数字型流体流动阻力测定实验报告高等教育实验设计_高等教育-实验设计.pdf

流体流动阻力测定 一、实验操作 1实验准备 （1）清洗水箱，清除底部杂物，防止损坏泵的叶轮和涡轮流量计。关闭箱底侧排污阀，灌清水至离水箱上缘约20cm高度，既可提供足够的实验用水又可防止出口管处水花飞溅。（2）接通控制柜电源，打开总空气开关电源及仪表电源，进行仪表自检。打开水箱与泵连接管路间的球阀，关闭泵的回流阀，全开转子流量计下的闸阀。如上步骤操作后，若泵吸不上水，可能是叶轮反转，首先检查有无缺相,一般可从指示灯判断三相电是否正常。其次检查有无反相,需检查管道离心泵电机部分电源相序，调整三根火线中的任意两线插口即可。2实验步骤 （1）进行光滑管阻力测定实验。由于本实验各管路为并联设计，实验中应逐管操作，故在实验中打开光滑管段的阀门，在泵的全流量下使流体在管路内流动5-10min。（2）先进行管路的引压操作。需打开光滑管均压环上的引压阀A和 B后，对1 号倒 U型管（这种压差计内充空气，以待测液体为指示液，一般用于测量液体小压差的场合）进行操作如下，其结构如图2 所示。a)排出系统和导压管内的气泡。关闭管路总出口阀 7，使系统处于零流量、高扬程状态。关闭进气阀门(3)和出水活栓(5)以及平衡阀门(4)。打开高压侧阀门(2)和低压侧阀门(1)使实验系统的水经过系统管路、导压管、高压侧阀门(2)、倒 U形管、低压侧阀门(1)排出系统。b)玻璃管吸入空气。排净气泡后，关闭(1)和(2)两个阀门，打开平衡阀(4)和出水活栓(5)进气阀(3)，使玻璃管内的水排净并吸人空气。c)平衡水位。关闭阀(4)、(5)、(3)，然后打开(1)和(2)两个阀门，让水进入玻璃管至平衡水位(此时系统中的出水阀门始终是关闭的，管路中的水在零流量时，U形管内水位是平衡的。)压差计即处于待用状态。d)调节管路总出口阀，则被测对象在不同流量下对应的差压，就反应为倒 U型管压差计的左右水柱之差。（3）进行不同流量下的管路压差测定实验。将管路总出口阀打到一定开度，待流量稳定后，读取相应的实验数据，主要获取实验参数为：流量 Q、测量段压差 P，及流体温度 t；管内径 d 和测量段管长 L为给定的装置参数见指导书。灌清水至离水箱上缘约高度既可提供足够的实验用水又可防止出口管处水花飞溅接通控制柜电源打开总空气开关电源及仪表电源进行仪表自检打开水箱与泵连接管路间的球阀关闭泵的回流阀全开转子流量计下的闸阀如上步骤操作后道离心泵电部分电源相序调整三根火线中的任意两线插口即可实验步骤进行光滑管阻力测定实验由于本实验各管路为并联设计实验中应逐管操作故在实验中打开光滑管段的阀门在泵的全流量下使流体在管路内流动先进行管路的引压小压差的场合进行操作如下其结构如图所示排出系统和导压管内的气泡关闭管路总出口阀使系统处于零流量高扬程状态关闭进气阀门和出水活栓以及平衡阀门打开高压侧阀门和低压侧阀门使实验系统的水经过系统管路导压管高压侧（4）按上步操作，由小到大或由大到小调节管路总出口阀，待各参数显示稳定后，读取各项数据，共作 810 组实验点。（5）进行粗糙管阻力测定，先打开粗糙管的阀门，重复（1）（4）步骤。（6）进行局部阻力管阻力测定，先打开局部阻力管的阀门，然后将管路上的闸阀开到最大开度，重复（1）（4）步骤。（7）实验完毕，关闭管路总出口阀，然后关闭泵开关和控制柜电源，将该管路的进口球阀和对应均压环上的引压阀关闭，清理装置（若长期不用，则管路残留水可从排空阀进行排空，水箱的水也通过排污阀排空）。二、数据处理 1数据记录 光滑管平均内径 d20mm，测量段管长 L1m 粗糙管平均内径 d21mm，测量段管长 L1m 局部阻力管平均内径 d20mm，测量段管长 L0.95m 流体温度 t 24（实验过程中，1范围内波动）。光滑管原始数据记录如下表 序号 流量(m3/h)压差（KPa）温度（）1 1.30 0.064 26.0 2 1.71 0.109 26.0 3 2.16 0.169 25.8 4 2.64 0.244 25.0 灌清水至离水箱上缘约高度既可提供足够的实验用水又可防止出口管处水花飞溅接通控制柜电源打开总空气开关电源及仪表电源进行仪表自检打开水箱与泵连接管路间的球阀关闭泵的回流阀全开转子流量计下的闸阀如上步骤操作后道离心泵电部分电源相序调整三根火线中的任意两线插口即可实验步骤进行光滑管阻力测定实验由于本实验各管路为并联设计实验中应逐管操作故在实验中打开光滑管段的阀门在泵的全流量下使流体在管路内流动先进行管路的引压小压差的场合进行操作如下其结构如图所示排出系统和导压管内的气泡关闭管路总出口阀使系统处于零流量高扬程状态关闭进气阀门和出水活栓以及平衡阀门打开高压侧阀门和低压侧阀门使实验系统的水经过系统管路导压管高压侧5 