流体流动阻力的测定.doc

流体流动阻力的测定

一、实验目的
（l）测定流体流过直管的阻力，确定摩擦因数A与雷诺数Re的关系；
（2）测定阀门的阻力系数ξ；
（3）了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的法构特点和安装方式．掌握其测量原理、学会正确使用．
二、基本原理
流体在由直管和管件(三通、肘管、大小弯头)、阀门组成的管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在,不可避免地要消耗一定的机械能。流体在直管中流动造成机械能损失称为直管阻力损失,用Hp表示。而流体流经阀门管件等的局部障碍所造成的机械损失, 称为局部阻力损失,用He表示。
直管阻力损失,表现在水平均匀管路中两截面的压强降低,即。
因为影响阻力损失的因素很多,即 所以,我们采用因次分析指导下的实验研究方法。根据因次分析法,将组合成无因次式：
(1)
变换(1)式, 得 (2)
由(2)式可知 (3)
(3)式中的λ, 即为直管摩擦系数, 它可表示成。它只是雷诺数及管壁相对粗糙度的函数,确定它们之间的关系,只要用水作物系,在实验室规模的装置中进行有限量的实验即可得知, 知道了λ的值,就可计算任何物系的流体在管道中的阻力损失,使实验结果具有普遍意义。
局部阻力损失,用局部阻力系数法表示,即用动能系数来表示,可写成
。

三、流程示意图

四、操作要点
(一)、排气
1.总管路排气
关闭出口控制阀，压差计平衡阀、局部阻力闸阀全开，启动泵。全开出口控制阀,让水流动10～15秒钟后再将其关闭,再打开总管路排气考克,让水排出10～15秒后关闭排气考克。
2.测压导管排气
打开压差计的平衡阀,将“U”型计上方两个排气的考克轮流“开启”、“关闭”数次。
3.压差计排气
关闭压差计上方的平衡阀,将“U”型计上方的两个排气考克轮流“开启”、“关闭”数次。注意不能让水银冲出,排气时要特别小心。
(二)、局部阀开度的调节
排气工作完成后,把全开着的闸阀（测局部阻力）逐渐关闭,记录其旋转的圈数。再逐渐将闸阀旋开,估计压差计水银不会冲出时, 打开出口控制阀至最大,再逐渐开大闸阀,直至压差计水银所显示的直管压降和局部压降大约相等为止。记下开了几圈，估算出阀门的开度。
(三)测试
上述步骤完成,然后依次从大到小调节流量并测得相应的涡轮流量计“转速”、“直管阻力压差”及“局部阻力压差”。在安排测试点时,大流量稀一些,小流量密一些。
四、原始数据记录
Ⅰ号设备：
(一)、设备参数(Ⅰ)
1. 蜗轮流量变送器编号:
2. 蜗轮流量变送器仪表常数:
3.管道材质: 镀锌白铁管、
(二)原始数据记录（局部阻力：闸阀开度=4/9）
1.常数记录
管长L1: 2m； 管径:d1=20.5mm；d2=32.5mm； 水温:℃；
2.实验记录
转速表读数 直管压差(kpa) 局部压差（闸阀）(kpa)
(脉冲/秒) 左 右 左 右

五、数据处理
为了简化计算，可采用常数归纳法，将计算式中不变的物理量合并成计算常数．整理成下述计算式．
式中：A、B、C”为归纳的计算常数．

将处理后的数据填入数据处理表中．依表中数据在双对数坐标纸上绘制λ-Re图
六、实验报告的主要内容
（1）将实验数据整理成λ-Re数据表．在双对数坐标纸上绘制λ-Re曲线．
（2）确定阀门的阻力系数
七、思考题
（1）为了确定λ-Re的函数关系要测定哪些数据？宜选用什么仪器仪表来测定？如何处理数据？
（2）为什么要进行排气操作？如何排气？为什么操作失误可能将U形管中的水银冲走？
（3）不同管径、不同水温下测定的 λ-Re数据能否关联到一条曲线上，为什么？
（4）以水为工作流体测定的λ-Re曲线能否用于计算空气在管内的流动阻力，为什么？