《流体阻力实验》word版

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1、《生工原理及设备》实验报告开课实验室：生物工程学院生物多媒体实验室2006年9月　25日学院生物工程年级、专业、班04级生工1班姓名湛仁成绩课程名称生工原理及设备实验项目名称管道流体阻力实验指导教师徐世荣教师评语教师签名：年月日一、实验目的1．结合理论课中所学的流体在管道内部流动时流动阻力的形成和计算等基本知识，实验测定不同流动条件下圆形直管内的沿程阻力系数λ和管件的局部阻力系数ξ，并学习测定管内流动阻力的一般实验方法。2学习处理流动阻力实验数据的数学方法，学会用图形和函数关系式来表征湍流区内直管沿程阻力系数λ和局部阻力系数ξ与雷诺数Re的依赖关系。3学习合理规划实验条件，

2、使实验数据点在表征图中分布均匀，提高实验结果的可靠性。4通过实验操作，掌握U形管差压计、孔板流量计的使用方法。二、实验原理不可压缩性流体在直管内作稳定流动时，由于粘滞性而产生摩擦阻力，即直管阻力。流体在流经变径、弯管、阀门等管件时，由于流速及其它方面的变化而产生局部阻力。在湍流状态下，管壁的粗糙度也影响流体阻力，通常流体阻力用流体的压头损失Hf或压力降Δp表示并可用实验方法直接测定1.直管阻Hf与直管摩擦系数λ直管阻力Hf与直管摩擦系数λ的关系为Hf=λ×l1/d×U^2/2(1)式中：l1-----------直管的测试长度[m];d-----------测试管的内径[m

3、];u-----------管内流体流速[m/s]。流体以一定速度u流过内径d，长度为l1的直管所产生的直管阻力Hf可用U型差压计测得，若已测得的差压计读数为Rf(cmCCl4)，根据伯努利方程及流体静力学原理可得Hf=Δp/ρH2O=(ρCCl4-ρH2O)×Rf×g/(100×ρH2O)=0.006Rf×g[J/kg](2)式中：g=9.807m/s^2。流体的流速u可由孔板或文氏流量计两边引出的差压计读数R(cmHg)，按下式求得u=aR^n[m/s](3)于是由(1)、(2)、(3)得:λ＝2dHf/(l1U^2)=0.012dRf×g/(l1×a^2×R^2n)(

4、4)又已知雷诺数Re=duρ/μ(5)式中：ρ------------流体(水)的密度[kg/m^3]μ------------流体(水)的粘度[Pas]若测得流体的操作温度t，查取μ、ρ，再根据一对Hf~u值，由(4)(5)便可求得一对λ~Re值。因而，在不同流速下，可得到一系列λ~Re值，标绘在双对数坐标纸上，即可得到λ~Re关系曲线。2.局部阻力Hf'及局部阻力系数ξ局部阻力Hf'与局部阻力系数ξ的关系为：Hf'=ξ×u^2/2(6)管件的局部阻力也可由U型差压计测取，但因管件所引起的流速大小和方向的变化而产生旋涡，需要在相当长的管道内才能消除，故只能先测定包括被测管

5、件在内的一段直管l2的总阻力ΣHf，然后减去这一段直管l2的直管阻力Hf1，就可得到管件的局部阻力Hf':Hf'=ΣHf-Hf1=ΣHf-Hf×l2/l1(7)若已测得的包括管件在内的差压读数为Rf'(cmHg)，利用(2)式可得ΣHf＝0.126Rf'×g[J/kg]于是由式(3)、(6)、(7)得：ξ=2Hf'/u^2=(0.252Rf'×g-0.012Rf×g×l2/l1)/(a^2×R^2n)(8)通过实验测得不同流速u下对应的Hf'值，利用式(5)、(8)便可算出不同Re下的ξ值。ξ值与管件的几何形状及流体的Re值有关。但当Re大到一定值后，ξ与Re无关，为一定值

6、。三、使用仪器、材料1.本实验装置设有两根测试用管，流体流量用孔板流量计或文氏流量计测量。由管路出口处的调节阀调节其流量。2.管路上设置三组U形差压计，分别用来测定流量、直管阻力及管件局部阻力相应的静压差，从测压孔引出的高低压管间有平衡阀相连。差压计指示液有水银及四氯化碳。四、实验步骤在实验中主要按照以下几个步骤操作1排除管路系统内积存的空气；2测量数据；整个实验测取7～9数据，要求实验点分布均匀；3读取三个流量计的读数及压差、温度等值；4禁止动用限流阀，以防冲去差压指示剂，必要时需在教师指导下使用；5打开差压计平衡阀C，关闭实验装置，结束实验。五、实验过程原始记录(数据、

7、图表、计算等)六、实验结果及分析分析上述实验结果可得：局部阻力系数ξ与管件的几何形状及流体的雷诺系数Re有关，当Re增大到一定值后，ξ不再随Re变化，为一定值。1、在U形管差压计两管之间装一阀门的作用是什么？在什么情况此阀应该打开，又在什么情况应该关闭？答：在U形管差压计两管之间的阀门是平衡阀，用于检验U形管差压计工作的可靠性，检验状态下全开，测量状态下全关。2、怎样操作才能排除系统内的气体，如何检查系统内的空气是否已经排除干净？答：首先调节好限流阀开度，打开三个U形管差压计上的平衡阀C，然后全开流量调节阀，在最大