实验一 四系 流体阻力测定

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1、1实验一、流体流动阻力的测定实验一、流体流动阻力的测定一、一、实验目的实验目的 1. 学习直管摩擦阻力pf、直管摩擦系数 的测定方法； 2. 掌握直管摩擦系数与雷诺数 Re 和相对粗糙度之间的关系和测定方法及其变化 规律； 3. 学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的技巧； 4. 掌握坐标系的选用方法和双对数及半对数坐标系的使用方法； 5. 学习对实验数据进行误差估算的方法。二、 基本原理基本原理 流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，会产生能量损失。流体在 直管中流动引起的能量损失称为直管阻力损失；而流体通过阀门、管件或突然扩大、 突然缩小等处时，产生涡流形成阻力，习惯称为局

2、部阻力损失。 1. 直管阻力及直管阻力系数直管阻力及直管阻力系数 测定测定 流体流过水平直管的阻力计算公式，常用以下各种形式表示：(1-1a)22u dlPhf (1-1b)gu dl gPHf22 或 (1-2)2221u dlppp 式中 hf以能量损失表示的阻力，J/kg；Hf以压头损失表示的阻力，m 液柱； l两测压点之间的管道长度，m； d直管内径，m； u直管内流体的平均流速，m/s； 流体的密度，kg / m3； 直管阻力摩擦系数，无因次；g重力加速度，g =9.81m / s2。 为直管摩擦系数，由于流体流动类型不同，产生阻力的原因也不同。层流时 流体流动主要克服流体粘性作用的

3、内摩擦力。湍流时除流体的粘性作用外，还包括涡 流信管壁粗糙度的影响，因此 的计算式形式各不相同。计算层流直管压降可用哈根 -泊谡叶公式(1-3)22132 dulppp 2和式(1-2)比较可得： (1-4) Re64 由此可知：层流时， 与管壁粗糙度无关，仅是雷诺数的函数。 而湍流时，由于流体流动的复杂性，其 不仅与雷诺数有关，还与管壁粗糙度 有关。通过因次分析并进行相关整理得到：(1-5) df Re, 经大量实验并拟合式(1-5)计算整理得到了一些计算 的具体的半经验关系式，如：(1-6)25. 0Re3164. 0 此式适用于光滑管，Re 在 2500105范围内。又如计算粗糙管的：(

4、1-7)38. 0Re7543. 001227. 0 此式所指的粗糙管为内径 50200mm 的新钢铁管，Re 在 31033106范围内。 对于其它情况可参考化工原理教材上册算图或化工设计手册。 本实验是利用水实验，在管度、管径和管粗糙度一定的条件下，改变水的流量， 测定一系列的压力降，然后分别计算 和 Re 的值，并考察两者的关系。 2. 局部阻力和局部阻力系数局部阻力和局部阻力系数 测定测定 对于局部阻力的计算通常有两种表示方法：即当量长度法和阻力系数法：(1-8)2222uu dlPhe f 式中， 称为局部阻力系数，无因次。它与管件的几何形状和 Re 有关。但当 Re 大到一定时，

5、与 Re 无关，成为定值。 测定其局部阻力系数与测定直管阻力系数类似。不过需要注意：测定压差时，测 压孔不能紧靠管件，这是因为靠近管件时其压差很不稳定。所以实验中测量局部阻力 时通常在管件前后都有一段距离，故所测压力降应包括直管阻力和局部阻力，计算时 应予以减去。 三、实验装置三、实验装置 管路中直管直径为两种：测定直管阻力时，管径 D1=20mm，测压间距(管长) l1=2m；管路中装有阀门用于测局部阻力，其管径 D=32mm，测压间距 l2=0.54m，阀门 9 调节流量。流量大小由涡轮流量计 5 测定。 1. 所用设备及仪表规格如下：所用设备及仪表规格如下：(1) 离心泵：型号；mHsm

6、QBA4 .17,/11, 62113 (2) 循环水槽：cm766655 3(3) 涡轮流量传感器 LWGY-25 涡轮流量计由涡轮流量变送器和显示器仪表组成。涡轮流量变送器的结构如图所 示。当流体流过时，冲击涡轮的叶片，使涡轮发生旋转，在一定流量范围和流体粘度 下，涡轮的转速与流速成正比。当涡轮转动时，涡轮叶片切割置于该变送器壳休上的 检测线圈所产生的磁力线，致使周期性地改变检测线圈电路上的磁阻，使通过线圈的 磁通量发生周期性变化。检测线圈产生脉冲信号，该信号放大，送至显示器仪表，再 经计算，即可获得流量示值。 （转速与流速的关系做实验时给） 。 2. 涡轮流量计具有以下优点：涡轮流量计具

