单相流动阻力测定实验

单向流动阻力测定实验

装置说明书

天津大学化工基础实验中心

2013．06

一、实验目的：

1.学习直管摩擦阻力△P f 、直管摩擦系数λ的测定方法。

2.掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。

3.掌握局部摩擦阻力△P f 、局部阻力系数ζ的测定方法。

4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。 二、实验内容：

1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。

2.测定并绘制实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。

3.测定管路部件局部摩擦阻力△P f 和局部阻力系数ζ。 三、实验原理：

1.直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定

流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。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，它们之间存在如下关系： 2

2

u d l h f

P f λρ

==∆ （1）

22u

P l d f

∆⋅⋅=

ρλ （2）μ

ρ

⋅⋅=

u d Re （3）

式中：-d 管径，m ； -∆f P 直管阻力引起的压强降，Pa ；

-l 管长，m ； -ρ流体的密度，kg / m 3；

-u 流速，m / s ； -μ流体的粘度，N ·s / m 2。

直管摩擦系数λ与雷诺数Re 之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定。若水温一定，则水的密度

ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降

f

P ∆与流速u （流量V ）之间的关系。

根据实验数据和式（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（3）

计算对应的Re ，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。

2．局部阻力系数ζ的测定: 2

2

'u P h f

f ζρ

=∆=

' （4） 2'2u P f

∆⋅⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=ρζ （5）

式中：-ζ局部阻力系数，无因次； -∆'f P 局部阻力引起的压强降，Pa ；

-'f h 局部阻力引起的能量损失，J ／kg 。

图-1 局部阻力测量取压口布置图

局部阻力引起的压强降'f P ∆ 可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a'和b-b ＇，见图1-1，使ab ＝bc a ＇b ＇＝b ＇c ＇ 则 △P f ，a b ＝△P f ，bc ； △P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇

在a~a ＇之间列柏努利方程式： P a －P a ＇ =2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （1-6） 在b~b ＇之间列柏努利方程式： P b －P b ＇ = △P f ，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f

= △P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （1-7） 联立式（1-6）和（1-7），则：'f P ∆＝2（P b －P b ＇）－（P a －P a ＇）

为了便于区分，称（P b －P b ＇）为近点压差，（P a －P a ＇）为远点压差。其数值通过差压传感器来测量。 四、实验装置基本情况:

1.实验装置技术参数

离心泵：型号WB 70/055 流量8m 3／h 扬程:12m 电机功率550W 被测直管段：光滑管管径d=0.0078 (m) 管长L-1.70 (m) 材料不锈钢

粗糙管管径d=0.01 (m) 管长L-1.70(m) 材料不锈钢

被测局部阻力直管:管径d=0.015(m) 管长L-1.70(m) 材料不锈钢

玻璃转子流量计：型号LZB—25 测量范围100~1000（L/h）

型号 LZB—10 测量范围10~100（L/h）压差传感器：型号LXWY 测量范围200 KPa

数字显示仪表: 温度测量 Pt100 数显仪表：AI501B

压差测量压差传感器数显仪表：AI501BV24

2. 单相流动阻力测定实验装置流程示意图（见图-2）

图-2 单相流动阻力测定实验装置流程示意图

1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；

7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U型管进出水阀；12-压力传感器；14-大流量调节阀；

15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；21-倒置U型管放空阀；22-倒置U型管；23-水箱放水阀；24-放水阀；

3. 单相流动阻力测定实验装置面板示意图见图-3

图-3 实验装置面板示意图

五、实验方法及步骤：

1.向储水槽内注水至水满为止。(最好使用蒸馏水，以保持流体清洁)

2.光滑管阻力测定：

①关闭粗糙管路阀门，将光滑管路阀门全开，在流量为零条件下，打开通向倒置U型管的进水阀，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡。需要进行赶气泡操作。导压系统如图三所示。操作方法如下：

加大流量，打开U型管进出水阀门11，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若观察气泡已赶净，将流量调节阀24关闭，U型管进出水阀11关闭，慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀26后，分别缓慢打开阀门3、4，使液柱降至中点上下时马上关闭，管内形成气—水柱，此时管内液柱高度差不一定为零。然后关闭放空阀26，打开U型管进出水阀11，此时U型管两液柱的高度差应为零（1—2mm的高度差可以忽略），如不为零则表明管路中仍有气泡存在，需要重复进行赶气泡操作。

②该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。

③差压变送器与倒置U型管亦是并联连接，用于测量压差，小流量时用∪型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行