管路摩擦数据

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1、一、管路摩擦損失實驗老師:林朝慨一、實驗目的瞭解流體在管路流動時，管路及各種管路配件(如彎管、接頭、閥等)之各種能量損失、摩擦阻力、阻力係數與雷諾數之關係及測試要領等，並實際測試管路及其配件之能量損失與摩擦阻力，而得知阻力係數，以明瞭在設計管路系統時，要使能量損失減至最小所應考慮之事項。二、實驗設備本實驗設備係由管路系統能量損失試驗台(如圖一所示)與水力試驗台(如圖二所示)配合使用。水自水力試驗台出水口經管路系統台左下方的管口流入，再經一T型管(三通)分歧成兩個並聯管路系統，即紅色與藍色兩管路系統，藍色管路系統在內，紅色管路

2、系統在外。然後兩管路系統再經左下方之T型管合流成一管，而流回水力試驗台之量水箱與蓄水箱，構成一循環系統。1、管路摩擦實驗設備：P離心泵：實驗用離心泵給水輸送用，1/2HP；FI浮子式流量計：量測泵出口水之流量；水流量範圍0~50L/M；給水儲水槽：實驗用之儲放槽，儲槽附有透明管水位計附溢流管；手動閥XV1~6：用來開關管路及控制管路流量用；控制開關箱：內含NFB、差壓指示計、PB…等，其操作包含電源之開關及泵浦之運轉控制；差壓傳訊器：量測測量點之兩端差壓傳送信號至指示計；差壓指示計：顯示測量點之兩端差壓數值；編號1~20之小

3、手閥：量測測量點之兩端差壓切換用1-12圖一管路系統台2、管路系統台(1)-(2):管徑1.36cm，長91.4cm直管；(3)-(4):曲率半徑為5.0cm之90°彎管；(5)-(6):曲率半徑為10.2cm之90°彎管；(7)-(8):曲率半徑為15.2cm之90°彎管；(9)-(10):常用90°彎管；(11)-(12):90°直角彎管；(13)-(14):管徑由1.36cm突增至2.62cm；(15)-(16):管徑由2.62cm突減至1.36cm。1-12圖二管路摩擦實驗流程圖三、實驗原理1、雷諾數真實流體具有黏滯

4、性(Viscosity)，使流體的流動現象呈現兩種截然不同之模式，即層流(Laminarflow)與擾流(或稱紊流、亂流，Turbulentflow)。在流速低時，流體分子的慣性力低，黏滯力大於慣性力而使流體形成層流。在層流中，流體流動為層狀，即一層流體在另一層上滑移，各層之間具有分子作用。當流速大時，慣性力大於黏滯力，形成擾流。在擾流中，流體沿管子運動時，發生急速混合現象。無因次之雷諾數Re用來區分流動是層流或擾流:Re=慣性力/黏滯力=ρVD/μ，VD/ν式中，ρ：流體的密度(kg/m3)V：管中流體的速度(m/s)D：

5、管的直徑(m)μ：流體的動力黏度(Dynamicviscosity)ν：流體的運動黏度(Kinematicsviscosity)在圓管流動中，層流產生於Re<2000時，20004000時為擾流。各種流體的動力黏度μ輿運動黏度ν請參考附錄。2、測定管之入口長度當流體由一水槽流入一修成圓形之入口處時(如圖三所示)，流體除在接近管壁處有一甚薄層外，所有流體質點均以等速度流進管內。因流體質點直接在管壁處之流速為零，故在此薄層內之流速梯度非常陡。當流體向下游運動時，受到固體表面之影響，靠近管壁之摩

6、擦力甚大(由甚陡之速度梯度產生)，使在管壁附近之流體運動變慢，而邊界層逐漸加厚。因流體為穩定流，故近管中央之流體必須加速以保持每單位時問流過任意斷面之質量不變，直到最後到達完全展開之程度而成平衡狀態為止，此時四周的邊界層相接觸，速度分佈及其他性質將不隨χ之位置而改變，且速度之分佈曲線成拋物線形狀，稱為完全發展管流(Fullydevelopedpipeflow)。若其流動狀態為層流，稱為完全發展層流(Fullydevelopedlaminarflow)。由入口處至層流完全發展所需之距離L1-12稱為入口所需之過渡長度(Entr

7、ancetransitionlength)，根據南赫(Langhaar)之理論，L為雷諾數Re之函數，亦即L=O.058ReD式中，D=管的直徑因管中層流之雷諾數必須小於2000，故L=0.058ReD＜0.058×2000D=116D亦即入口所需之過渡長度為大於100倍管徑的長度。擾流時，因流體層間的混合較激烈，使邊界層成長迅速，其達成完全發展擾流的入口所需之過渡長度為25~40倍管徑長度。流體在圓管中作完全發展之層流運動時，依海根-普修葉公式(HagenPoiseuilleequation)，其速度分佈與流量分別為對完全

8、發展管流，P/χ為常數，故P/χ=(P2-Pl)/L=-ΔP/L，因此流量為Q=-(πR/8μ)(-ΔP/L)=(πΔPD)/(128μL)(1)3、落差損失柏努利方程式是最常用的流體力學方程式，但因其忽略了流體的摩擦損失，在管路分析時，無法達到需要的精確度，此一摩擦損失在實用上是影響設計