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：a=0.4166n=0.50162“装置：a=0.4309n=0.4896 3“装置：a=0.3621 n=0.50584“装置：a=0.3638n=0.5029 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7—9 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 e(cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 70.51 64.31 59.81 56.48 54.71 53.05 51.90 51.02 f(cm) 30.20 36.25 40.45 43.65 45.32 46.97 48.07 48.86 Rf1(cm) c(cm) 91.11 77.72 68.33 60.75 56.92 53.20 50.40 48.49 CCl4 d(cm) 0.30 13.55 23.16 30.50 34.39 38.22 40.94 42.98 Rf2(cm) 13.59g·cm3 1.0g·cm3 CCl4密度 H2O 粘度 1.595g·cm3 ×Pa·S 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：a=0.4166 ；n=0.5016，可得 u=0.4166·R0.5016——① 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1.0g·cm3；μ 为流体（水）的粘度，取×Pa·S；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 Hf1(J/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