流体流动阻力的测定实验..docx

流体流动阻力的测定实验◆　1.1 实验内容　　（返回） （1）测定流体在特定材质和的直管中流动时的阻力摩擦系数λ，并确定λ和Re之间的关系。 （2）测定流体通过阀门或90o肘管时的局部阻力系数。◆　1.2 实验目的　　（返回）（1）了解测定流体流动阻力摩擦系数的工程定义，掌握采用量纲分析方法规划测定流体阻力实验的实验组织方法。 （2）测定流休流经直管的摩擦阻力和流经管件的局部阻山，确定直管阻力摩擦系数与雷诺数之间的关系。 （3）熟悉压差计和流量计的使用方法。 （4）认识组成管路系统的各部件、阀门升了解其作用。◆　1.3 实验基本原理　　（返回）　　流体管路是由直管、管件（如三通、肘管、弯头等）阀门等部件组成。流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的作用，不可避免地要消耗一定的机械能。流体在直管中流动的机械能损失称为直管阻力；而流体通过阀门、管件等部件时，因流动方向或流动截面的突然改变所导致的机械能损失称为局部阻力。在化工过程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位或压差，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。　　（1）直管阻力　　流体在水平的均匀管道中稳定流动时，由截面1流动至截面2的阻力损失表现为压力的降低，即　　　　　　　① 　　由于流体分子在流动过程中的运动机理十分复杂，影响阻力损失的因素众多，目前尚不能完全用理论方法来解决流体阻力的计算问题，必须通过实验研究掌握其规律。为了减少实验工作量，简化实验工作难度，并使实验结果具有普遍应用意义，可采用因次分析方法来规划实验。　　将所有影响流体阻力的工程因素按以下三类变量列出：　　① 流体性质：密度ρ，粘度μ　　② 管路几何尺寸：管径d，管长l，管壁粗糙度ε　　③ 流动条件：流速u。　　可将阻力损失hf与诸多变量之间的关系表示为：　　　　 　　② 　　根据量纲分析方法，可将上述变量之间的关系转变为无量纲准数之间的关系：　　　　 　　③ 其中 称为雷诺准数（Reynolds number），是表征流体流动形态影响的无量纲准数； 是表示相对长度的无量纲几何准数； 称为管壁相对粗糙度。将式③改写为：　　　　 　　④ 引入：　 ⑤则： 　 ⑥式⑥即为通常计算直管阻力的公式，其中，λ称为直管阻力摩擦系数。直管段两端的压差采用压差计测定，则　　　 　　⑦ 由式⑤可知，不管何种流体，直管摩擦系数λ仅与Re和有关。因此，只要在实验室规模的小装置上，用水作实验物系，进行有限量的实验，确定λ与Re和的关系，即可由式⑥计算任一流体在管路中的流动阻力损失。这也说明了因次分析理论指导下的实验方法具有“由小见大，由此及彼”的功效。 　　（2）局部阻力 　　局部阻力通常用当量长度法或局部阻力系数法来表示。 　　当量长度法：流体通过管件或阀门的局部阻力损失，若与流体流过一定长度的相同管径的直管阻力相当，则称这一直管长度为管件或阀门的当量长度，用符号le表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失。在管路计算时，可将管路中的直管长度与管件阀门的当量长度合并在一起计算，如管路系统中直管长度为l，各种局部阻力的当量长度之和为，则流体在管路中流动的总阻力损失为：　　　　　　⑧ 　　局部阻力系数法：流体通过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法，即　　　　一般情况下，由于管件和阀门的材料及加工精度不完全相同，每一制造厂及每一批产品的阻力系数是不尽相同的。1.4 实验设计　　（返回）　　实验方案　　用自来水做实验物料；由实验原理及式和知，当实验装置确定后，只要改变管路中流体流速u或流量q，测定相应的直管阻力压差ΔP1和局部阻力压差ΔP2，就能通过计算得到一系列的λ和ζ的值以及相应的Re的值；实验点的分布，要考虑到λ随Re的变化趋势，在小流量范围适当多布点。　　测试点及测试方法　　原始数据 有流速u (或流量q)，直管段压差ΔP1和局部段压差ΔP2，流体温度t（据此确定ρ、μ），此外还有管路直管d和直管长度l。 测试点 需在直管段两端和局部段两端各设需一对测压点，分别用以测定ΔP1和ΔP2，在管路中配置一个流量（或流速）和温度测试点，共6个测试点。测试方法直管段和局部段压差的测定：采用水银U型压差计（或用压差传感器）流速或流量的测定：工程上测量流量较测流速更为方便，如用涡轮流量计测定流量，则 q=示值读数 q为流量，单位为L/s。 温度的测定：用水银玻璃温度计测定，单位为[℃]。 原始数据记录表的格式如表1-1所示 　　控制点及调节方法　　实验中需控制调节的参数是流体流量Q，可在管路系统出口端设置一控制调节阀门，用以调节流量并保证整个管路系统满灌。　　实验装置和流程设计　　主要设备和部件　　离心泵　　循环水箱　　涡