管道沿程阻力测定_精品文档.ppt

1、,管道沿程阻力测定,Nanjing,China,本科生教学课程,1.通过实验了解影响沿程阻力的因素。2.找出沿程阻力系数与雷诺准则的关系=f(Re)。3.学会将实验得到的数据整理成经验公式的方法。,实验目的,沿程阻力：流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦力而产生的阻力。,实验原理,雷诺通过大量的实验，建立了一个判别流态的无量纲准则雷诺准则：,实验原理,Re2000 层流Re2000 紊流,实验原理,达西公式,根据相似原理分析，沿程损失hf可由下面的关系式表示:,达西公式,式中，称为沿程阻力系数。V在一些表达式中用u表示；,实验原理,实验设备,实验设备,实验装置照片,自动水泵与稳压器,实验设

2、备,自循环高压恒定自动供水器由离心泵、自动压力开关、气水压力罐式稳压器等组成。压力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响，离心泵的输水是先经入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。,实验设备,旁通管与旁通阀,由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量时有可能时开时停，从而造成供水压力的较大波动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管(图中未标出)，通过分流可使水泵持续稳定的运行。旁通管中设有调节分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀门，实验流量随旁通阀开度减小(分流量减小)而增大。实际上旁通阀又是本实验装置用以调节流量的重要阀门之一。,

3、电子测压仪,实验设备,稳压筒,为了简化排气并防止实验中再进气，在传感器前连接由2只冲水(不满顶)之密封立筒构成。,由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点(见图三)。压差读数(以厘米水柱为单位)通过主机显示。,实验步骤,1.熟悉实验设备，搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；检查蓄水箱水位是否够高及旁通阀12是否已关闭。否则予以补水并关闭阀门。,2.接通电源，全开阀门12，打开供水阀13，水泵自动开启供水。,3.夹紧水压差计止水夹，打开出水阀10和进水阀13（逆时针向），关闭旁通阀12（顺时针向），启动水泵排除管道中的气体,4.全开阀12，关闭阀10，松开水压差计止水夹，并旋松F

4、1,排除水压差计中的气体。随后关闭阀13，打开阀10，使水压差计的液面降至标尺零指示附近，即旋紧F1。再次开启阀13，并立即关闭阀10，稍后片刻检查水压差计液面是否齐平，如不平则需重调。,实验步骤,5.水压差计液面齐平时，则可旋开电测仪排气旋钮，对电测仪的水管通水、排气，并将电测仪调至“000”显示。,6.实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在阀12和阀13全开的前提下，逐次开大出水阀10，每次调节流量时均需稳定23分钟，流量愈小，稳定时间愈长；测流量的时间不小于810秒；测流量的同时，需测量记录水压差计（或电测仪）、温度计（温度计应挂在水箱中）等的数值。层流段：应在水压差计h202（夏季）

5、h302（冬季）量程范围内，测量并记录45组数据。紊流段：夹紧水压差计止水夹，开大流量，用电测仪记录值，每次增量可按h100 C2递增，直至测出的最大值。阀门操作次序是当阀13、阀10开至最大后，逐渐关闭阀12，直至显示最大值。,实验步骤,7.结束实验前，应全开阀12，关闭阀10，检查说水压差计与电测仪是否指示为零，若均为零，则关闭阀13，切断电源。否则，表明差压计已进气，需重新做此实验。记录管径、实验段管长度等实验数据。并将实验数据请实验指导教师过目。经实验指导教师同意后，关闭进出口水阀，切断电源并整理好实验现场。,对在层流段的数据进行计算，用实验数据计算的沿程阻力系数与理论值进行比较。（5

