实验一 四 流体阻力测定.doc

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1、实验一、流体流动阻力的测定一、实验目的1.学习直管摩擦阻力△pf、直管摩擦系数λ的测定方法；2.掌握直管摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系和测定方法及其变化规律；3.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的技巧；4.掌握坐标系的选用方法和双对数及半对数坐标系的使用方法；5.学习对实验数据进行误差估算的方法。二、基本原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，会产生能量损失。流体在直管中流动引起的能量损失称为直管阻力损失；而流体通过阀门、管件或突然扩大、突然缩小等处时，产生涡流形成阻力，习

2、惯称为局部阻力损失。1.直管阻力及直管阻力系数λ测定流体流过水平直管的阻力计算公式，常用以下各种形式表示：(1-1a)(1-1b)或(1-2)式中hf——以能量损失表示的阻力，J/kg；Hf——以压头损失表示的阻力，m液柱；l——两测压点之间的管道长度，m；d——直管内径，m；u——直管内流体的平均流速，m/s；ρ——流体的密度，kg/m3；λ——直管阻力摩擦系数，无因次；g——重力加速度，g=9.81m/s2。λ为直管摩擦系数，由于流体流动类型不同，产生阻力的原因也不同。层流时流体流动主要克服流体粘性作用

3、的内摩擦力。湍流时除流体的粘性作用外，还包括涡流信管壁粗糙度的影响，因此λ的计算式形式各不相同。计算层流直管压降可用哈根-泊谡叶公式(1-3)和式(1-2)比较可得：(1-4)由此可知：层流时，λ与管壁粗糙度无关，仅是雷诺数的函数。而湍流时，由于流体流动的复杂性，其λ不仅与雷诺数有关，还与管壁粗糙度有关。通过因次分析并进行相关整理得到：(1-5)经大量实验并拟合式(1-5)计算整理得到了一些计算λ的具体的半经验关系式，如：(1-6)此式适用于光滑管，Re在2500～105范围内。又如计算粗糙管的：(1-7)

4、此式所指的粗糙管为内径50～200mm的新钢铁管，Re在3×103～3×106范围内。对于其它情况可参考化工原理教材上册算图或化工设计手册。本实验是利用水实验，在管度、管径和管粗糙度一定的条件下，改变水的流量，测定一系列的压力降，然后分别计算λ和Re的值，并考察两者的关系。2.局部阻力和局部阻力系数ζ测定对于局部阻力的计算通常有两种表示方法：即当量长度法和阻力系数法：(1-8)式中，ζ称为局部阻力系数，无因次。它与管件的几何形状和Re有关。但当Re大到一定时，ζ与Re无关，成为定值。测定其局部阻力系数与测定

5、直管阻力系数类似。不过需要注意：测定压差时，测压孔不能紧靠管件，这是因为靠近管件时其压差很不稳定。所以实验中测量局部阻力时通常在管件前后都有一段距离，故所测压力降应包括直管阻力和局部阻力，计算时应予以减去。三、实验装置管路中直管直径为两种：测定直管阻力时，管径D1=20mm，测压间距(管长)l1=2m；管路中装有阀门用于测局部阻力，其管径D=32mm，测压间距l2=0.54m，阀门9调节流量。流量大小由涡轮流量计5测定。1.所用设备及仪表规格如下：(1)离心泵：型号；(2)循环水槽：9876543211贮水

6、槽2管道过滤器3离心泵4温度计5涡轮流量计6、8U型管差压计7、9阀门(3)涡轮流量传感器LWGY-25涡轮流量计由涡轮流量变送器和显示器仪表组成。涡轮流量变送器的结构如图所示。当流体流过时，冲击涡轮的叶片，使涡轮发生旋转，在一定流量范围和流体粘度下，涡轮的转速与流速成正比。当涡轮转动时，涡轮叶片切割置于该变送器壳休上的检测线圈所产生的磁力线，致使周期性地改变检测线圈电路上的磁阻，使通过线圈的磁通量发生周期性变化。检测线圈产生脉冲信号，该信号放大，送至显示器仪表，再经计算，即可获得流量示值。（转速与流速的关

7、系做实验时给）。2.涡轮流量计具有以下优点：(1)测量精度高。精度可以达到0.5级以上，在狭小范围内甚至可达0.1%，故可作为校验1.5～2.5级普通流量计的标准计量仪表。(2)对被测信号变化的反应快，被测介质为水时，时间常数一般为几ms(3)压力损失小，一般最大流量时压力损失不大于30Pa其流量系数为ξ，　　式中：Q总――流量；N――总脉冲数，即总转数。ξ――流量系数。（实验时给出数值）(4)转速数字显示仪：XJP-02A(5)U型差压计：指示剂为水银，ρ0=13600kg/m3(6)温度计0～100℃5

8、4312图1-2涡轮流量计结构示意图1涡轮　2导流器　3磁电感应转换器4　外壳　　5　前置放大器四、实验步骤1.实验前的准备工作(1)熟习实验装置及流程。观察U型差压计与神通管道上测压接头的连接位置。弄清排气和平衡旋塞的作用和使用方法。(2)将水槽注满水。(3)排出管道和测量系统内的气体。首先打开U型差压计的平衡阀，关闭排气旋塞，关闭泵的出口阀门(为什么？)，启动离心泵。然后慢慢打开离心泵出口阀门至最大循环，接着