2022年流体阻力测定实验.pdf

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1、流体阻力测定实验流 体 阻 力 测 定 实 验实 验 指 导 书环境与市政工程学院2015 年 11 月精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 流体阻力测定实验一、实验目的 : 1、学习直管摩擦阻力fP, 直管摩擦系数的测定方法。2、掌握直管摩擦系数与雷诺数 Re与相对粗糙度之间的关系及其变化规律。3、掌握局部摩擦阻力fP, 局部阻力系数的测定方法。4、学习压强差的几种测量方法与提高其测量精确度的一些技巧。二、实验内容 : 1、测定实验

2、管路内流体流动的阻力与直管摩擦系数。2、 测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数 Re与相对粗糙度之间的关系曲线。3、测定管路部件局部摩擦阻力fP与局部阻力系数。三、实验原理 : 1、直管摩擦系数与雷诺数 Re的测定 :直管的摩擦阻力系数就是雷诺数与相对粗糙度的函数, 即)/(Re,df, 对一定的相对粗糙度而言 ,(Re)f。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: ffPPPh21 (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 ) 22udlhfPf (2) 整理(1)(2) 两式得22uPldf (3) udRe (4) 式中: d管

3、径,m; fP直管阻力引起的压强降 ,Pa; l管长,m; u流速,m / s; 流体的密度 ,kg / m3; 流体的粘度 ,Ns / m2。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 流体阻力测定实验在实验装置中 , 直管段管长 l 与管径 d 都已固定。若水温一定 , 则水的密度与粘度也就是定值。 所以本实验实质上就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。根据实验数据与式 (3) 可计算出不同流速下的直管

4、摩擦系数, 用式(4) 计算对应的 Re,整理出直管摩擦系数与雷诺数的关系, 绘出与 Re的关系曲线。2. 局部阻力系数的测定22uPhff22uPf式中: 局部阻力系数 , 无因次 ; fP局部阻力引起的压强降 ,Pa; fh局部阻力引起的能量损失 ,J kg。图-1 局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降fP可用下面方法测量 : 在一条各处直径相等的直管段上 , 安装待测局部阻力的阀门 , 在上、下游各开两对测压口a-a 与 b-b如图-1, 使 ab bc ; a bbc, 则Pf,a bPf,bc ; Pf,a b= Pf,b c在 aa之间列柏努利方程式 PaPa=2Pf,a

5、b+2Pf,a b+Pf (5) 在 bb之间列柏努利方程式 : PbPb = Pf,bc+Pf,b c+Pf = Pf,a b+Pf,a b+Pf (6) 联立式 (5) 与(6), 则:fP 2(PbPb) (PaPa) 为了实验方便 , 称(PbPb)为近点压差 , 称(PaPa) 为远点压差。其数值用差压传感器来测量。四、实验装置的基本情况: 1 、实验装置流程示意图 : 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 流体阻力测定实验

6、图-2 流动过程综合实验装置流程示意图1- 水箱;2- 水泵;3- 入口真空表 ;4- 出口压力表 ;5 、16-缓冲罐;6 、14-测局部阻力近端阀 ;7 、 15-测局部阻力远端阀 ;8 、 17-粗糙管测压阀 ;9 、 21-光滑管测压阀 ;10-局部阻力阀 ;11- 观测段 ;12- 压力传感器 ;13- 涡流流量计 ;18 、25、26- 阀门 ;19-普通管阀 ;20- 粗糙管阀 ;22- 小转子流量计;23- 大转子流量计; 24水箱放水阀;27- 倒 U型管放空阀 ;28- 倒 U型管;30 、32-倒 U型管排水阀 ;29 、31-倒 U型管平衡阀实验装置流程简介流体阻力测量

7、 :水泵 2 将储水槽 1 中的水抽出 , 送入实验系统 , 经玻璃转子流量计22、23 测量流量 , 然后送入被测直管段测量流体流动阻力, 经回流管流回储水槽1。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 或空气水倒置型管来测量。2、实验设备主要技术参数 : 表-1 实验设备主要技术参数序号名称规格材料1 玻璃转子流量计LZB25 1001000(L/h) VA1015F 10100(L/h) 2 压差传感器型号 LXWY 测量范围0200 KPa 不锈钢精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - -

8、- - - -第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 流体阻力测定实验3 离心泵型号 WB70/055 不锈钢4 实验管路管径 0.045m 实验管路5 真空表测量范围 -0 、1-0MPa 精度 1、5 级 , 真空表测压位置管内径d1=0.041m 真空表6 压力表测量范围 00、6MPa 精度 1、5 级压强表测压位置管内径d2=0.041m 压力表7 涡轮流量计型号 LWY-40 测量范围220m3/h 涡 轮 流 量计表-2 实验设备主要技术参数光滑管 : 管径 d-0、008(m) 管长 L-1、70(m) 粗糙管 : 管径 d-0、010(m) 管长 L

9、-1、70(m) 真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.41m 3、实验装置面板图 :图-3 实验装置仪表面板图五、实验方法及步骤 : 1. 流体阻力测量(1) 向储水槽内注水至水满为止。( 最好使用蒸馏水 , 以保持流体清洁 ) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 流体阻力测定实验(2) 光滑管阻力测定 : 关闭粗糙管路阀门8,17,20, 将光滑管路阀门9,19,21全开, 在流量为零条件下, 打开通向倒置 U型管的进水阀

10、 29,31, 检查导压管内就是否有气泡存在。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 4 所示操作方法如下 : 加大流量 , 打开 U型管进出水阀门29,31, 使倒置 U型管内液体充分流动 , 以赶出管路内的气泡 ; 若观察气泡已赶净 , 将流量调节阀26 关闭,U 型管进出水阀29,31 关闭, 慢慢旋开倒置 U型管上部的放空阀26 后, 分别缓慢打开阀门30、 32,使液柱降至中点上下时马上关闭, 管内形成气水柱 , 此时管内液柱高度差不一定为零。然后关闭放空阀 27,打开 U型管进出水阀 29,31, 此时 U型管两液柱的高度差

11、应为零 (12mm的高度差可以忽略 ), 如不为零则表明管路中仍有气泡存在,需要重复进行赶气泡操作。图-4 导压系统示意图32、32-排水阀 ;128-U 型管进水阀 ;12- 压力传感器 ;27-U 型管放空阀 ;28-U 型管 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。 差压变送器与倒置U型管亦就是并联连接 , 用于测量压差 , 小流量时用型管压差计测量 , 大流量时用差压变送器测量。应在最大流量与最小流量之间进行实验操作 , 一般测取 1520 组数据。注: 在测大流量的压差时应关闭U型管的进出水阀 29,31, 防止水利用 U型管形成回路影响实验数据。(

12、3) 粗糙管阻力测定 : 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 流体阻力测定实验关闭光滑管阀 , 将粗糙管阀全开 , 从小流量到最大流量 , 测取 1520 组数据。(4) 测取水箱水温。待数据测量完毕, 关闭流量调节阀 , 停泵。(5) 粗糙管、局部阻力测量方法同前。六、实验注意事项1. 直流数字表操作方法请仔细阅读说明书, 待熟悉其性能与使用方法后再进行使用操作。2. 启动离心泵之前以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前, 都必须

13、检查所有流量调节阀就是否关闭。3. 利用压力传感器测量大流量下P 时, 应切断空气水倒置型玻璃管的阀门否则将影响测量数值的准确。4. 在实验过程中每调节一个流量之后应待流量与直管压降的数据稳定以后方可记录数据。5、 若之前较长时间未做实验 , 启动离心泵时应先盘轴转动, 否则易烧坏电机。6、 该装置电路采用五线三相制配电, 实验设备应良好接地。7、 启动离心泵前 , 必须关闭流量调节阀 , 关闭压力表与真空表的开关, 以免损坏测量仪表。8、 实验水质要清洁 ,以免影响涡轮流量计运行。七、附数据处理过程举例: 1、 光滑管小流量数据 ( 以表 3第 16组数据为例 ) Q 70(Lh) h 44

14、(H2O) 实验水温t=7.8粘度1、4310-3 (Pa 、s) 密度999、74(kgm3) 管内流速39.0008.0)4/(1000/3600/70)4(22dQu(m/s) 阻力降1000/4481.99.7499hgPf=432(Pa) 雷诺数3101.439.749939.0008.0Reud2、165103阻力系数2239.04321.709.7499008.022uPLdf2、71210-2精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 10 页 - - - - - - -

