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1、管路阻力的测定 学院:XXXX 专业:食品 XXXXXX 学号:XXXXXXX 姓名:XXXXX 指导老师：XXXXXX 2013 年 XX 月 XX 日 管路阻力的测定管路阻力的测定 一一 实验目的实验目的 1. 学习管路阻力损失 hf ,管路摩擦系数 及管件、阀门的局部阻 力系数 的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流 体阻力基本理论的认识； 2. 测定直管摩擦系数 与雷诺数 Re 的关系，验证在一般湍流区 内 与 Re 的关系曲线。 3. 测定管件、阀门的局部阻力系数 。 4. 学会倒 U 形压差计和涡轮流量计的使用方法。 5. 识辨组成管路的各种管件、阀门，了解其作用。 二
2、二 实验原理实验原理 流体通过由直管、管件和阀门等组成的管路系统时，由于粘性 剪应力和涡流的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造 成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运 动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 1.1. 直管阻力摩擦系数直管阻力摩擦系数 的测定。的测定。 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： （3-1） 2 12 2 f f p ppl u h d 即， （3-2） 22 22 ff dhd p lulu 式中：只管阻力摩擦系数，无因次；d直管内径，m； Pf流体流经 l 米直管的压力降，Pa；l直管长度， m； Hf单位质
3、量流体流经 l 米直管的机械能损失，J/kg； u流体在管内流动的平均流速，m/s；流体密度， kg/m3. 层流时， （3-3） 64 Re （3-4）Re du 式中：Re雷诺准数，无因次；流体粘度， kg/(m.s). 湍流时 是雷诺准数 Re 和相对粗糙度（/d）的函数，须由实 验确定。 由式（3-2）可知，欲测定 ，需确定 L、d，测定 Pf、u、 等参数。L、d 为装置参数，、 通过测定流体 温度，再查有关手册而得，u 通过测定流体流量，再由管径计算得 到。 例如本装置采用涡轮流量计测流量 V（m3/h） 。 （3-5） 2 900 V u d Pf可用 U 型管、倒置 U 型管、
4、测压直管等液柱压差计测定，或 采用差压变送器和二次仪表显示。 （1）当采用倒置 U 型管液柱压差计时， （3-6） f pgR 式中：R水柱高度，m。 （2）当采用 U 型管液柱压差计时， （3-7） 0 () f pgR 式中：R液柱高度，m；0指示液密度，kg/m3。 根据实验装置结构参数 L、d，指示液密度 0，流体温度 t0，及 实验室时测定的流量 V、液柱压差计的读数 R，通过式（3-5） 、 （3- 6）或（3-7） 、 （3-4）和（3-2）求取 Re和 ，再将 Re和 标绘在 双对数坐标图上。 2.2. 局部阻力系数局部阻力系数 的测定。的测定。 局部阻力损失通常有两种表示方法
5、，即当量长度法和阻力系数法。 本实验采用阻力系数法。 阻力系数法：流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流 体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方 法，称为阻力系数法。即： （3-8） 2 2 f f p u h g 故 （3-9） 2 2fp gu 式中：局部阻力系数，无因次；Pf局部阻力压强 降，Pa； 流体密度，kg/m3； g重力加速度， 9.81m/s2； 根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径 d，指示液密度 0，流体温度 t0，及实验室时测定的流量 V、液柱压差计的读数 R，通过式（3-5） 、 （3-6）或（3-7） 、 （3-9）求取管件或阀门的局部
6、阻力系数 。 三、实验装置与流程三、实验装置与流程 1.1. 实验装置实验装置 实验装置 LB201DLB201D 如图 3-1 所示 1- 离心泵；2-进口压力变送器；3-铂热电阻（测量水温） ；4-出口 压力变送器；5-电器仪表控制箱；6-均压环；7-粗糙管；8-光滑管 （离心泵实验中充当离心泵管路） ；9-局部阻力管；10-管路选择球 阀；11-涡轮流量计；12-局部阻力管上的闸阀；13-电动调节阀； 14-差压变送器；15-水箱 图 3-1 管路阻力实验装置流程示意图 实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各 种阀门、管件，涡轮流量计和倒 U 型压差计等所组成的。管路部
7、分 有三段并联的长直管，分别为用于测点局部阻力系数，光滑管直管 阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管， 其上装有待测管管件（闸阀） ；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁 光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙 的镀锌管。 水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用差压变送 器将差压信号传递给无纸记录仪。 2.2.装置参数装置参数 装置参数如表 3-1 所示。由于管子的材质存在批次的差异，所以 可能会产生 管径的不同，所以表 3-1 中的管内径只能作为参考。 表 3-1 管路阻力实验装置参数表 管内径（mm）名称材质 管路号管内径 测量长度 （cm）
