流量稳定后，将转换阀组中，与须要测定管路相连的一组旋塞置于全开位置，这时

测压口与倒置U形水柱压差计接通，即可记录由压差计显示出压强降。

（4）当需改换测试部位时，只需将转换阀组由一组旋塞切换为另一组旋塞。例如，将G1

和D1一组旋塞关闭，打开另一组G2和D2旋塞。这时，压差计与G1和D1测压口断开，而

水的密度，p/kg・m,

水的粘度，10«WPa・s

光滑管压头损失，

Hfi/mmHiO

粗糙管压头损失，

旋塞压头损失（全开）

Hfi7mmH2O

孔板流量计压头损失，

Ho/mmHiO

计算4和J

（1）光滑管：邸=",=pgh-------------------Pa

A1/"J・Pg

\p=XX—X--=AA../t——--

1ffd2A

（2）粗糙管：2=『=pgh

A.Ipic4_pgh

△j）/•=Ax—x----=・・4—

ad2A

（3）孔板流量计：Ap=邪^=pgh

人匕pu1".上_Pgh

ZK>

（4）旋塞：Ap=-pgh

(4)数据整理

表3数据整理表

试验序号12345