实验二 流体流动阻力测定实验

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1、实验三流体流动阻力测定实验一.实验目的(1)辨别组成管路的各种管件、阀门,并了解其作用。(2)测定流体在圆形直管内流动时摩擦系数λ与雷诺数Re的关系。(3)测定流体流经闸阀时的局部阻力系数x。二.基本原理直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数,即,对一定的相对粗糙度而言,。流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时,其管路阻力引起的能量损失为:(1)又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系(范宁公式)(2)整理(1)(2)两式得(3)(4)式中:管径,m;直管阻力引起的压强降,Pa;管长,m;流速,m/s;流体的密度,kg/m3;流体的粘

2、度,N·s/m2。在实验装置中,直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定,则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△Pf与流速u(流量V)之间的关系。根据实验数据和式(3)可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ,用式(4)计算对应的Re,从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系,绘出λ与Re的关系曲线。三.实验装置与参数1、实验装置实验流程示意图见图1。实验装置由贮水槽、离心泵、变频器、电动调节阀、涡轮流量计、压力表、差压变送器、不同材质的水管、倒U型压差计(图中未画出)等组成。装置上有三段并联的水平直管,自上而

3、下分别用于测定局部阻力、光滑管直管阻力和粗糙管直管阻力。测定局部阻力时使用不锈钢管,中间装有待测管件(闸阀);测定光滑管直管阻力时,同样使用内壁光滑的不锈钢管,而测定粗糙管直管阻力时,采用管道内壁较粗糙的镀锌管。水泵2将储水槽1中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计15、16测量流量,然后送入被测直管段测量流体在光滑管或粗糙管的流动阻力,或经10测量局部阻力后回到储水槽,水循环使用。被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器12或空气-水倒置∪型管22来测量。图1流动阻力实验流程示意图1-水箱;2-离心泵;3、4-放水阀

4、;5、13-缓冲罐;6-局部阻力近端测压阀;7、15-局部阻力远端测压阀;8、20-粗糙管测压回水阀;9、19-光滑管测压阀;10-局部阻力管阀;11-U型管进水阀;12-压力传感器;14-流量调节阀;15、16-水转子流量计;17-光滑管阀;18-粗糙管阀;21-倒置U型管放空阀;22-倒置U型管;23-水箱放水阀;24-放水阀;25-涡轮流量计2、设备的主要技术参数(1)被测光滑直管段:管径d—0.008m;管长L—1.698m;材料—不锈钢管(2)被测粗糙直管段:管径d—0.010m;管长L—1.698m;材料—不锈钢管四、实验方法及步

5、骤:⒈向储水槽内注水,直到水满为止。(有条件最好用蒸馏水,以保持流体清洁)⒉直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。⒊大流量状态下的压差测量系统,应先接电预热10~15分钟,调好数字表的零点,然后启动泵进行实验。⒋光滑管阻力测定:⑴关闭粗糙管阀18、粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8,将光滑管阀17全开。⑵在流量为零条件下,打开光滑管测压进水阀19和回水阀9,旋开倒置U型管进水阀11,检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零,则表明导压管内存在气泡,需要进行赶气泡操作。导压系统如图2所示。操作方法如下:开大流量,使倒

6、置U型管内液体充分流动,以赶出管路内的气泡;若认为气泡已赶净,将流量阀关闭;慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀21,打开阀3、4,使液柱降至零点上下时马上关闭,管内形成气-水柱,此时管内液柱高度差应为零。然后关闭放空阀21。图2导压系统示意图13-粗糙管测压进水阀;14-直管压力传感器;15-粗糙管测压回水阀;16-光滑管测压回水阀;17-光滑管测压进水阀;18-U型管进水阀;19-排水阀;20-U型管出水阀;26-U型管放空阀⑶该装置两个转子流量计并联连接,根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。⑷差压变送器与倒置U型管也是并联连接,用于测量

7、直管段的压差,小流量时用倒置∪型管压差计测量,大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验,一般测取15~20组数据。建议当流量小于300L/h时,只用倒置∪型管来测量压差。⒌粗糙管阻力测定:关闭阀17、光滑管测压进水阀19、光滑管测压回水阀9,全开阀18,旋开粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8,逐渐调大流量调节阀,赶出导压管内气泡。6.从小流量到最大流量,一般测取15~20组数据。7.直管段的压差用差压变送器测量。光滑管和粗糙管直管阻力的测定使用同一差压变送器,当测量光滑管直管阻力时,要把通向粗糙管直管阻力的阀门关闭;

8、同样当测量粗糙管直管阻力时,要把通向光滑管直管阻力的阀门关闭。8.测取水箱水温。9.待数据测量完毕,关闭流量调节阀,停泵。五、使用实验设备应注意的事项⒈直流数字表操

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