流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置――流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)---實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握測(cè)定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。 2測(cè)定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi) 與 Re 的關(guān)系曲線。 3測(cè)定流體流經(jīng)管件、閥門時(shí)的局部阻力系數(shù)。 4學(xué)會(huì)倒U形壓差計(jì)和渦輪流量計(jì)的使用方法。 5識(shí)辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、基本原理流體通過(guò)由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體通過(guò)管件、閥門時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小改變所引起的機(jī)械能損失稱為局部阻力損失。1 直管阻力摩擦系數(shù)的測(cè)定流

2、體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為：即， 式中： 直管阻力摩擦系數(shù)，無(wú)因次； d 直管內(nèi)徑，m； 流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa； hf單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直管的機(jī)械能損失，J/kg； 流體密度，kg/m3；l 直管長(zhǎng)度，m； u 流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均流速，m/s。滯流（層流）時(shí)，式中：Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次； 流體粘度，kg/(ms)。 湍流時(shí)是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對(duì)粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。 由式（2）可知，欲測(cè)定，需確定l、d，測(cè)定、u、等參數(shù)。 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、通過(guò)測(cè)定流體溫度，再查有關(guān)手冊(cè)而得， u通過(guò)測(cè)定流體流量，再由管徑計(jì)算得到。例如本裝置

3、采用渦輪流量計(jì)測(cè)流量V（m3/h）。可用U型管、倒置U型管、測(cè)壓直管等液柱壓差計(jì)測(cè)定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，指示液密度，流體溫度 (查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定的流量V、壓差，通過(guò)式(5)、(6)或(7)、(4) 和式(2)求取Re和，再將Re和標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù) 的測(cè)定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。(1) 當(dāng)量長(zhǎng)度法 流體流過(guò)某管件或閥門時(shí)造成的機(jī)械能損失看作與某一長(zhǎng)度為的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折合的管道長(zhǎng)度稱為當(dāng)量長(zhǎng)度，用符號(hào)表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來(lái)計(jì)算局部阻力損失，而且在管路

4、計(jì)算時(shí)可將管路中的直管長(zhǎng)度與管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度合并在一起計(jì)算，則流體在管路中流動(dòng)時(shí)的總機(jī)械能損失為：(2) 阻力系數(shù)法 流體通過(guò)某一管件或閥門時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計(jì)算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： 式中： 局部阻力系數(shù)，無(wú)因次； 局部阻力壓強(qiáng)降，Pa； （本裝置中，所測(cè)得的壓降應(yīng)扣除兩測(cè)壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果求取。） 流體密度，kg/m3； g 重力加速度，9.81m/s2；本實(shí)驗(yàn)采用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損失。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程3.1 裝置圖圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1離心泵；2進(jìn)口壓力變送器；3鉑熱電

5、阻（測(cè)量水溫）；4出口壓力變送器；5電氣儀表控制箱；6均壓環(huán)；7粗糙管；8光滑管（離心泵實(shí)驗(yàn)中充當(dāng)離心泵管路）；9局部阻力管；10管路選擇球閥；11渦輪流量計(jì)；12局部阻力管上的閘閥；13電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；14差壓變送器；15水箱2 裝置參數(shù)四、實(shí)驗(yàn)步驟1泵啟動(dòng)：首先對(duì)水箱進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開(kāi)總電源和儀表開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開(kāi)到最大。 2. 實(shí)驗(yàn)管路選擇：選擇實(shí)驗(yàn)管路，把對(duì)應(yīng)的進(jìn)口閥打開(kāi)，并在出口閥最大開(kāi)度下，保持全流量流動(dòng)510min。3流量調(diào)節(jié)：通過(guò)離心泵變頻器調(diào)節(jié)管路流量，讓流量從1到4m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待

6、流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記下對(duì)應(yīng)的壓差值；自控狀態(tài)，流量控制界面設(shè)定流量值或設(shè)定電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，待流量穩(wěn)定記錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。 4計(jì)算：裝置確定時(shí)，根據(jù)P和u的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，可計(jì)算和，在等溫條件下，雷諾數(shù)，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系列 Re的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出 Re曲線。 5實(shí)驗(yàn)結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清理裝置。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理5.1 原始數(shù)據(jù)記錄阻力測(cè)試光滑管流量Qm3/h壓力降KPa流體溫度11.000.2938.721.500.6838.632.001.2138.242.501.8338.253.002.5738.163.503.4238.174.004.3838.

