直管阻力系数测定.docx

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直管阻力系数测定

实验一直管阻力系数的测定

一、实验目的

测定水在不同流速下流过圆形直管时的摩擦阻力，并标绘直管摩擦阻力系数λ与雷诺准数Re之间的关系曲线。

二、基本原理

由于流体具有粘性，在管道内流动时产生流动摩擦阻力，这种阻力一般用压头损失hf或压强差ΔPf表示。

在实验设备上取一段直管，两端分别与U型压差计相连，直管段的压头损失hf即可由U型管压差计测得。

流体流过直管的摩擦阻力系数λ可按范宁公式计算：

式中：

hf──直管摩擦阻力，m；

ΔPf──压强降，Pa；

ρ──水的密度，kg/m3；

g──重力加速度，m/s2；

λ──摩擦阻力系数；

L──直管长度，m；

d──直管内径，m；

u──水在管内的流速，m/s。

三、实验装置

实验装置流程如附图所示，以水为工作介质，水自水槽经离心泵送入管道，所用管道为Dg40聚丙烯塑料管（内径36.9mm，测量间隔段长2m）和Dg6铜管（内径6mm，测量隔断长1.8m）。

Dg40管测取湍流状态下的数据，水流量由计量槽计量，管道阻力压降用倒置的U型管压差计测量。

Dg6管测取滞流状态下的数据，水流量用玻璃量筒计量，管道阻力用静压指示计测量。

四、实验步骤

首先熟悉实验设备、流程、仪表使用方法，在此基础上按以下步骤进行实验。

⒈用手搬动离心泵联轴器，泵轴必须转动灵活；

⒉关闭阀1、3、4、5、6，打开阀2，合上电源电闸（闸刀要按到底！

），然后按电器盒上绿色按钮，启动水泵给水；

⒊缓慢打开阀1，片刻后计量槽上方管道出口处有水流出，观察Dg40管的倒置U型管压差计，（阀1未打开前两指示水柱应等高，否则关阀1检查原因，排除压力引线内的气泡），把水流量调到最大，此时即可开始测取数据，先测Dg40管数据，在计量槽用秒表计量水流量（液面标尺单位换算值为0.31l/mm）同时记取倒置U型管的压差，用阀1调节水流量，从大到小共测取10个左右流量下的数据。

