实验四流体管内流动阻力测定.docx

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1、实验四流体管内流动阻力测定一、实验目的⒈学习直管摩擦阻力hf、摩擦系数l的测定方法；了解测定l的工程意义。⒉掌握摩擦系数l与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。⒊掌握局部阻力系数的测量方法。⒋学习压强差的几种测量方法和技巧。⒌掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。二、实验内容⒈测定直管内流体流动的阻力和摩擦系数。⒉测定直管内流体流动的摩擦系数l与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线。⒊在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。三、实验原理⒈摩擦系数l与雷诺数Re关系的测定流体在管道内流动时，由于流体的粘性剪应力作用和涡流的影响会产生流动阻力。流体在

2、水平等径直管内流动的阻力大小，与管长、管径d、管壁粗糟度ε及流体流速u、黏度和密度有关，即：hf=（4-1）以及（4-2）对于管内层流流动，理论上可导出hf=（4-3）它与无关，且与实验数据吻合。对于管内湍流流动，式（4-2）中几个参数与的关系复杂，只能依赖实验测定和关联。采用因次分析方法，整理式（4-2）的参数，可组成以下的无因次数群关系式：（4-4）参照范宁（Fanning）公式（4-5）可将式（4-4）改写为（4-6）比较式（4-5）和式（4-6）可得：（4-7）由式（4-5）可知，只要知道值，就能计算任一（牛顿型）流体在任一直管中的阻力损失。而式（4-7）的，是

3、雷诺数和管壁相对粗糙度的函数，要确定它们之间的关系，只要用水作物系，在实验规模的装置中，进行有限的实验即可得到。对于光滑管，也就是管壁粗糙度﹤层流底层厚度的管，由于管壁的粗糙峰埋在层流底层中，对流动阻力不产生影响，因此，对于光滑管：（4-8）湍流时的粗糙管和光滑管的由理论导出的计算式与实际相差较大，实用中仍然采用实验测定并整理绘制的关系图。本实验分别测定光滑管，以及特定值的粗糙管，求其的关系曲线。方法是：（1）测定流量——算出u和Re；（2）测定直管的——按式（4-5）和式（4-1）算出值。（3）将Re和绘于双对数坐标纸上。⒉局部阻力系数的测定（4-9）（4-10）式中

4、：局部阻力系数，无因次；局部阻力引起的压强降，Pa；局部阻力引起的能量损失，J／kg。图4-1局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降可用下面的方法测量：在一根等直径的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a'和b-b＇，见图4-1，使ab＝bc；a＇b＇＝b＇c＇则△Pf，ab＝△Pf，bc；△Pf，a＇b＇=△Pf，b＇c＇在a~a＇之间列柏努利方程式：Pa－Pa＇=2△Pf，ab+2△Pf，a＇b＇+（4-11）在b~b＇之间列柏努利方程式：Pb－Pb＇=△Pf，bc+△Pf，b＇c＇+=△Pf，ab+△Pf，a＇b＇+（4-12）联立

5、式(4-11)和(4-12)，则：＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。用差压传感器来测量。四、实验装置⒈本实验共有三套装置，实验装置流程如图4-2所示。在图4-2中，测定光滑管摩擦系数选择流程：A→B（C→D）→E→F→G→H→I→W→X；测定粗糙管摩擦系数选择流程：A→B（C→D）→E→F→J→K→L→M→I→W→X；（C→D）为流量小于2m3/h时的流程。⒉流量测量：在图4-2中由转子流量计和涡轮流量计测量。⒊直管段压强降的测量：差压变送器或倒置U形管直接测取压差值。五、操作方法⒈按下电源的

6、绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表的初始值，关闭流量调节阀⑵⑶，启动离心泵。⒉光滑管阻力测定：(1)关闭阀（5）、（15）、（22），将阀（4）全开。(2)在流量为零条件下，旋开取压阀（6）、（11）和倒置U形管左右旋钮（20）、（21），检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U形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。操作方法如下：开大流量调节阀（2），使倒置U形管内液体充分流动，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形管上部的放空阀（19），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

7、差应为零。(1)通过阀（2）、（3）调节流量。根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。(2)直管段的压差：小流量时用倒置∪形管压差计测量，大流量时用差压数字表测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取12～15组数据，建议流量读数在40L／h之内，不少于4个点，以便得到层流状态下的λ—Re关系。在能用倒置∪形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。(3)阀（15）局部阻力测量：在最大流量时，直管段压差测量完后，将阀（15）半开，再读取相应差压数字表的压差数据。3．粗糙管阻力测定：(1)关闭阀（4），全开阀（5），逐渐调大流量调节