实验一 流体阻力实验

《实验一 流体阻力实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验一 流体阻力实验（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、实验一实验一 流体阻力实验流体阻力实验一、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. 测定、对比光滑Dg40（452.5mm） 、Dg32、Dg20直管、18粗糙直管和Dg8光滑管的阻力系数与雷诺数的关系。3.测定弯头、阀门等局部阻力系数与雷诺数Re之间关系。4.测量流量计校正系数与雷诺数Re之间关系以及流速的几种测量方法。5.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。二、实验装置实验装置：JK-LDZ 流体流动阻力实验装置 ，湘潭金凯化工装备技术有限公司1、光滑管有 Dg40、Dg25、Dg20、Dg8，18 Dg15 粗糙管、管长 2000mm,测压点距离 150

2、0mm。2、水泵型号为 50SGR10-15 型管道式离心泵，流量：10m3/h、扬程：12m， ，转速 2800 r/min，功率 0.75KW。3、弯头阻力管 Dg25。突扩、突缩，内径分别为 25mm 变 32mm，32mm 变22mm。4、差压测量：采用 ZQ501 差压传感器采集信号，电控箱仪表显示，精度:0.3FS，共六套传感器。5、流量测量：涡轮流量计（单位 m3/h） 、文丘里流量计喉径27mm、孔板流量计孔径18.5mm。6、显示仪表；差压显示采用智能数字显示报警仪，温度显示采用 XMZA 数显仪表。三、实验指导三、实验指导1、实验概述本实验装置可以测定对比：Dg40、Dg3

3、2、Dg20、Dg8 直管、18 粗糙直管和局部放大局部缩小、弯头、阀门、等阻力系数。在实际生产中，许多过程都涉及到流体流动的内部细节，尤其是流体的流动阻力。流体在流动过程中为克服流动阻力必定要消耗能量。流体流动阻力产生根本的原因是流体具有粘性，流动时存在着内磨擦，而固定的管壁或其它形状固体壁面，促使流动流体的内部发生相对运动，为流体流动阻力的产生提供了条件，因此液体阻力的大小与流体的物性、流动状况及壁面等因素有关。流体在流动系统中作定态流动时，流体在各截面上的流速、密度、压强等物理参数仅随位置而改变而不随时间而变。2、 实验原理a) 直管阻力与局部阻力实验流体阻力产生的根源是流体具有粘性，流

4、动时存在内摩擦。而壁的形状则促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件，流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。流动阻力可分为直管阻力和局部阻力。流体在流动过程中要消耗能量以克服流动阻力。因此，流动阻力的测定颇为重要。从流程图可知水从贮槽由泵输入恒位水槽，再流经管道，经计量槽计量后回到水槽，循环利用。改变流量并测定直管与管件的相应压差，即可测得流体流动阻力。b) 直管阻力磨擦系数 的测定直管阻力是流体流经直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力损失 hf 。对于等直径水平直管段根据两测压点间的柏努利方程有：gu dl gPhf22 22 luPd 式中：

5、l 直管长度（m）d 管内径 （m）P 流体流经直管的压强降（Pa）u 流体截面平均流速（m/s） 流体密度（kg/m3）由式（1 - 1）可知，欲测定 ，需知道 I、d、 （P1 - P2） 、u、 等。1） 若测得流体温度，则可查得流体的 值。2） 若测得流量，则由管径可计算流速 u。两测压点间的压降 P，可由仪表直接读数。 c) 局部阻力系数 的测定局部阻力主要是由于流体流经管路中管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部位置时所引起的阻力损失，在局部阻力件左右两侧的测压点间列柏努利方程有：（1-4）22uPhf即： 22 uP 式中： 局部阻力系数P 局部阻力压强降（Pa）式（1 4）中

6、 、u、P 等的测定同直管阻力测定方法。22 2 212 1 122pugzpugzd) 文丘里流量计与孔板流量计文丘里流量计和孔板流量计是应用最广泛的节流式流量计。当流体通过孔板或文丘里时由于流道的缩小，使流速增加，即增加了液体的动能，从而降低了流体的势能，利用压降的变化，可以测量流体的流速，根据柏努利原理，可以得到如下计算公式：PAcQ20式中：Q流量计流量，m/s；流量系数，无因次；0cA喉管（孔口）的截面积；流体密度，kg/m3；P压力差，Pa。文丘里流量计的相关数据：喉管直径：27mm 流量系数：0.990c孔板流量计的相关数据：孔口直径：18.5mm 流量系数：0.780c其中不仅

7、与（孔口与管道截面积比）有关，而且还与孔板的结构0c10AA形状、加工进度、流体在管内雷诺数、取压方式以及管壁面的粗糙度等诸因素有关，所以只能通过实验测定求得，才能利用公式得出流速、流量。3、实验流程图图 1 实验装置流程图4、实验操作步骤a)实验操作前先仔细阅读说明书，然后依次检查实验装置的各个部件，了解其名称与作用，并检查是否正常。b)向蓄水箱加水，测量并记录实验时的水温，关闭管路上所有阀门包括测压点上的小阀门，待仪器运转正常以后再开启需要测量压差的测压点的小阀门。c)打开所需实验的测量管路，接通电源，按下电源开关、按下离心泵启动开关启动离心泵，缓慢调节离心泵出口阀门，如果突然开大流量会损