3.23 0.350 25.0 6 3.62 0.435 25.0 7 4.21 0.575 24.0 粗糙管原始数据记录如下表 序号 流量(m3/h)压差（KPa）温度（）1 1.45 0.083 22.0 2 1.82 0.118 22.0 3 2.03 0.143 23.0 4 2.45 0.199 23.0 5 2.84 0.261 23.5 6 3.02 0.293 24.0 7 3.30 0.346 24.0 8 4.02 0.503 24.0 局部阻力管原始数据记录如下表 序号 流量(m3/h)压差（KPa）温度（）1 0.86 0.040 22.0 2 1.30 0.083 22.0 3 1.64 0.126 22.0 4 2.07 0.189 23.0 5 2.49 0.260 23.0 6 2.85 0.331 23.5 7 3.16 0.398 24.0 灌清水至离水箱上缘约高度既可提供足够的实验用水又可防止出口管处水花飞溅接通控制柜电源打开总空气开关电源及仪表电源进行仪表自检打开水箱与泵连接管路间的球阀关闭泵的回流阀全开转子流量计下的闸阀如上步骤操作后道离心泵电部分电源相序调整三根火线中的任意两线插口即可实验步骤进行光滑管阻力测定实验由于本实验各管路为并联设计实验中应逐管操作故在实验中打开光滑管段的阀门在泵的全流量下使流体在管路内流动先进行管路的引压小压差的场合进行操作如下其结构如图所示排出系统和导压管内的气泡关闭管路总出口阀使系统处于零流量高扬程状态关闭进气阀门和出水活栓以及平衡阀门打开高压侧阀门和低压侧阀门使实验系统的水经过系统管路导压管高压侧8 3.41 0.459 24.0 2数据处理 水的流速 （m/s）雷诺数 水的物性校正：kg/m3 (本数据处理中取常温 1000 kg/m3)Pa S （本数据处理中取常温 1 Pa S）流体阻力 阻力系数 按以上公式，并以标准单位换算 光滑管数据表结果如下 灌清水至离水箱上缘约高度既可提供足够的实验用水又可防止出口管处水花飞溅接通控制柜电源打开总空气开关电源及仪表电源进行仪表自检打开水箱与泵连接管路间的球阀关闭泵的回流阀全开转子流量计下的闸阀如上步骤操作后道离心泵电部分电源相序调整三根火线中的任意两线插口即可实验步骤进行光滑管阻力测定实验由于本实验各管路为并联设计实验中应逐管操作故在实验中打开光滑管段的阀门在泵的全流量下使流体在管路内流动先进行管路的引压小压差的场合进行操作如下其结构如图所示排出系统和导压管内的气泡关闭管路总出口阀使系统处于零流量高扬程状态关闭进气阀门和出水活栓以及平衡阀门打开高压侧阀门和低压侧阀门使实验系统的水经过系统管路导压管高压侧 流量 V(m3/h)流速 u(m/s)密度(kg/m3)粘度(PaS)雷诺数 Re 阻力系数 2.23 1.073026 996.2542 8.79E-04 25180.69 2.27E-02 2.96 1.411442 996.2542 8.79E-04 33122.29 2.23E-02 3.35 1.782874 996.3054 8.83E-04 41628.49 2.17E-02 3.78 2.179068 996.5075 9.02E-04 49860.09 0.020943 4.24 2.666057 996.5075 9.02E-04 61003.06 2.01E-02 5.00 2.987965 996.5075 9.02E-04 68368.76 1.99E-02 5.43 3.474954 996.7536 9.25E-04 77511.05 1.94E-02 光滑管 Re-曲线图如下 粗糙管数据表结果如下 流量 V(m3/h)流速 u(m/s)密度(kg/m3)粘度(PaS)雷诺数 Re 阻力系数 1.45 1.162886 997.2242 9.74E-04 24992.79 2.54E-02 1.82 1.459622 997.2242 9.74E-04 31370.26 2.29E-02 2.03 1.628040 996.9925 9.49E-04 35906.68 2.23E-02 2.45 1.964876 996.9925 9.49E-04 