8、 装置 1 局部阻力闸阀 1A20.095 光滑管不锈钢管 1B20.0100 粗糙管镀锌铁管 1C21.0100 四四 实验步骤实验步骤 1 1 泵启动：泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和 仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。 2 2 实验管路选择：实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口 阀最大开度下，保持全流量流动 5-10min 3 3 流量调节：流量调节：通过离心泵变频器调节管路流量，让流量从 1 到 4m/H 范围内变化，建议每次实验变化 0.5m/h 左右。每次改变流 量，待流动到达稳定后，记下对应的压差值，自控状态，
9、流量控制 界面设定流量值或设定电动调节阀开度，待流量稳定记录相关数据 即可。 4 4 计算：计算：装置确定时，根据p 和 u 的实验测定值，可计算入和 ， 在等温条件下，雷诺数 Re=du/=Au，其中 A 为常数，因此只要 调节管路流量，即可得到一系列入Re 曲线。 5 5 实验结束：实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。 五、实验数据 管路 实 验 流量 m3/h 流速 m/s 压降 P KPa 温度 类型 次 数 1 10 0.880.13 303 0.12920.0066 0.2210 5 21.51.330.37 303 0.36980.0084 0.3310 5 32
10、1.77 069303 0.68850.0088 0.4410 5 42.52.211.07 303 1.06520.0087 0.5510 5 532.651.5530.21.54960.0088 0.6610 5 63.53.102.0630.42.06080.0086 0.7710 5 743.542.7330.42.72410.0087 0.8810 5 84.53.983.3430.43.34000.0084 0.9910 5 光滑管 954.424.0130.64.01040.0082 1.1010 5 110.801.0129.91.0210.067 0.2010 5 21.51
11、.202.0529.92.0570.060 0.3010 5 321.603.4929.93.5350.058 0.4010 5 42.52.005.3729.95.3870.056 0.5010 5 532.417.6729.97.7440.056 0.6010 5 63.52.8110.5029.910.5280.056 0.7010 5 743.2113.3629.913.9840.057 0.8010 5 84.53.6014.9930.115.1200.049 0.9010 5 954.0014.9930.414.8570.039 1.1010 5 管路温度 类型 实 验 次 数 流
12、量 m3/h 流速 m/s 压降 P KPa hf (J/kg) 雷诺数 Re 局部阻力管 110.910.3030.20.1710.412 0.2210 5 实验结果示例: 1、以光滑管管路阻力实验第一组实验数据为例 流体温度 t= 30.3 30.0,经查表，30下水的特性有： 995.7kg/m3 80.1210-5Pas 2 900 V u d 21.51.330.6130.10.2410.273 0.3310 5 321.771.0730.20.3820.244 0.4410 5 42.52.211.6430.00.5710.234 0.5510 5 532.672.3330.20.
13、7840.220 0.6610 5 63.53.103.1230.21.0570.210 0.7710 5 743.544.0830.21.3540.216 0.8810 5 84.53.985.1430.41.8060.228 0.9910 5 954.426.2230.52.2170.227 1.1010 5 22 22 ff dhd p lulu 2 12 2 f f p ppl u h d Re du 2、以局部阻力管管路阻力实验第一组实验数据为例 流体温度 t= 30.2 30.0经查表，30下水的特性有： 995.7kg/m3 80.1210-5Pas 2 900 V u d 2
14、2 f f p u h g 2 2fp gu Re du 六、结果及分析 1、根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出 Re 曲线 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 020000400006000080000100000120000 摩摩擦擦系系数数 雷雷诺诺数数Re Re 曲线平缓时可以得出其 0.056，由食品工程原理教材上有 关曲线图，该值查出与之相对粗糙度的关系，即可估算出该管的相 对粗糙度和绝对粗糙度。最后得到该粗糙管的相对粗糙度 约为 0.028，因此可以得到其绝对粗糙度 为 0.56mm，为旧钢管。 2、通过 Blasius 公
15、式 计算流体光滑管的摩擦系数， 从而计算其误差。 实验次实验次 数数 ReRe 布拉修斯方程计算布拉修斯方程计算 结果结果 误差误差 10.0066220000.025974.517% 20.0084330000.023564.255% 30.0088440000.021859.633% 40.0087550000.020757.971% 50.0088660000.019755.330% 60.0086770000.019054.737% 70.0087880000.018452.717% 80.0084990000.017852.809% 90.00821100000.017452.874% 3、根据局部阻力实验结果，在双对数坐标纸上标绘实测的 Re 曲 线。求出闸阀一定开度时的平均值。 根据计算可以得出 的平均值为 0.252。 4、对实验现象和实验结果进行分析讨论。 由 Re 曲线可以看出，当 Re 增大时， 刚开始减少得比较快， 当增大到一定的值时，趋于平缓，尔后，进入了粗糙紊流区