8、坏涡轮流量计，观察并记录实验数据，实验过程中用泵前阀调节流量，但流量不能调节得太小，每调节一次流量待数据稳定以后方可记录。d)若实验只需测量两至三组管路，可关闭其它管路中测压点的小阀门。在测量管路压差要注意几点：差压传感器分高压端和低压端，传感器的 H 一端为高压端、L 为低压端，使用中如果仪表出现负数只需要将两端取压管互换即可。e)实验过程中可以关闭不需要测量的测压点，只需关闭测压点上的小阀门即可。这样一只差压传感器就可以测量几组测压点的压差了。f)实验完毕以后注意断水断电。四、注意事项四、注意事项1、注意实验一段时间后须清洗水箱，更换水质，避免污垢过多影响实验现象。2、 做完实验后的水应排

9、入地沟，避免冬天因水温过低而冻裂水管。3、定期检查各测压点有无漏气现象，更换乳胶管或者用尼绒扎带 捆紧乳胶管与测压点和测压管的接口。五、实验数据与处理五、实验数据与处理1、记录实验数据：孔板与文丘里流量流量/m3/h7.598.809.059.319.8010.7911.4512.01P1 /MPam/s74.876.680.683.386.6106.5118.7133.2P2 /MPam/s10.410.811.011.612.114.617.219.1Lgc1-2.022-1.962-1.961-1.956-1.942-1.945-1.943-1.948Lgc2-1.593-1.537-1

10、.529-1.528-1.515-1.514-1.524-1.526lgRe5.0115.0755.0885.1005.1225.1645.1905.210P 下标 1，2 分别代表流体流过孔板与文丘里流量计的压降直管 323mm流量/ m3/h9.809.659.479.158.706.503.501.75P /MPam/s62.362.459.354.250.444.540.137.8lgRe5.1225.1155.1075.0925.0704.9444.6754.374 lg1.7941.8041.7981,7891.8012.0002.4933.069直管 423.5mm流量/ m3/

11、h16.2515.6114.813.8512.6811.8510.579.65P / MPam/s5.74.94.33.73.53.22.52.4lgRe5.2135.1955.1725.1435.1055.0765.0264.986 lg0.9580.9270.9160.9090.9490.9810.9730.99732 弯头流量/ m3/h8.507.656.325.704.332.381.020.64P / MPam/s15.014.514.313.612.711.511.410.9lgRe4.9704.9244.8414.7974.6774.4174.0583.847 lg1.7461

12、.8231.9832.0512.2602.7363.4523.8542. 数据处理例如在计算直管摩擦系数 ，直管直径取为 323mm 时，由，Re=du/22 luPd 取 d=（32-32）10-3m=2.610-2 m,常温 20下水的密度 =998.2 kg/m3，水的粘度 =1.00510-3，流体截面平均流速 u=4V/d2将 V=9.8/3600 m3/s代入得 u=5.13 m/s,l=2m, P=62.8Mpam/s，将以上数据代入以上两个公式，最后得 =62.16，Re=132474.4.所以 lg=1.794,lgRe=5.122。同理，依此相应的方法处理其他的数据。求出各

13、数据后取对数，作出如下的曲线4.34.44.54.64.74.84.95.05.15.21.61.82.02.22.42.62.83.03.2丘丘323mmlgRelg5.105.155.205.255.305.350.260.280.300.320.340.36丘丘423.5mmlgRelg3.84.04.24.44.64.85.01.52.02.53.03.54.0lgRelg32丘丘5.005.055.105.155.205.25-2.0-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5lgRelgC0丘丘丘丘丘丘丘丘丘丘 丘丘丘丘丘丘丘丘丘3、实验结果及讨论：实验中所用到的水的常数为常温 20下

14、的数据（1） 第一个图形的线性拟合方程为 lg=10.5539-1.71851lgRe；第二个图形可能是在实验过程中出现了较大的误差，并没有得到较好的关系曲线；而直管阻力磨擦系数 与雷诺数在层流时理论上的关系为 lg=2lg8-lgRe，两者基本相符，可以得出有一定的偏差，可能是流体在管内并不一定是做严格的层流流动。（2）第三个图形的线性拟合方程为 lg= 11.06869 -1.87905 lgRe，局部阻力系数 雷诺数在理论上的关系为 lg=a-lgRe，有一定的偏差，可能与实验条件，测压表读数的不稳定等有关；（3）第四个图形可以看出 lgC0与 lgRe 成曲线关系，且当 lgRe 增大

15、到一定的值后，lgC0基本上不变，这与它们在理论上的关系基本相符合，其曲线拟合方程为 lgC0=-96.83433+ 36.77397x -3.56273x2。六思考题六思考题1本实验用水为工作介质做出的 Re 曲线，对其它流体能否适用？为什么？答：能适用于其他牛顿型流体。因为摩擦阻力系数的确定与流体密度无关，对于确定的管径而言，只与雷诺数有关。2本实验是测定等直径水平直管的流动阻力，若将水平管改为流体自下而上流动的垂直管，从测量两取压点间压差的倒置 U 形管读数 R 到Pf的计算过程和公式是否与水平管完全相同?为什么?答：相同，与设备的放置状态无关。由机械能守恒列出等式，化简有：+Pf u1=u2，所以 gZ+P/=Pf, P 通过22 2 212 1 122pugzpugzU 形管读数 R 读出，故Pf的读书不变。3在不同设备上（包括相对粗糙度相同而管径不同） 、不同温度下测定的数据是否能关连在一条曲线上？为什么？ 答：能。因为摩擦阻力系数是 Re、/d 的函数，可以关联到一条曲线上。