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1、实验一 流体流动阻力的测定 一、 实验目的和任务 1.了解流体流过管路系统的阻力损失的测定方法；2.测定流体流过圆形直管的阻力，确定摩擦系数与流体Re的关系；3.测定流体流过管件的阻力，局部阻力系数； 4.学会压差计和流量计的使用方法； 5.识别管路中各个管件、阀门，并了解其作用； 二、实验原理流体的流动性，即流体内部质点之间产生相对位移。真实流体质点的相对运动表现出剪切力，又称内摩擦力，流体的粘性是流动产生阻力的内在原因。流体与管壁面的摩擦亦产生摩擦阻力，统称为沿程阻力。此外，流体在管内流动时，还要受到管件、阀门等局部阻碍而增加的流动阻力，称为局部阻力。因此，研究流体流动阻力的大小是十分重要
2、的。 I直管摩擦系数测定 流体在管道内流动时，由于流体粘性作用和涡流的影响产生阻力。阻力表现为流体的能量损失，其大小与管长、管径、流体流速等有关。流体流过直管的阻力计算公式，常用以下各种形式表示： 或 式中hf 以能量损失表示的阻力，Jkg； Hf 以压头损失表示的阻力，m液柱； Pf以压降表示的阻力，Nm2 L管道长，m d管道内径，m； u流体平均流速，m/s； P流体密度，kgm3； 摩擦系数，无因次； g重力加速度，g一9.81m/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内摩擦力。湍流时除流体的粘性作用外，还包括涡流及管壁
3、粗糙度的影响，因此的计算式形式各不相同。层流时，利用计算直管压降的哈根泊谡叶公式： 和直管阻力计算公式(3)，比较整理得到的理论计算式为 由此式可见，与管壁粗糙度无关，仅为雷诺数的函数。 湍流时，由于流体流动的复杂性和管壁粗糙度的影响，的计算比层流复杂，是利用因次分析和实验得到计算公式。将影响阻力的许多因素表示为压降的函数，即 通过因次分析得到以下准数函数式， 也与计算直管阻力的公式(3)相比较，整理得到： 由此式可见，湍流时直管摩擦系数，是流体流动Re和管壁相对粗糙度d的函数。此函数的具体形式通过实验确定。 许多学者实验研究了上述函数关系，其中较简单的是柏拉修斯(Blasius)公式： 此式
4、适用于光滑管，Re在25001105范围内。对粗糙管与Re的关系，可见化工原理教材上册摩擦系数与雷诺数Re及相对粗糙度/d的关系图及其他学者的计算公式。 本实验是利用水作实验，在管长、管径和管壁粗糙度一定的条件下，改变水的流量，测定直管阻力，即流体压力降Pf=P1P2，然后分别计算和Re值，考察两者的关系。 2局部阻力系数测定 流体在管路中流过管件如阀门、弯头、三通、突然扩大或突然收缩等处时，产生涡流形成阻力，习惯称为局部阻力。其计算式表示为 式中，称为局部阻力系数，无因次。它与管件的几何形状与Re有关。当Re大到一定时，与Re无关，成为定值。管件的局部阻力系数也都是由实验测定的。 三、实验装
5、置 四、实验要求1根据实验内容的要求和流程拟定实验步骤2根据流量范围和流动类型划分，大致确定实验点的分布。3经指导教师同意后，可以开始按拟定步骤进行实验操作。先排气，再测定数据。4在获取必要数据后经指导教师检查同意后可停止操作。将装置恢复到实验前的状态，做好清洁工作。五、操作方法 1熟悉实验装置及流程。观察U型（倒U型压差计）与实验管道和管件上测压接头的连接及位置。弄清楚排气及平衡旋塞的作用和使用方法。2检查实验的管路上各阀门是否处于正确状况： U形管压差计上的平衡阀及相应的测压阀是否打开？若未打开，则将其打开。排气旋塞是否关闭和管路出口阀是否关闭？若未关闭，则将其关闭。3根据离心泵的安装位置
6、判断是否需要灌泵？若需引水灌泵，则打开引水阀和泵体放气阀，观察到有水从泵体放气阀溢出，表示气体被排尽，关闭放气阀和引水阀。启动水泵。（注意在泵出口阀关阀的情况下，泵转动不可过久，以防其发热损坏）。4系统排气慢慢打开出口阀，让水流入实验管道和测压导管，排出管道和测压导管中的气体。排气时可以反复调节泵的出口阀和有关管道上的其他阀门，使积存在系统中的气体全部被流动的水带出。 (1) 总管排气：先将控制阀开足然后再关闭，重复三次，目的为了使总管中的大部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开足后再关闭，重复三遍。 (2) 引压管排气：依次分别对每个放气阀，开、关重复三次。 (3) U型压差计排气：关闭平衡
