流体流动阻力系数的测定流体流动阻力系数的测定 一、实验目的一、实验目的 1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法一般实验方法 2．测定直管摩擦系数．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数与雷诺准数Re的关系，验证在的关系，验证在一般湍流区内一般湍流区内λ与与Re的关系曲线的关系曲线 3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数 二、基本原理二、基本原理 流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，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。
大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失 1．直管阻力摩擦系数．直管阻力摩擦系数λ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：流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：（（1）） 即，即， 滞流滞流(层流层流)时，时， 湍流时湍流时λ是雷诺准数是雷诺准数Re和相对粗糙度（和相对粗糙度（ε/d）的函数，须）的函数，须由实验确定由实验确定 欲测定欲测定λ，需确定，需确定l、、d，测定、，测定、u、、ρ、、μ等参数 l、、d为为装置参数（装置参数表格中给出），装置参数（装置参数表格中给出）， ρ、、μ通过测定流体温通过测定流体温度，再查有关手册而得，度，再查有关手册而得， u通过测定流体流量，再由管径计通过测定流体流量，再由管径计算得到2））（（3）） 本装置采用涡轮流量计测流量，本装置采用涡轮流量计测流量，V，，m3/h 可用可用U型管、倒置型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计型管、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测定，或采用差压变送器和二次仪表显示1）当采用倒置）当采用倒置U型管液柱压差计时型管液柱压差计时 （（2）当采用）当采用U型管液柱压差计时型管液柱压差计时 (5) (6) (7) 根据实验装置结构参数根据实验装置结构参数l、、d，指示液密度，指示液密度ρ0 ，流体，流体温度温度t0(查流体物性查流体物性ρ、、μ)，及实验时测定的流量，及实验时测定的流量V、液柱、液柱压差计的读数压差计的读数R，通过式，通过式(5)、、(6)或或(7)、、(4)和式和式(2)求求取取Re和和λ，再将，再将Re和和λ标绘在双对数坐标图上。
标绘在双对数坐标图上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，即当量长度法和局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法阻力系数法 (1)当量长度法当量长度法 流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为一长度为l的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号合的管道长度称为当量长度，用符号le表示这样，就可以表示这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，则流体在管路中流动时的总机械能损失为：一起计算，则流体在管路中流动时的总机械能损失为： (8) (2)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：计算方法，称为阻力系数法即： 故故 (9) (10) 待测的管件和阀门由现场指定本实验采用阻力系数待测的管件和阀门由现场指定本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失法表示管件或阀门的局部阻力损失 根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示，指示液密度液密度ρ0 ，流体温度，流体温度t0(查流体物性查流体物性ρ、、μ)，及实验时测定，及实验时测定的流量的流量V、液柱压差计的读数、液柱压差计的读数R，通过式，通过式(5)、、(6)或或(7)、、(10)求取管件或阀门的局部阻力系数求取管件或阀门的局部阻力系数 三、实验装置与流程三、实验装置与流程 实验装置实验装置 1－离心泵；－离心泵；2－进口压力变送器；－进口压力变送器；3－铂热电阻（测量水温）－铂热电阻（测量水温）；；4－出口压力变送器；－出口压力变送器；5－电气仪表控制箱；－电气仪表控制箱；6－均压环；－均压环；7－粗糙管；－粗糙管；8－光滑管（离心泵实验中充当离心泵管路）；－光滑管（离心泵实验中充当离心泵管路）；9－局部阻力管；－局部阻力管；10－管路选择球阀；－管路选择球阀；11－涡轮流量计；－涡轮流量计；12－局部阻力管上的闸阀；－局部阻力管上的闸阀；13－电动调节阀；－电动调节阀；14－差压变送－差压变送器；器；15－水箱－水箱 2.实验流程实验流程 实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水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，涡轮流量计和倒管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成的。
型压差计等所组成的管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，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，其上装有待测管件分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀闸阀)；光滑管直管阻力；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压变送器将差压信号传递给无纸记录仪 3．装置参数．装置参数 装置参数如表装置参数如表1所示由于管子的材质存在批次的差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，所以表异，所以可能会产生管径的不同，所以表1中的管内径只中的管内径只能做为参考能做为参考装置1名称材质管内径（mm）测量段长度（cm）管路号管内径局部阻力闸阀1A20.095光滑管不锈钢管1B20.0100粗糙管镀锌铁管1C21.0100 四、实验步骤四、实验步骤 1．泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打．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。
口阀缓缓开到最大 2. 实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，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，保持全流量流动并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5－－10min 3．流量调节：手控状态．流量调节：手控状态,电动调节阀的开度选择电动调节阀的开度选择100,然后开启管路出口阀，调节流量，让流量从然后开启管路出口阀，调节流量，让流量从1到到4m3/h范围范围内变化，建议每次实验变化内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右每次改变流量，左右每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值；自控状态，流量待流动达到稳定后，记下对应的压差值；自控状态，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记录相关数据即可 4．计算：装置确定时，根据．计算：装置确定时，根据∆P和和u的实验测定值，可的实验测定值，可计算计算λ和和ξ，在等温条件下，雷诺数，在等温条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ～～Re的的实验点，从而绘出实验点，从而绘出λ～～Re曲线。
曲线 5．实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清．实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置理装置 五、实验数据处理五、实验数据处理 根据上述实验测得的数据填写到下表：根据上述实验测得的数据填写到下表： 实验日期：实验日期： 实验人员：实验人员： 学号：学号： 温度：温度： 直管基本参数：直管基本参数： 光滑管径光滑管径 粗糙管径粗糙管径 局局部阻力管径部阻力管径 序序号号流量流量（（m3/h））光滑管光滑管压差差（（KPa））粗糙管粗糙管压差差（（KPa））局部阻力局部阻力压差（差（KPa）） 六、实验报告六、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．根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～～Re曲线，对照化工原理教材上有关曲线图，即可估算曲线，对照化工原理教材上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。
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．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．根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均ξ值 4．对实验结果进行分析讨论．对实验结果进行分析讨论。