实验四流体管内流动阻力测定.docx

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?的测定方法；了解测定?的工程意义。 ⒉掌握摩擦系数?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?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?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：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，a b ＝△Pf，bc ； △Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇ 在a~a＇之间列柏努利方程式： Pa－Pa＇ =2△Pf，a b+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，a b+△Pf，a＇b＇+ （4-12） 联立式(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2 m3/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