7、阀，依次分别打开2个放气阀，此时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升，防止指示剂冲出，开、关重复三次。（4）检验排气是否彻底是将控制阀开至最大，再关至为零，看U型压差计读数，若左右读数相等，则判断系统排气彻底；若左右读数不等，则重复上述（2）（3）步骤。5确认系统中的气体被排净后，关闭平衡阀，准备测取数据。装置二 倒型压差计的处理。关闭泵的出口阀14，小转子流量计出口阀2和202mm实验直管入口阀8然后再慢慢打开小转子流量计阀2，此时可以看到倒型压差计玻璃管中的水被排出，液面下降，当液面降到最低位置时，关闭阀2接着关闭上部的排气旋塞17，以切断与大气的连通，此时如果打开泵的出口阀14因玻
8、璃管内空气被压缩，其水面会上升到适当的稳定位置。如果水面不断上升以致充满整个玻璃管内，说明排气旋塞没有关闭或未关严，排气失败，需要关闭水泵的出口阀，重新排水处理。6实验数据测定用管路出口阀调节流量，注意阀门的开度，在最大流量范围要合理分割流量，进行实验布点。测量完成后，打开各测压计的平衡阀。7改测另一条管路； 打开第二条管路上相应的阀门及测压阀，关闭第一条管路上的相应的阀门及测压阀。8实验结束后，关闭泵的出口阀，停泵。请指导教师检查实验数据，通过后停止实验，将装置恢复到实验前的状态，做好清洁工作。六、注意事项1、在排气和使用时要特别注意开关顺序，因若操作失误，就可能发生冲走水银的事故。2、实验
9、开始与结束后，都应关闭泵的出口阀，检查各压差计两管读数是否相等，否则是排气过程气泡没排净或实验过程有气泡进入测量系统。3、实验时需选择管路实验顺序，并开关相应的阀门。4、装置一直管测量段管长都为2m；装置二1 42mm直管的测量段管长为1.1m，202 mm直管的测量段管长为1.5m。5、数据测定时，层流由于流量范围较小，只要取三组数据；湍流一般应取8l0组数据。6、要注意分清各压差计的连接位置和压差计所用的指示液，不能混淆；数据记录时要注意有效数字和单位。7、注意两直管管路包括引压管都要排气。8、由于系统的流量采用涡轮流量计计量，其小流量受到结构的限制，因此，从大流量做起，实验数据比较准确。
10、9、改变流量后须等流量稳定后再测量数据。10、若发现流量显示仪读数达不到零，可采用将调节阀开至最大，再快速关闭调节阀，流量显示仪读数将为零，可能此读数不久还会上升，仍为正常现象，上升的数据不采集，以零计。此时其余的仪表读数不随显示仪读数而变。六、原始实验数据 装置一管径_ 直管两测压接头间长度_ 水温_涡轮流量系数_序号流量计读数/sec粗糙管阻力压差计读数cm螺旋槽管阻力压差计读数cm管件阻力压差计读数cm阀门阻力压差计读数cm左右差值左右差值左右差值左右差值12装置二管子内径 mm 直管两测压接头间距离 m 水温 1、直管阻力序号流量计流速um/sRe压差计读数mmH2O或mmHgPN/m
11、2摩擦系数备注L/hm3/h左右差122、阀门局部阻力球心阀两测压接头间距离 m 闸阀门两测压接头间距离 m序号流量流速Re球心阀阻力压差计读数mmH2OPN/m2阻力系数球心阀阻力压差计读数mmH2OPN/m2阻力系数m3/hm/s左右差左右差12七、实验报告要求1、数据整理结果表2、计算示例以其中一组数据的计算举例。3、作图并讨论实验结果根据测定的数据，计算Re和值，在双对数坐标纸上标绘二者的关系，并与教材上的图线相比较。或按经验式关联并与层流理论式和湍流柏拉修斯公式比较。4回答下列思考题、。（1）型压差计的平衡旋塞和排气旋塞起什么作用?怎样使用?在什么情况下会冲走水银?如何防止？（2）如
12、何检验测试系统内的空气已经排除干净？（3）U型压差计的零位应如何校正？（4）倒U型压差计读数与压差之间的换算式与U型压差计有什么不同？倒U型压差计一般适用于什么场合？实验二、孔板流量计的流量校正一、实验目的 (1)、熟悉孔板流量计的构造、性能及使用方法；(2)、学会流量计流量校正(或标定）的方法。(3)、通过孔板流量计孔流系数的测定，了解孔流系数的变化规律。(4)、学会压差计、流量计的使用方法以及识别管路中各个管件、阀门的作用。二、基本原理 流量计的种类和型式很多，本实验是研究差压式流量计的校正。差压式流量计也称速度式流量计，是用测定流体的压差来确定流体的速度，常用的有孔板流量计，文丘利流量计
13、以及毕托管和喷嘴等。 本实验用的孔板流量计如图所示，是在管道法兰间装有一中心开孔的铜板。我们可用流体流动规律导出孔板流量计的计算模型。当流体通过孔板时，因流道缩小使流速增加，降低了势能，流体流过孔板后，由于惯性，实际流道将继续缩小至截面2为止，形成一缩脉(即流动截面最小处)，此处流速最大，引起的静压降也最大。截面l和及截面2可认为是均匀流。暂时不计阻力损失，在此两截面间列伯努利方程，得 由于缩脉处(即截面2)的截面积A2无法知道，但孔口的大小是知道的，因此工程上以孔口速度代替上式中的，同时，两侧压孔的位置也不在截面1和截面2处，而且实际流体流过孔口时有阻力损失，实际所测得势能差不会恰巧是(p1p2)/，因此引入一校正系数C来校正上述各因素的影响，则(3)式变为 按质量