6、）用紊流段的数据进行计算，在对数坐标纸上绘制=f(Re)曲线。由于值较小，故在对数坐标纸上绘制时，纵坐标用100值，横坐标用Re值。（4）,数据处理,实验段管径 d 实验段管长 l 85,层流,紊流,思考题,1.为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如果实验管道安装成倾斜，是否影响实验结果？2.为什么要排除实验段内和差压计内的空气？3.影响实验点数据的主要因素是什么如何提高测量精度？,绕圆柱体压力分布的测定,Nanjing,China,本科生教学课程,东南大学能源与环境院2015年4月7日,实验目的,实验原理,实验原理,工程上习惯用无因次的压力系数cp来表示流体作用在物体上任一点的压力，由（1

7、）式和（2）式可得到绕圆柱体流动的理论压力系数：,（3）,实验原理,h0来流总压p0的值，mmH2O；h来流静压p的值，mmH2O；9.81由（mmH2O）换成（N/m2）应乘的系数；h圆柱体表面任一点处压力p的值，mmH2O。,（5）,实验原理,压力系数定义：,实验设备,实验设备,1箱式风洞；2实验段；3圆柱体；4测压孔；5倾斜式微压计；6皮托管；7调节风门,调节风速,测量压力,实验步骤,1.熟悉实验设备，搞清风洞工作原理；,2.安装皮托管；,3.开启风洞，测量来流的总压p0与静压p的差值(h0-h)mmH2O；,5.调整风洞的速度，重复3、4步骤，可以测得不同雷诺数下的另一组压力分布。本实

8、验只能测试雷诺数Re5105的亚临界状态；,6.停机。,4.转动圆柱体，每间隔10测量一次圆柱体表面压力p与来流静压p的差值mmH2O，共计19次（180）；,Re,3.,4.,数据处理,1.记录以下数据,计算亚临界情况下的u和Re；,数据处理,用实测的数据分别计算出密度、主流速度、雷诺数的值：,数据处理,将h-h的数值和cp的数值列与表格1中,数据处理,表格1,数据处理,2.根据实测数据画出如图2所示的曲线图,并对实验所得压力分布曲线进行分析。,cp,图2 绕圆柱体的理论和实际压力曲线,理论压力系数,亚临界流动时的压力系数,超临界流动时的压力系数,圆柱机翼等物体的绕流流动显示观察,Nanji

9、ng,China,本科生教学课程,东南大学能源与环境院2015年4月7日,梵高 星夜,流动显示的示例,子弹头部的激波,流动显示的示例,机翼的启动涡,流动显示的应用示例,汽车工程中应用流动显示技术研究绕流汽车的流场，力求提高速度、减阻节能。,环保工程中用染色法或烟线法研究烟囱的烟气扩散规律，合理选择烟囱的位置和高度。,实际地形,均匀流,分层流,流动显示的应用示例,观察流体绕不同物体流动时的各种流动现象，由绕流图象定性说明绕流特性。,实验目的,1.绕圆柱体的流动。,2.绕机翼 的流动。,3.观察流体流过 等流段纵剖面上的流线。,流动显示的意义,在教学上，可以辅助观察流动现象，认识流动规律，理解基本

10、概念；在科研上，发现新的流动现象，建立、改进和验证理论模型；在工程上，解决实际问题。,实验原理,染色法电化学法氢泡法空气泡法烟流法光学法油膜法,本实验采用最先进的 电化学法 显示流线,常用的流动显示方法：,实验原理,电化学法,原理含化学指示剂的显示液，酸度不同时显示不同颜色。配置显示液到临界状态，刚好呈现酸性；当显示液中插入电极通电时，水电解使流过负极附近的显示液呈现碱性而变色，形成彩色条纹。仅适用于极低速度下流动显示。常用试剂：百里酚兰、酚酞、甲基红等。,流谱流线显示仪结构原理图（机翼）,实验设备,流动过程采取封闭自循环形式。1.水泵开起，工作液体流动，在电极的作用下，工作液体形成电解并产生

