实验一流体流动阻力的测定

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ΔP 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 之间关系的测定方法及其变化规律

3、学会压差变送器和流量计的安装及使用方法。

4、识别组成管路中各个管件，阀门并了解其作用。

二、 实验内容

1、测定水在不同流量下，流过一段等直径水平管的流动阻力和直管摩擦系数。

2、测定不同流量下，流体经阀门或90°弯管时的流动阻力系数，检查数据的重复性。

三、基本原理

由于流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦，从而导致阻力损失。层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的；湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但可以通过实验研究，获得经验的计算式。其研究的基本步骤如下：

①寻找影响过程的主要因素

对所研究的过程作初步的实验和经验的归纳，尽可能地列出影响过程的主要因素。对湍流时直管阻力损失h f 与诸多影响因素的关系式应为：

h f =f(d,u,ρ,μ,l ,ε) (1) ②、因次分析法规划实验

当一个过程受多个变量影响时，通常用网络法通过实验以寻找自变量与因变量的关系，以（1）式为例，若每个自变量的数值变化10次，测取h f

的值而其他自变量保持不变，6个自变量，实验次数将达106

。为了减少实验工作量，需要在实验前进行规划，以尽可能减少实验次数。因次分析法是通过将变量组合成无因次数群，从而减少实验自变量的个数，大幅度地减少实验次数。 通过因次分析法可以将对（1）式的研究转变成对以下（2）式的4个无因次数之间的关系的研究。 即：

),,(

'2

d

d l du f u h f ε

μρ= （2） 其中，若实验设备已定，那么以上（2）式可写为：

2

),(2

u d l d du f h f ⋅⋅=εμρ （3）

若实验设备是水平直管，以上（3）式可写为：

2),(2

u d l d du f P

⋅⋅=∆εμρρ （4） 所以： 2

2

u d l P

⋅⋅=∆λρ （5） 即： ),(

d

du f ε

μρλ= （6） Re du ρ

μ

=

（7）

式中: ΔP f 一直管阻力引起的压强降。P a d 一管径。m 。 I 一直管长。m u 一流速。m/s

ρ--流体的密度。Kg/m 3

μ一流体的粘度。N.S/m 3

由（5）式可知，为了要测定（6）式的曲线关系，若装置已经确立，物系也已确定，那么λ只随R e 而变，实验操作变量仅是流量，改变流量的手段是阀门的开度，由阀门开度的变化达到改变流速u 的目的，因此在管路中需要安装一个流量计；在直径为d 、长度为l 的水平直管上，引出二个测压点，并接上一个压差计；实验体系确定后，ρ、μ是物性参数，它们只取决于实验温度，所以，在实验装置中需要安装测流体的温度计；再配上水槽、

泵、管件等组建成流体流动阻力实验流程。

局部阻力损失，用局部阻力系数法表示。即流体通过某一管件或者阀门的阻力损失用流体的局部阻力系数来表示。即。

22e

e P u h ξρ

∆=•=

问题引导：

1、流体直管内的雷诺数与在局部管件内的雷诺数是否相同？

2、流体在光滑直管内的阻力损失与在粗糙直管内的阻力损失是否相同？

四、实验装置

1、实验流程图

2、主要设备及仪表

压差变送器涡论流量计温度计控制阀水槽

1

1

BA一6离心式清水泵进口离心泵型号：P803

2

管材:镀锌白铁管（粗糙管）不锈钢管（光滑管）

3、设备参数：

光滑直管长：2.0m 粗糙直管长：2.0 m

管径：20.5mm 局部阻力管径：32.0mm

五、实验步骤

1.关闭控制阀，光滑管引压阀，关闭其它引压阀，启动泵。

2.系统排气

(1)总管排气：先将控制阀开足然后再关闭，重复三次，目的为了使

总管中的大部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开足后再关

闭，重复三遍。

(2)引压管排气：先将引压管总放气阀打开，再分别将各测压点的引

压阀打开放气，开、关重复三次。

(3)压差计排气：依次分别打开放气阀，开、关重复三次。

3. 检验排气是否彻底的方法是：将控制阀开至最大，再关至为零，看压

差变送器计读数，若前后读数相等，则判断系统排气彻底；若前后读

数不等，则重复上述2步骤。

4．由于系统的流量计采用涡轮流量计，其小流量受到结构的限制，因此，从大流量做起，实验数据比较准确。

5．实验布点

由于R e在充分湍流区时，λ～Re的关系是水平线，所以在大流量时少布点，而Re在比较小时，λ～Re的关系是曲线，所以小流量时多布点。先将控制阀开至最大，读取流量显示仪读数F大，然后关至压差显示值约0.3Kpa时，再读取流量显示仪读数F小，在F小和F大二个读数之间布14～16个点。

6．实验数据采集完后，关闭泵、关闭电源，结束实验。

注意事项：

1、由于调节流量阀，其仪表显示都有滞后性，故等各仪表显示稳定后

再读数。

2、在进行导压管排气时，切勿同时排气，一定要一节一节导压管排气。

3、开泵前，应将导压管全部阀门及管路总阀门关闭，为什么？

4、为了取得较好的实验效果，必须事先考虑好实验点的布置和测量的

次数。

六、实验报告的内容

1、将原始数据在计算机上进行数据处理，将数据处理结果伏贴在实验

报告上。

2、在双对数坐标纸上标绘直管阻力系数与雷诺数关系曲线，即λ一Re

关系曲线。

3、列出一组原始数据，写出计算过程,举例说明。

4、对实验结果进行讨论。

七、思考题

1、在进行测试系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门?为什么?

2、为什么实验数据测定前首先排净设备管道内和压差变送器导压管内

的空气？

3、以水为工作流体所测得λ一Re 曲线能否应用于空气？

4、为什么本实验数据须在双对数坐标纸上进行标绘?

5、你在本实验中掌握了哪些测试流量，压强的方法。它们各有什么特

点。

6、以累计流量和时间求体积平均流量时，往往采用二种方法：

A、确定流体体积，测定所需时间。

B、确定时间，测定所得到的流体体积。

7﹑在使用涡论流量计算器测定流体流量时，你将采用哪种方法？为什么？