流体阻力实验介绍.docx

流体流体阻力的测定实验目的及任务掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管的局部阻力系数ξ。测定层流管的摩擦阻力。验证在湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。将所得的光滑管的λ-Re与Blasius方程相比较。基本原理直管摩擦阻力不可压缩流体（如水），在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然变化，产生局部阻力。影响流体流动阻力的因素较多，在工程上通常采用量纲分析方法简化实验，得到在一定条件下具有普遍意义的结果，其方法如下。流体流动阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸，以及流动状态有关，可表示为：Δp=f (d,l,u,p,μ,ε)引入无量纲数:雷诺数相对粗糙度管子长径比从而得到：令可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定。———————————（1）式中----直管阻力，；----被测管长，；----被测管内径，；----平均流速，；----摩擦阻力系数。当流体在一管径为d的圆形管中流动时，选取两个截面，用U形压差计测出这两个截面间的静压强差，即为流体流过两截面间的摩擦阻力。根据伯努利方程找出不同Re静压强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可以得出某一相对粗糙度下管子的Re关系。在湍流区内摩擦阻力系数=f(Re,/d),对于光滑管，大量实验证明，当Re在3103105的范围内，与Re的关系遵循Blasius关系式，即————————————（2）对于粗糙管，与Re的关系均已莫狄摩擦系数图来表示。如下图所示。图1，莫狄摩擦因数图层流的摩擦阻力系数：——————————————（3）2、局部阻力—————————————（4）式中,为局部阻力；ξ为局部阻力系数，它与流体流过的管件的几何形状及流体的Re有关，当Re大到一定值后，ξ与Re无关，成为定值。装置和流程本实验装置如下图所示，管道水平安装，实验用水循环使用。其中5管为层流管，管径Ф（61.5）mm,两测压点之间的距离为1.50m；6、7安装有球阀和截止阀两种管件，管径为Ф（273）mm；8管为d=20.5mm不锈钢管；9管为d=22.0mm镀锌钢管，直管阻力的两测压口间的距离为1.5m；10管为突然扩大管，管子由d1=16.0mm扩大到d2=42.0mm。各测压元件两测压口，均与压差传感器相连（但各口都有阀门，可以切换），系统流量由涡轮流量计3测量。图2流体阻力实验带控制点工艺流程1—水箱；2—水泵；3—涡轮流量计；4—主管路切换阀；5—层流管；6—截止阀；7—球阀；8—不锈钢阀；9—镀锌钢管；10—突扩管；11—流量调节阀（闸阀）；12—层流管流量阀（针阀）；13—变频仪实验操作要点⑴开泵：打开各管路的切换阀门，关闭流量调节阀11按变频仪13绿色按钮启动泵，固定转速（频率在50Hz），观察泵出口压力表读书在0.2MPa左右时，即可开始实验。⑵排净系统（各主管及测压管线）气体：设备主管和测压管线中的气体都要排净，其方法是打开流量调节阀11数十秒钟后在关闭。这是流量为零，待数十秒钟观察压差传感器指示示数是否为零（允许有13Pa的波动，可记录和在计算时扣除），否则，要重新排气。⑶实验测取数据：需测定哪个元件，则打开哪个管路的切换阀和测压管线上的切换阀门，其余管路的切换阀和测压管线上的切换阀都关闭。流量由小到大，测取810组数据，测定突然扩大管的局部阻力时测取3组数据。层流管的流量用量筒与秒表测取。⑷测完一个元件（如一根管）的数据后，应将流量调节阀11关闭，观察压差传感器指示示数是否为零（允许13Pa波动，可记录和在计算时扣除），否则，要重新排气。⑸层流实验时，应关闭流量调节阀11，调变频仪13频率，应调至1215Hz情况下，用层流流量调节阀（针阀）12调节流量，用量筒与秒表测取数据。数据处理1.原始数据表(1)不锈钢管路原始数据光滑管l/md/m(p1-p2)/kPa1.50.02050.02序号水流量qv/(m3/h)压降Δp/kPa水温T/°C10.750.4319.820.950.642031.080.8220.141.281.0920.151.852.0820.262.503.6020.473.055.1220.683.657.1220.894.149.0021104.7511.521.1（2）镀锌钢管路原始数据粗糙管l/md/m(p1-p2)/kPa1.50.0220.00序号水流量qv/(m3/h)压降Δp/kPa水温T/°C10.740.3821.920.880.5221.931.160.8221.941.441.1821.951.811.7821.