7、1粗糙管流量Qm3/h壓力降KPa流體溫度11.000.5538.121.501.2738.132.002.2737.942.503.5437.953.005.1337.763.506.9837.774.009.1137.6局部阻力管流量Qm3/h壓力降KPa流體溫度11.000.4037.421.500.9237.232.001.6237.242.502.4737.053.003.4937.163.504.6736.974.006.0437.05.2 數(shù)據(jù)的處理與分析（1） 對(duì)于光滑管，管內(nèi)徑：d=0.02m，測(cè)量段長(zhǎng)度：l=1m流速：雷諾數(shù)：直管阻力摩擦系數(shù)：管道類型實(shí)驗(yàn)次數(shù)流量m3/h流

8、速（m/s）壓降KPa雷諾數(shù)Re溫度密度黏度摩擦系數(shù)光滑管11.000.880.292627438.7992.7400.66850.014921.501.330.683941338.6992.7770.66850.015632.001.771.215156338.2992.9250.68140.015642.502.211.836445438.2992.9250.68140.015153.002.652.577734838.1992.9620.68140.014763.503.103.429023938.1992.9620.68140.014474.003.544.3838.1 992.962

9、 0.68140.0141（2） 對(duì)于粗糙管，管內(nèi)徑：d=0.021m，測(cè)量段長(zhǎng)度：l=1m流速：雷諾數(shù)：粗糙管阻力摩擦系數(shù)：管道類型實(shí)驗(yàn)次數(shù)流量m3/h流速（m/s）壓降KPa雷諾數(shù)Re溫度密度黏度摩擦系數(shù)粗糙管11.000.880.552707238.1992.9620.68140.029721.501.331.274060838.1992.9620.68140.030532.001.772.275414637.9992.9990.68140.030742.502.213.546768237.9992.9990.68140.030653.002.655.138122437.7993.072

10、0.68140.030863.503.106.989476237.7993.0720.68140.030874.003.549.1137.6993.1080.68140.0308（3） 對(duì)于局部阻力管，管內(nèi)徑：d=0.02m，測(cè)量段長(zhǎng)度：l=0.95m流速：雷諾數(shù)：局部阻力系數(shù)：管道類型實(shí)驗(yàn)次數(shù)流量m3/h流速（m/s）壓降KPa雷諾數(shù)Re溫度密度黏度局部阻力系數(shù)局部阻力管11.000.880.402529537.4993.1810.69470.1049 21.501.330.923794537.2993.2530.69470.1072 32.001.771.625059337.2993.25

11、30.69470.1062 42.502.212.476324637.0993.3250.69470.1036 53.002.653.497589237.1993.2800.69470.1017 63.503.104.678854736.9993.3610.69470.1000 74.003.546.0437.0993.3250.69470.0990 六、結(jié)果分析與討論6.1 根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，對(duì) 照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，從而估算出該管的相對(duì)粗糙度和絕對(duì)粗糙度。（1) 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，作圖如下：圖1 摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系曲線（2) 從圖1估算出該管的相對(duì)粗糙度：該管的絕對(duì)粗糙度： 6.2 根據(jù)光滑管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)照柏拉修斯方程，計(jì)算誤差。適用于光滑管的柏拉修斯式： 管道類型實(shí)驗(yàn)次數(shù)摩擦系數(shù)柏拉修斯方程 兩者的差值 相對(duì)誤差光滑管10.01490.0249-0.0100-40.0%20.01560.0225-0.0069-30.5%30.01560.0210-0.0054-25.7%40.01510.0199-0.0048-24.0%50.01470.0190-0.0043-22