7、有以下优点： (1) 测量精度高。精度可以达到 0.5 级以上，在狭小范围内甚至可达 0.1%，故可 作为校验 1.52.5 级普通流量计的标准计量仪表。 (2) 对被测信号变化的反应快，被测介质为水时，时间常数一般为几 ms (3) 压力损失小，一般最大流量时压力损失不大于 30Pa其流量系数为 ， N总总Q式中：Q总流量；N 总脉冲数，即总转数。 流量系数。 （实验时给出数值） (4) 转速数字显示仪：-02A (5) U 型差压计：指示剂为水银，0=13600kg/m3 (6) 温度计 01009 876543211 贮水槽 2 管道过滤器 3 离心泵 4 温度计5 涡轮流量计 6、8

8、U 型管差压计 7、9 阀门 4四、实验步骤四、实验步骤 1. 实验前的准备工作实验前的准备工作 (1) 熟习实验装置及流程。观察 U 型差压计与神通管道上测压接头的连接位置。 弄清排气和平衡旋塞的作用和使用方法。 (2) 将水槽注满水。 (3) 排出管道和测量系统内的气体。首先打开 U 型差压计的平衡阀，关闭排气旋 塞，关闭泵的出口阀门(为什么？)，启动离心泵。然后慢慢打开离心泵出口阀门至最 大循环，接着把 U 型差压计上排气旋塞打开，让水把测压导管中的气体带走，注意排 气时要小心，严防把水银冲走。 (4) 关闭泵出口阀门，关闭 U 型管平衡阀，记取 U 型差压计初始读数，打开出口 阀，让水

9、循环几分钟后再关闭，看 U 型差压计的读数与初始的有无变化，如不变表明 气体排尽。 2. 实验数据测定实验数据测定 (1) 测定直管阻力 调节泵出口阀门，使流量逐渐增大，在流量增大过程中取 810 组数据(流量小时 数据多取一些)，待流量稳定时读取数据，包括流量和 U 型差压计压差的读数，并记 录在数据表中。有关实验数据表可参见附表。 (2) 测定局部阻力(可在测定直管阻力时同时测定)测定不同流量时的 5 组数据。 (3) 记录水温。 实验数据测取完后，请指导教师检查实验数据，通过后方可停止实验。停止实验 时应注意：首先关闭泵的出口阀，然后再停止离心泵，最后打开 U 型压差计的平衡阀。 使实验

10、装置恢复到实验前的状态。 五、实验数据处理要求五、实验数据处理要求54312图 1-2 涡轮流量计结构示意图1 涡轮 2 导流器 3 磁电感应转换器 4 外壳 5 前置放大器51 以其中的任一组数据作为计算示例，写出其全部计算过程。 2 把其它数据的处理结果(即 、Re 和 的计算结果)以表格形式列出(可参见 附表的形式列出)。 3 在双对数坐标纸上绘出 Re 关系曲线。 求出 和 的平均值。六、思考题六、思考题1. 在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样进行排气？如何检验是否把气体 排尽？ 2. 在 U 型差压计上装设的“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的，又在 什么情况下它应该是关

11、闭的？(测取数据时开，不测取时关) 3. 以水为工作流体测定的 Re 关系曲线能否用于空气？如果能，则如何应用？4. 如测压孔边缘有毛刺或安装不正，对静压的测量是否有影响？ 5压差计的测量导管的粗细、长短对测量结果有无影响？为什么？1流动阻力的测定流动阻力的测定一、一、实验目的实验目的二、二、基本原理基本原理1. 直管阻力及直管阻力系数直管阻力及直管阻力系数 测定测定22. 局部阻力和局部阻力系数局部阻力和局部阻力系数 测定测定三、实验装置三、实验装置四、实验步骤四、实验步骤实验数据测定实验数据测定1. 原始数据（见表 1 和表 2） 直管阻力： 管内径 D= 0.02 m； 管长= 2 m；

12、 局部阻力： 管内径 D= 0.032 m； 管长= 0.54 m；3水温t= ； 流量系数 = 329.37 表 1 数据 流量测定（涡轮流量 计）直管阻力压差计读 数局部阻力压差计读数项目 实验点频率 f/Hz压差P压差P1 2 3 4 5 6 7 8 2. 数据处理及结果表（见表2）表 2 结果 序号流量 V/(m3/s)直管hf局部hfRe沿程阻力 系数局部阻力 系数 1 2 3 4 5 6 7 8 五、实验数据处理要求五、实验数据处理要求 1.以其中的任一组数据作为计算示例，写出其全部计算过程。 2.把其它数据的处理结果(即 、Re 和 的计算结果)以表格形式列出(可参见附表的 形式列出)。 3.在双对数坐标纸上绘出 Re 关系曲线。 求出 和 的平均值。 六、思考题六、思考题 1. 在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样进行排气？如何检验是否把气体排尽？2. 在 U 型差压计上装设的“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的，又在什么 情况下它应该是关闭的？(测取数据时开，不测取时关) 3. 以水为工作流体测定的 Re 关系曲线能否用于空气？如果能，则如何应用？ 4. 如测压孔边缘有毛刺或安装不正，对静压的测量是否有影响？ 5压差计的测量导管的粗细、长短对测量结果有无影响？为什么？3