⒋测取Dg6管数据，首先记录下两静压指示计水柱起始点数值，然后打开阀3和阀6，用阀6调节流量，视右侧静压指示计水柱达到某一位置，开始测取数据。

用玻璃量筒在管道出口处计量水流量，同时记下两静压指示计水柱高度，共测取5～6个流量点的数据（在小流量范围测取，以保证管内为滞流状态）。

⒌实验进行中测取一次水温。

五、实验结果

⒈将实验数据记入表1，计算数据记入表2，在双对数坐标纸上标绘λ～Re关系曲线。

⒉按附录4要求编写实验报告。

表1实验原始记录

Dg40管：

ｔ=℃

实验

序号

直管阻力

体积

时间

R1

R2

h1

h2

θ

mmH2O

mmH2O

mm

mm

s

Dg6管：

实验

序号

R1

R2

V

θ

mmH2O

mmH2O

ml

s

表2计算表格

Dg40管：

序号

ΔR（hf）

Δh

V1

V2

u

Re

λ

mm

mm

l

l/s

m/s

×104

×103

Dg6管：

序号

ΔR（hf）

V1

V2

u

Re

λ

mm

ml

ml/s

m/s

×102

×102

六、实验过程中应注意的问题

⒈启动泵前应首先盘泵、关出口阀；

⒉测Dg40管湍流应从最大流量开始测起，倒置U型管压差计两管高度差不小于50mmH2O，测量点分布应注意按对数坐标分布；

⒊测Dg6管滞流时应从最小流量（管出口处水流连续即可）开始测起，单管压差计两管水柱高度差不大于55mmH2O，测量点分布应注意按对数坐标分布；

⒋倒置U型管压差计应首先校平，单管压差计在测量前应记录两管初始高度；

⒌计量槽的初始刻度并非从零开始；

⒍每次测量的水的体积应尽量大一些，以减小系统误差。

实验二流量计校核实验

一、实验目的

⒈了解孔板流量计和文丘里管流量计的构造及校核、使用方法；

⒉测定两种流量计的流量系数，并标绘流量换算曲线；

⒊比较两种流量计的永久压力损失。

二、基本原理

孔板及文丘里管流量计都是利用流体流经一管道缩径，形成流动缩脉，引起流体静压力变化，将此变化用压差计显示出来用意反映流体的流量。

根据柏努利方程，孔板及文丘里管流量计计算流量的公式分别为：

孔板：

文氏管：

式中：

VS——体积流量，m2/s；

Co、CV——孔板及文丘里管流量系数；

So、SV——孔板锐孔及文丘里管喉径横截面积，m2；

g——重力加速度，m/s2；

ΔR——U型管压差值，m；

ρo、ρ——汞及水的密度，kg/m3。

孔板及文丘里管流量计都具有缩径，由于流体的突然收缩和扩大，形成涡流，从而都会造成永久性压力损失，这种损失可以通过实验测定。

两种流量计的永久压力损失常以其永久压降与流量计的缩径压降比值来表示，即：

从实验测定可知孔板流量计的永久压力损失远比文丘里管为大。

三、实验装置

流程如附图所示，孔板及文丘里管两种流量计安装在同一条φ34×3不锈钢管路上，气相缩径均为14mm，孔板取压方式采用角接法；永久压降取压位置：

孔板为计前1d、计后6d处；文丘里管为计前、计后均为1d处。

水由水池经离心泵送入管路，经文丘里管、孔板两流量计后流入计量槽，然后返回水池。

除文丘里管永久压降用倒置U型管测量外，其他均用以水银为指示液的正置U型管压差计。

计量槽液面标尺水量换算值为0.149l/mm。

四、实验步骤

首先熟悉实验设备、流程，搞清各个阀门和压差计的用途，在此基础上按以下步骤进行实验。

⒈打开阀①或阀②向泵内注水至满，关闭阀①、②启动泵；

⒉水泵启动后打开阀②，旁路出口如有水流出说明能运转正常，否则停泵从新注水启动；

⒊打开阀①、③使管路流水，检查各个压差计测压引线，如有气泡设法排除。

管壁阀①检查各压差计两指示液柱是否等高，一切正常后，全开阀①、关小阀②使流量达到最大值（可以文丘里管永久压降最大为准）；

⒋调节阀①，从大到小测取10～14个流量点（为何？

各值应如何分配？

），每调节一次流量，记录各压差计示值，同时用秒表计量水槽水量；

⒌实验完毕，先关闭阀①、阀②，然后停泵；

⒍实验过程中测量水温一次。

五、实验结果

⒈将实测数据和计算结果记入数据表，在双对数坐标纸上标绘ΔR～V关系曲线（两种流量计关系曲线可标绘在同一张坐标纸上，但要用文字分别注明）。

设备序号：

水温：

℃实验时间：

序

号

孔板压差

孔板永久压降

文氏压差

文氏永久压降

水流量

时间

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

h1

h2

θ

mmHg

mmHg

mmHg

mmHg

mmHg

mmHg

mmH2O

mmH2O

mm

mm

S

⒉按附录4的要求便携实验报告。

六、实验中应注意的问题

⒈灌泵：

拧紧灌泵漏斗后才可以合闸，合闸要合自己的；

⒉旁路阀只起流量调节作用；

⒊赶气泡时，应在流量较小的情况下进行，才比较容易作到；

⒋水槽水位最好从高于20cm开始，乙方睡眠波动国大影响实验数据的准确性；

⒌每个实验点流量测定时，水槽中的水量（以槽中水位变化计）≮50cm（大流量），≮30cm（小流量）；

⒍最大流量以四个压差计中最先达到最大刻度的值为准；

⒎实验过程中，流量测定的点要分布均匀；

⒏实验过程中测水温一次。

实验三离心泵性能参数的测定

一、实验目的

1．熟悉离心泵的操作。

2．标绘离心泵的特性曲线，对离心泵的性能作进一步的了解。

二、基本原理：

离心泵在一定转数下，其扬程H、功率N和效率η岁流量Q改变，这种变化关系可标绘成曲线以反映离心泵的性能。

现列出泵进、出口两截面间的能量平衡方程式（柏努利方程）如下：

则：

此处动能差

和流动摩擦损失

此二值均很小，可以忽略不计。

根据实测ΔZ=0.2m。

则：

式中：

H——泵的扬程，m；

P1、P2——泵的进、出口压力，Pa；

ρ————水的密度，kg/m3；

ΔZ———位能差，m。

有效功率用流量Q和扬程H计算：

因无测试手段，轴功率N轴无法测取，用N电代替，N电用功率表测取。

因用N电代替N轴，因此泵效率η为包括电机在内的泵设备总效率：

三、实验装置

实验装置流程附图所示，采用

型单级悬臂式离心清水泵。

实验使用仪器：

真空表、压力表、功率表、转数表、温度计。

四、实验步骤

首先熟悉实验设备、流程，仪器使用方法，在此基础上按以下步骤进行实验：

⒈用先搬动连轴器，泵轴必须转动灵活；

⒉打开水泵出口阀，拧松注水漏斗向泵内注水至满，然后拧紧注水漏斗；

⒊合上水泵电源电闸，（红色按钮亮），关闭出口阀；

⒋按下绿色按钮，启动泵（绿色按钮亮）；

⒌视出口压力表指示值大0.15Mpa左右，即表示水泵运转正常，否则（出口压力小于0.1Mpa）则需停泵重新灌泵启动；

⒍缓慢打开泵出口阀，同时打开U型管平衡夹，排尽压差计引线内的气泡，关闭泵出口阀，视U型管压差计内两水银柱指示值相等，关闭平衡夹即可开始测取数据；

⒎流量从零（关闭状态）开始，在U型管压差计0～500mmHg之间测取10～12个点的数据（小流量间隔大一些，大流量间隔小一些）；

⒏实验过程中测取一次电机转速和水温；

⒐实验完毕必须先关闭出口阀再停泵（按下红色按钮，拉开总电闸）。

五、实验结果及数据处理

⒈实验测取数据记入数据表，计算数据记入数据处理表；

⒉在方格纸上标绘Q～H、Q～N电、Q～η特性曲线，图上标明离心泵型号和实测转速；

⒊按附录4要求编写实验报告。

表1实测数据

电机转数n=r.p.m水温：

t=℃

实

验

序

号

压差计读数

流量

Q

压力

电机

功率

R1

R2

△R

P1（真空度）

P2（表压）

N电

mmHg

mmHg

mmHg

L/s

mmHg

MPa

kW

表⒉计算数据

序

号

压力

Pa

流量

Q

扬程

H

有效

功率

N

效率

η

备

注

P1

P2

ΔP

KW

%

六、实验过程中应注意的问题

1．测量实验数据时，应多做几组小流量下的数据点，以保证特性曲线的准确性。

2．当出口阀阀门开度越来越大时，从实验结果可以看出，真口表的读数越来越大，而压力表的读数越来越小，这与理论分析一致。

从实验结果可以看出，电机功率随着流量的增加而增加，因此开泵时，要关闭出口阀启动，以减小启动电流，防止损坏电机。