11、数十条色线，这些色线可看成是一条条流线。2.当物体被置于流场中时，其尾部的流线将产生扰动，扰动所形成的色线图形即为该物体的绕流图象。,实验效果,机翼 圆柱 管道,电化学法流动显示示例,有没有 分离？,实验步骤,打开电源开关和泵开关，稍等片刻，流线仪即可显示流线。,本实验所用流线显示仪共有三种，分别用以演示,机翼绕流圆柱绕流管渠过流,各种演示看完后，关闭流线演示仪泵开关和电源开关，并整理好实验现场。,1,2,3,观察实验演示,演示机翼绕流的流线分布,1.机翼向天侧（外包线曲率较大）流线较密，表明流速大，压强低；2.机翼向地侧，流线较疏，压强较高。,说明：1.整个机翼受到一个向上的合力，该力被称为

12、升力。2.在机翼腰部开有沟通两侧的孔道，孔道中有染色电极。3.在机翼两侧压力差的作用下，必有分流经孔道从向地侧流至向天侧，这可通过孔道中染色电极释放的色素显现出来。4.在流道出口端（上端）还可观察到流线汇集到一处，并无交叉，从而验证流线不会重合的特性。,演示圆柱绕流,说明：圆柱两侧转捩点趋于重合，零流线（沿圆柱表面的流线）在前驻点分成左右2支，经90点（uumax）后在背滞点处又合二为一了。这是由于绕流液体是理想液体（势流必备条件之一），由伯努里方程知，圆柱绕流在前驻点（u0）势能最大，90点（uumax）,势能最小，而到达后滞点（u0），动能又全转换为势能，势能又最大。故其流线又复原到驻点前

13、的形状。,流速很低（0.51.0s），能量损失可忽略。其流动可视为势流。,观察实验演示,演示 等流段纵剖面上的流谱,说明：1.演示是在小Re数下进行，液体在流经这些管段时，有扩有缩。2.由于边界本身亦是一条流线，通过在边界上特布设的电极，该流线亦能得以演示。,文丘里管,突然扩大和突然缩小,明渠闸板,孔板,观察实验演示,思考题,驻滞点的流线为何可分又可合？这与流线的性质是否矛盾？,实验时间、地点及分组,时间：第9周开始,分组：1个大组（8人=2人4小组）作为选 择实验时间的基本单元。,选择实验时间的方法,地点：热工基础实验室（机械动力实验平台3层）,各班级先将各分组（大组）名单(第一位为该组负责

14、人)编号(第6周前完成)，然后以班级或大组为单位自由选择实验时间。,实验一 空气定压比热容的测定实验二 空气绝热指数的测定实验三 喷管特性实验实验四 管道沿程阻力测定实验五 圆柱、机翼等物体的绕流流动显示观察实验六 绕圆柱体压力分布的测定实验九 空气横掠圆柱体时局部换热系数的测定实验七 稳态双平板法测定非金属材料的导热系数实验八 恒热流准稳态平板法测定材料热物性实验十 辐射换热角系数的测定实验十一材料表面法向热发射率(黑度)的测定,一次完成,1-2-2 实验教学,一次完成,一次完成,一次完成,一次完成,一次完成,实验报告要求,3.数量每人最少完成4份报告。强调：每完成一个实验必须及时撰写实验报

15、告，在做下一实 验时将其交给实验教师，作为能否继续实验的资格。,1.使用统一的实验报告纸；,2.实验报告内容完整,包括：实验日期、同组人姓名、实验目的、原理、系统简图、原始数据、数据处理过程（含公式）、结论、结论分析（误差分析、实验与理论）。,考 核,每位学生的最后成绩由3部分组成：1.平时成绩 20；2.实验报告成绩 30；3.笔试成绩 50。,课程安排,1.实验报告评分标准（100分计）,1）简述实验目的及实验原理、绘制实验系统简图，满分20分。2）原始数据完整，数据处理过程清晰，结果正确。能正确绘制实验曲线，满分60分。3）对实验结果分析，满分20分。,2.实验过程（表现）评分标准（100分计）,1）预习情况满分30分；2）实验操作满分40分；3）实验态度满分30分。,52,谢谢大家的聆听!,