15、- - - 流体阻力测定实验 2 、粗糙管、大流量数据 (以表 4 第 8 组数据为例 ) Q 300(Lh) P 19、4(kPa) 实验水温t=7.8粘度1、4310-3 (Pa 、s) 密度999、74(kgm3) 管内流速2201.0)4/(1000/3600/300)4(dQu1、06 (m/s) 阻力降fP19、41000 = 19400(Pa) 雷诺数3101.439.749906. 101.0Reud7、422103阻力系数2206.1194007.19.749901.022uPLdf= 0、203 3、局部阻力实验数据 (以表 5 第 2 组数据为例 )Q 800(Lh) 近

16、端压差 37、2 (kPa) 远端压差 37、7(kPa)管内流速 : 258.10015. 0)4/(1000/3600/800)4(22dQu(m/s) 局部阻力 : fP 2(PbPb) (PaPa) =(237、2-37、 7)1000=36700(Pa) 局部阻力系数 : 4.46258.13670091.9932222uPf附: 实验数据表 ( 举例说明 ) 表 3 流体阻力实验数据记录 (光滑管内径 8mm 、管长 170mm) ( 液体温度 7.8 液体密度 =999.74kg/m 液体粘度 =1、43mPa 、S) 序号流量(l/h) 直管压差 P P (Pa) 流速 u (

17、m/s) Re (kPa) (mmH2O) 1 1000 97、4 97400 5、53 30924 0、 02999 2 900 80、9 80900 4、98 27831 0、 03076 3 800 67、4 67400 4、42 24739 0、 03243 4 700 50、0 50000 3、87 21646 0、 03142 5 600 39、0 39000 3、32 18554 0、 03336 6 500 27、4 27400 2、76 15462 0、 03375 7 400 19、2 19200 2、21 12369 0、 03695 8 300 11、6 11600 1

18、、66 9277 0、 03969 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 流体阻力测定实验9 200 6、4 6400 1、11 6185 0、 04927 10 100 1、5 1500 0、55 3092 0、 04619 11 90 96 942 0、50 2783 0、 03580 12 80 63 618 0、44 2474 0、 02973 13 70 44 432 0、39 2165 0、 02712 14 60 35

19、343 0、33 1855 0、 02936 15 50 29 284 0、28 1546 0、 03504 16 40 25 245 0、22 1237 0、 04719 17 30 16 157 0、17 928 0、 05369 18 20 10 98 0、11 618 0、 07551 19 10 4 39 0、06 309 0、 12081 表 4 流体阻力实验数据记录 ( 直管内径 10mm 、管长 170mm) (液体温度 27液体密度 =999.74kg/m 液体粘度 =1、43mPa 、S) 序号流量(l/h)直管压差 P P( Pa) 流速 u (m/s)Re kPammH

20、2O1 1000 156、8 156800 3、54 24739 0、147 2 900 129 129000 3、18 22265 0、150 3 800 104、2 104200 2、83 19791 0、153 4 700 82、1 82100 2、48 17317 0、157 5 600 63、4 63400 2、12 14843 0、166 6 500 45、2 45200 1、77 12369 0、170 7 400 32、0 32000 1、42 9896 0、188 8 300 19、4 19400 1、06 7422 0、203 9 200 10、1 10100 0、71 4

21、948 0、237 10 100 3、1 3100 0、35 2474 0、291 11 90 201、0 1971 0、32 2226 0、229 12 80 171 1677 0、28 1979 0、246 0、25 1732 0、224 14 60 92 902 0、21 1484 0、236 15 50 69 677 0、18 1237 0、254 16 40 48 471 0、14 990 0、277 17 30 28 275 0、11 742 0、287 18 20 18 177 0、07 495 0、415 19 10 11 108 0、04 247 1、014 20 1000

22、156、8 156800 3、54 24739 0、147 21 900 129 129000 3、18 22265 0、150 22 800 104、2 104200 2、83 19791 0、153 表 5 局部阻力实验数据表精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 流体阻力测定实验序号Q(l/h) 近端压差远端压差u(m/s) 局部阻力压差阻力系数1 1000 58、5 59、3 1、573 57700 46、7 2 800 37、2 37、7 1、258 36700 46、4 0.001000.010000.100001.0000010.00000100100010000100000Re粗糙管光滑管图-5 直管摩擦系数与雷诺数 Re关联图请同学们在实验前预习抄写一六部分 ,装置图可不画 ,第七部分将实验数据表3、4、5 的表头画好,具体数据不填写精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - - -