流体流动阻力测定.docx

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流体流动阻力测定

流体流动阻力测定

实验六流体流动阻力测定

一、实验目的

1．掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。

2．、测定水流过一段粗糙直管、光滑直管的沿程摩擦阻力损失Δpf，确定摩擦阻力系数λ和雷诺准数Re之间的关系。

将所得的λ~Re方程与公认经验关系比较。

3．测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。

4．学会压差计和流量计的使用方法，了解差压变送器、功率传感器的工作原理。

熟悉测定流体流经直管和管件时的阻力损失的实验组织方法及测定摩擦系数的工程意义。

5．观察组成管路的各种管件、阀件，了解其作用。

二、基本原理

流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。

1．沿程阻力

流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。

即

影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。

为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量综合成准数关联式。

根据因次分析，影响阻力损失的因素有，

（1）流体性质：

密度ρ，粘度μ；

（2）管路的几何尺寸：

管径d，管长l，管壁粗糙度ε；

（3）流动条件：

流速μ。

可表示为：

组合成如下的无因次式：

令

则

式中，

——压降Pa

hf——直管阻力损失J/kg，

ρ——流体密度kg/m3

λ——直管摩擦系数，无因次

l——直管长度m

d——直管内径m

u——流体流速，由实验测定m/s

λ——称为直管摩擦系数。

滞流（层流）时，λ＝64／Re；湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由实验确定.

2．局部阻力

局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。

当量长度法

流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直

三、实验装置与流程

1．实验装置

图1-1实验装置流程图

实验装置如图1-1所示。

主要部分由离心泵，不同管径、材质的管子，各种阀门或管件，转子流量计等组成。

从上向下第一根为不锈钢光滑管，第二根为镀锌铁管，分别用于光滑管和粗糙管湍流流体流动阻力的测定。

第三根为不锈钢管，其上装有待测管件（闸阀），用于局部阻力的测定。

流体温度有热电阻，流体流量由涡轮流量计测量，压差有压差变送器测量。

本实验的介质为水，由离心泵供给，经实验装置后的水通过管道流入储水箱内循环使用。

2．装置结构尺寸

装置结构尺寸如表1-1所示。

表1-1装置参数

名称

材质

管内径（mm）

测试段长度（m）

装置（1m）

装置（2c）

光滑管

不锈钢食品管

29.5

29.0

1.5

粗糙管

镀锌铁管

29.9

29.2

1.5

局部阻力

闸阀

35.86

35.86

图1-2：

控制柜面板

1、空气开关2、3、4电源指示灯5、流量控制仪6、6路巡检仪（单位m3／h）：

第一通道测量离心泵进口压力（单位：

kpa），第二通道测量离心泵出口压力（单位：

kpa），第三通道测量离心泵转速（单位：

r／min）第四通道测量流体阻力压差（单位：

pa）第五通道测量流体温度（单位：

摄氏度），第六通道没用，7、功率表（单位：

KW）8、仪表电源指示灯、9、仪表电源开关，10、变频器电源指示灯，11、变频器电源开关，12、离心泵电源指示灯、13、离心泵直接或变频器运行转换开关，14、离心泵启动按钮，15、离心泵停止按钮。

四、实验步骤及注意事项

1．灌泵

储水箱中出水到适当位置（大概三分之二处）关闭阀1、阀2、阀3、阀4、阀5、打开离心泵出口排气阀和进口灌水阀，用水杯从灌水阀灌水，气体从排汽阀排出，直到排水阀有水排出并且没有气泡灌水完毕，关闭排气阀和灌水阀。

2．启动水泵

打开控制柜上1空气开关，打开9仪表电源开关，仪表指示灯10亮，仪表上电，显示被测数据。

把转换开关转到直接位置，指示灯12亮，按一下离心泵启动按钮，离心泵运转，启动按钮指示灯亮，水泵启动完毕。

3．光滑管排气

先打开光滑管与差压变送器相连的阀门，粗糙管和局部阻力与差压变送器相连的阀门关闭，打开阀3和阀2，排出光滑管中的气体，关上阀2，打开差压变送器的两个排汽阀，排出管道中的气体，直到没有气泡排出为止，关闭差压变送器上的两个排汽阀，光滑管排气完毕。

4．光滑管实验

打开流体阻力监控软件数据班级、姓名、学号等信息，进入流体阻力实验，点击光滑管，调节阀2，每隔1m3／h采集一组实验数据（等数据稳定之后再采集），从2m3／h开始到最大流量，但注意最大流量时压差不能超过10kpa，如果超过调节阀门2，使压差不超过10kpa。

光滑管数据采集完毕后，先关闭阀2和阀3，再关闭光滑管与差压变送器相连的两个阀门。

5.粗糙管实验

粗糙管排气与光滑管排气类似，先打开粗糙管与差压变送器相连的两个阀门，再打开阀4和阀2，排出粗糙管中的气体，关闭阀2，打开差压变送器的两个排汽阀，排出管道中的气体，直到没有气泡排出为止，关闭差压变送器上的两个排汽阀，粗糙管排气完毕。

点击粗粗管，调节阀2，，每隔1m3／h采集一组实验数据（等数据稳定之后再采集），从2m3／h开始到最大流量，但注意最大流量时压差不能超过10kpa，如果超过调节阀门2，使压差不超过10kpa。

粗糙管数据采集完毕后，先关闭阀2和阀4，再关闭光滑管与差压变送器相连的两个阀门。

6.局部阻力实验

局部阻力排气与光滑管排气类似，先打开局部阻力与差压变送器相连的两个阀门，再打开阀5和阀2，排出粗糙管中的气体，关闭阀2，打开差压变送器的两个排汽阀，排出管道中的气体，直到没有气泡排出为止，关闭差压变送器上的两个排汽阀，局部阻力排气完毕。

点击局部阻力，调节阀2，，每隔1m3／h采集一组实验数据（等数据稳定之后再采集），从2m3／h开始到最大流量，但注意最大流量时压差不能超过10kpa，如果超过调节阀门2，使压差不超过10kpa。

局部阻力数据采集完毕后，先关闭阀2和阀5，再关闭光滑管与差压变送器相连的两个阀门。

流体阻力实验完毕。

7、数据处理

实验数据记录

序号

流量

L/s（湍流）或（L/h）（层流）

光滑管

kPa

粗糙管

kPa

局部阻力

kPa

层流

kPa

压差

压差

压差

压差

实验数据采集完毕，打开数据处理软件，打开实验数据，执行相应的软件功能，就可算出流体雷诺系数与摩擦因数的关系，执行绘图功能，就可绘出雷诺系数与摩擦因数的曲线关系，执行打印功能就可打印实验数据和实验处理结果。

五、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λ~Re曲线，对照化工原理教材上有关图形，即可估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，计算其误差。

3．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。

注：

流体阻力控制仪表（AI－519）参数

P＝30I＝3D＝1

六、思考题

1．在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的流量调节阀?

为什么?

2．如何检验测试系统内的空气已经被排除干净?

3．以水做介质所测得的λ～Re关系能否适用于其它流体?

如何应用?

4．在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ~Re数据能否关联在同一条曲线上?

5．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?

6．在直管阻力测量中，压差计显示的压差是否随着流量的增加而成线性增加？

分别就层流和湍流进行讨论。