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实验一:综合流体力学实验
一、实验目的
1、掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的实验方法;
2、测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re,验证在一般湍流区λ与Re的关
系;
3、测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ;
4、学会流量计的使用方法;
5、辨识组成管路的各种管件、阀门,并了解其作用。
二、实验原理
1.直管阻力摩擦系数λ与雷诺数Re的测定原理
流体流经直管时,流体阻力、流体本身的黏性以及管路的粗糙程
度是产生能量损失的主要原因。
当流体在水平等径直管中稳定流动时,阻力损失为:
流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩
擦系数有关,它们之间存在的关系为:
上式相连可得:也可为
,
雷诺数计算公式也可为
,
2、流体经过截止阀门的局部阻力系数ξ的测定原理
局部阻力损失测量法有:当量长度法和局部阻力系数法,本实验
采取局部阻力系数法流体通过某一管件或者阀门时的机械能损
失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数。
,可化为
λ直管阻力摩擦系数;
d直管内径,m;
压力降,;
Pa
流体流经直管的机械能损失;
P流体密度,kg/m3;
l直管长度,m;
u流体在管内流动的平均速度,m/s;
μ流体粘度,kg/(m*s);
三、实验设备及流程
1、实验设备
由水槽、离心泵、不同管径、材质的水管、阀门、管件、涡轮流
量计和U形流量计等所组成。实验管路部分有两段并联长直管,自上
而下分别为用于粗糙管直管阻力系数和光滑管直管阻力系数。同时在
粗糙直管和光滑直管上分别装有闸阀和截止阀,用于测定不同种类阀
门的局部阻力系数。水的流量使用涡流流量计测量,管路直管阻力和
局部阻力采用差压传感器测量。
2、实验流程
流体由水槽流经离心泵进入排出管路,首先经过一个流量调节阀
门,然后经过转子流量计,最后遇到三根平行的管路,最上方的管路
是一根粗糙管,主要用于测定粗糙管的摩擦阻力系数λ与雷诺数Re之
间的关系;第二根管是一根光滑管,主要用于测定光滑管的摩擦阻力
系数λ与雷诺数Re之间的关系,由于光滑管是透明的,也可用它进行
雷诺实验的演示;第三根管是中间安装了一个截止阀,主要用于测定
流体流经阀门的局部阻力系数ξ;且这几根管路每根管路的入口处都
有一个管路阀门,当测量某一跟管路时,需要将这一根管路的管路阀
门打开,其余管路阀门关闭。
四、实验步骤
1、测定流体流经直管时候的摩擦系数λ与雷诺数Re两者的关系曲线
(1)实验开始前,首先检查管路;关闭出口流量阀门,光滑管以及
截止阀管路的管路阀门;
(2)打开粗糙管的管路阀门、两个测压阀和压差变速器,启动离心
泵电源,调节出口流量阀门;
(3)测定之前测压管内可能存在空气,因此需要进行排气操作;将
下方两个排气阀打开,使管路与外界相通,排完后关闭两个排气阀,
同时关闭粗糙管路阀门,观察仪表盘上的压力降为0或者接近于0时,
才能继续操作,否则还要继续排气;
(4)排气结束后,打开粗糙管的管路阀门,调节离心泵出口流量阀
门,等转子流量计和压力传感器数据稳定之后记录一组数据;然后再
调节离心泵出口流量阀门,等转子流量计和压力传感器数据稳定之
后,记录另外一组数据,需记录10~15组数据;
(5)最后,我们用圆尺测量两个测压轴之间的长度,和水温读数,
查表取得,密度以及黏度,管路直径已知,用这些数可计算得到摩擦
系数λ与雷诺数Re,可画图得到两者的关系曲线。
2、测定流体经过截止阀门的局部阻力系数ξ
(1)摩擦系数λ与雷诺数Re测量完毕后,将管路切换到第三根管路
测定流体经过截止阀的局部阻力系数ξ;
(2)首先,我们将粗糙管的管路阀门和测压阀全部关闭,打开第三
根管的截止阀,调节一定开度,打开这根管上的对应测压阀,这里也
需打开测压管上的排气阀,进行排气操作,压力读数符合要求后,继
续操作;
(3)保持截止阀的开路不变,调
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