管道流体阻力的测定‘

管道流体阻力的测定管道流体阻力的测定 一．实验目的 1. 掌握测定流体流动阻力的一般实验方法； 2. 测定直管摩擦系数 λ 及管件的局部阻力系数ξ； 3. 验证在一般里湍流区内λ 与Ｒe 的关系曲线（ξ／d 为定值） 。 二．实验装置 图 1 实验装置图 1 “ １、本实验有1、1各二套装置，每套装置上设有二根测试用的管路，流体（水）流量用孔板 2 或文氏管流量计测量，由管路出口处的调节阀５调节其流量。 ２、管路上设置三组Ｕ型差压计，分别用来测定流量、直管阻力和管件局部阻力相应的静压差， 从测压孔引出的高低压管间有平衡阀相连，其连接情况及平衡阀的安装位置见图 c。差压计指示液有 水银和四氯化碳。 “ 三．基本原理和方法 不可压缩性流体在直管内作稳定流动时，由于粘滞性而产生摩擦阻力，即直管阻力。流体在流经 变径、弯管、阀门等管件时，由于流速及其方向的变化而产生局部阻力。在湍流状态下，管壁的粗糙 度也影响流体阻力， 通常流体阻力用流体的压头损失Hf或压力降△p 表示， 并可用实验方法直接测定。 １、直管阻力 Hf及直管摩擦系数 λ 直管阻力 Hf及直管摩擦系数 λ 的关系为 l 1 u2 H f  ［Ｊ／kg］（１） d2 式中l1直管的测试长度［m］ ；d测试管的内径［m］ ； u管内流体流速 ［m／s］ 。 流体以一定的速度 u 经过内径为 d，长度为 l1的直管所产生的直管阻力Hf可用Ｕ型差压计测得， u2  0,z  0）及流体静力学原理可得 若已测得的差压计读数为Rf（cmccl4） 。根据柏努利方程（ 2 H f  p  H O 2  ccl  H O  R f  g102 0.006R f  g ［Ｊ／kg］（２）  H O 42 2 式中g＝９.８０７m/s 流体的流速u可由孔板或文氏管流量计两边引出的差压计读数Ｒ（cmＨg） ，按下式求得 2 u  aRn ［m／s］（3） 其中1“装置a0.4166n0.50162“装置a0.4309n0.4896 3“装置a0.3621 n0.50584“装置a0.3638n0.5029 于是由式（1） ， （2） ， （3）可得 2dH f l 1u 2  0.012dR f  g l 1u R 2n （4） 又已知雷诺数 Re  du  （5） 式中ρ 流体（水）的密度[kg/m]； μ 流体（水）的粘度[Pas]。 若测得流体的操作温度 t， 查取ρ 、 μ ， 再根据一对 3 H f u 值， 由式 （4） ，（5） 便可求得一对 Re 值，因而，在不同流速下，可得到一系列Re值，标绘在双对数坐标纸上，即可得到 Re关系 曲线。 2、局部阻力 H’f与局部阻力系数ζ ； 局部阻力 H’f与局部阻力系数ζ 的关系为 [J/kg]（6） 管件的局部阻力也可由U 型差压计测取，但因管件所引起的流速大小和方向的变化而产生旋涡， 需要在相当长的管道内才能消除， 故只能先测定包括被测管件在内的一段直管l2的总阻力 后减去这一段直管 l2的直管阻力 Hf1，就可得到管件的局部阻力H’f。 H f  H f ， 然 H f  H f 1 H f  H f   0.126R f  g [J/kg] l 2 （7） l 1 若已测得包括管件在内的压差读数为R’f（cmHg） ，利用式（2）可得 H f 于是由式（3） ， （6） ， （7）得  2H f u2 0.252R f  g 0.012R f  g  a R 22n l 2 l 1 （8） 通过实验测得不同流速 u 下对应的 H’ f 值，利用式（ 5） 、 （8）便可算出不同Re 下的ζ 值，ζ 值与 管件的几何形状及流体的Re 有关。但当 Re 大到一定值后，ζ 值与 Re 关系为一定值。 四．实验步骤 1、先给泵充水，关闭出口阀，再启动泵。然后打开出口阀至最大； 2、排除管路系统内积存的空气，为此全开各管路的阀门及差压计的A、B、C 阀，排尽系统和引 压管线中的空气，然后关闭流量调节阀，使流速为零，并关闭各U 型差压计上的平衡阀C，如果差压 计读数为零时，则表示系统内空气已排净。若差压计读数不为零，则需重新排气。 3、测量数据，整个实验测取79 组数据，要求实验点分布均匀。最简易的方法是从最大流量做 起，调小流量时，流量计的压差读数R 每次均较前次减少三分之一。 4、打开差压计平衡阀 C，关闭出口流量调节阀，结束本实验。 五、实验数据记录及处理 表 1实验装置参数 离心泵型号 轴功率 杨程 直管内径 表 2其他数据 Hg 密度 H2O 密度 表 3原始数据 Hg NO ecm 1 2 3 4 5 6 7 8 70.51 64.31 59.81 56.48 54.71 53.05 51.90 51.02 fcm 30.20 36.25 40.45 43.65 45.32 46.97 48.07 48.86 Rf1cm ccm 91.11 77.72 68.33 60.75 56.92 53.20 50.40 48.49 CCl4 dcm 0.30 13.55 23.16 30.50 34.39 38.22 40.94 42.98 Rf2cm 13.59gcm3 1.0gcm3 CCl4密度 H2O 粘度 1.595gcm3 PaS IS50-32-125A 0.9 千瓦 17m 0.035m 流量 效率 转数 直管长度 11.5M3/h 57 2900 转/分 1m 40.31 28.06 19.36 12.83 9.39 6.08 3.83 2.16 90.81 64.17 45.17 30.25 22.53 14.98 9.46 5.51 根据u  aR，且1“装置a0.4166 ；n0.5016，可得 u0.4166R0.5016① n 将由孔板或文氏管流量计两边引出的差压计读数 Rf1（cmＨg） ，代入①式，计算得流体的流速 u 并记录在表 4 中； 根据② Rf2为直管所产生的直管阻力测得的差压计读数，将其代入②式，计算得直管阻力Hf并记录在表 4 中； 根据③ Hf为直管阻力，u 为流体的流速，代入③式，计算得直管摩擦系数λ 并记录在表 4 中； 根据 Re  du  ④ ρ 为流体（水）的密度，取1.0gcm3；μ 为流体（水）的粘度，取PaS；d 为直管 直径，取 0.035m。将上述数据代入式④，计算得不同流速雷诺数Re 并记录在表 4 中； 表 4数据处理结果 NO 1 2 3 4 5 6 7 8 流速m/s 2.661 2.219 1.842 1.498 1.281 1.030 0.817 0.613 直管阻力 Hf1J/kg直管摩擦系数 λ雷诺数 Re 14.205 10.038 7.066 4.732 3.524 2.343 1.480 0.862 0.1