43335.65 2.13E-02 2.84 2.277652 996.8740 9.37E-04 50884.39 2.08E-02 3.02 2.422010 996.7536 9.25E-04 54807.45 2.06E-02 3.30 2.646568 996.7536 9.25E-04 59888.93 2.04E-02 4.02 3.224000 996.7536 9.25E-04 72955.60 2.00E-02 粗糙管 Re-灌清水至离水箱上缘约高度既可提供足够的实验用水又可防止出口管处水花飞溅接通控制柜电源打开总空气开关电源及仪表电源进行仪表自检打开水箱与泵连接管路间的球阀关闭泵的回流阀全开转子流量计下的闸阀如上步骤操作后道离心泵电部分电源相序调整三根火线中的任意两线插口即可实验步骤进行光滑管阻力测定实验由于本实验各管路为并联设计实验中应逐管操作故在实验中打开光滑管段的阀门在泵的全流量下使流体在管路内流动先进行管路的引压小压差的场合进行操作如下其结构如图所示排出系统和导压管内的气泡关闭管路总出口阀使系统处于零流量高扬程状态关闭进气阀门和出水活栓以及平衡阀门打开高压侧阀门和低压侧阀门使实验系统的水经过系统管路导压管高压侧 曲线图如下 局部阻力管数据表结果如下 流量 V(m3/h)流速 u(m/s)密度(kg/m3)粘度(PaS)雷诺数 Re 局部阻力系数 0.86 0.709848 997.2242 9.74E-04 15038.14 0.177219 1.30 1.073026 997.2242 9.74E-04 22732.07 0.169529 1.64 1.353664 997.2242 9.74E-04 28677.38 0.174536 2.07 1.708588 996.9925 9.49E-04 37144.84 0.169231 2.49 2.055258 996.9925 9.49E-04 44681.48 0.156328 2.85 2.352403 996.8740 9.37E-04 51803.61 0.160400 3.16 2.608279 996.7536 9.25E-04 58179.32 0.163642 3.41 2.81463 996.7536 9.25E-04 62782.12 0.171139 3.结果分析 （1）光滑管结果分析：曲线表明，在湍流区内，光滑管阻力系数随雷诺数增大而减小，进入阻力平方区（也称完全湍流区）后，雷诺数对阻力系数的影响却越来越弱，阻力系数基本趋于不变。按本实验装置判断：该光滑管的阻力系数和雷诺数关系，近似适合柏拉修斯（Blasius）式，即 （5000Re1105）。（2）粗糙管结果分析：灌清水至离水箱上缘约高度既可提供足够的实验用水又可防止出口管处水花飞溅接通控制柜电源打开总空气开关电源及仪表电源进行仪表自检打开水箱与泵连接管路间的球阀关闭泵的回流阀全开转子流量计下的闸阀如上步骤操作后道离心泵电部分电源相序调整三根火线中的任意两线插口即可实验步骤进行光滑管阻力测定实验由于本实验各管路为并联设计实验中应逐管操作故在实验中打开光滑管段的阀门在泵的全流量下使流体在管路内流动先进行管路的引压小压差的场合进行操作如下其结构如图所示排出系统和导压管内的气泡关闭管路总出口阀使系统处于零流量高扬程状态关闭进气阀门和出水活栓以及平衡阀门打开高压侧阀门和低压侧阀门使实验系统的水经过系统管路导压管高压侧曲线表明，在湍流区内，粗糙管阻力系数随雷诺数增大而减小，进入阻力平方区（也称完全湍流区）后，雷诺数对阻力系数的影响却越来越弱，阻力系数基本趋于不变。（3）局部阻力管结果分析：雷诺数对局部阻力管阻力系数影响不大，而且局部阻力管阻力系数远远大于其他管的阻力系数。灌清水至离水箱上缘约高度既可提供足够的实验用水又可防止出口管处水花飞溅接通控制柜电源打开总空气开关电源及仪表电源进行仪表自检打开水箱与泵连接管路间的球阀关闭泵的回流阀全开转子流量计下的闸阀如上步骤操作后道离心泵电部分电源相序调整三根火线中的任意两线插口即可实验步骤进行光滑管阻力测定实验由于本实验各管路为并联设计实验中应逐管操作故在实验中打开光滑管段的阀门在泵的全流量下使流体在管路内流动先进行管路的引压小压差的场合进行操作如下其结构如图所示排出系统和导压管内的气泡关闭管路总出口阀使系统处于零流量高扬程状态关闭进气阀门和出水活栓以及平衡阀门打开高压侧阀门和低压侧阀门使实验系统的水经过系统管路导压管高压侧