流体阻力测定实验
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流体阻力测定实验实验指导书
环境与市政工程学院
2015年11月
一、实验目的:
1.学习直管摩擦阻力f P ∆,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f P ∆,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f P ∆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:
直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数,即)/(Re,d f ελ=,对一定的相对粗糙度而言,(Re)f =λ。
流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时,其管路阻力引起的能量损失为: ρ
ρf
f P P P h ∆=-=
2
1 (1)
又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系(范宁公式)
2
2u d l h f
P f λρ
==
∆ (2)
整理(1)(2)两式得 2
2u P l d f
∆⋅⋅=ρλ (3) μ
ρ
⋅⋅=
u d Re (4)
式中: -d 管径,m ; -∆f P 直管阻力引起的压强降,Pa ;
-l 管长,m ; -u 流速,m / s ;
-ρ流体的密度,kg / m 3; -μ流体的粘度,N ·s / m 2。
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△P f 与流速u (流量V )之间的关系。
根据实验数据和式(3)可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ,用式(4)计算对应的Re ,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 22
'u P h f
f ζρ
=∆=
' 2'2u
P f ∆⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ρζ 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,在上、下游各开两对测压口a-a'和b-b '如图-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 (5) 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 (6) 联立式(5)和(6),则:'f P ∆=2(P b -P b ')-(P a -P a ')
为了实验方便,称(P b -P b ')为近点压差,称(P a -P a ')为远点压差。其数值用差压传感器来测量。
四、实验装置的基本情况: 1.实验装置流程示意图:
图-2 流动过程综合实验装置流程示意图
1-水箱;2-水泵;3-入口真空表;4-出口压力表;5、16-缓冲罐;6、14-测局部阻力近端阀;7、15-测局部阻力远端阀;8、17-粗糙管测压阀;9、21-光滑管测压阀;10-局部阻力阀;11-观测段;12-压力传感器;13-涡流流量计;18、25、26-阀门;19-普通管阀;20-粗糙管阀;22-小转子流量计;23-大转子流量计; 24水箱放水阀;27- 倒U型管放空阀;28-倒U型管;30、32-倒U型管排水阀;29、31-倒U型管平衡阀
实验装置流程简介
流体阻力测量:
水泵2将储水槽1中的水抽出,送入实验系统,经玻璃转子流量计22、23测量流量,然后送入被测直管段测量流体流动阻力,经回流管流回储水槽1。被测直管段流体流动阻力ΔP可根据其数值大小分别采用变送器12或空气—水倒置U型管来测量。
2.实验设备主要技术参数:
表-1实验设备主要技术参数
序号名称规格材料
1 玻璃转子流量计LZB~25 100~1000(L/h)VA10~15F 10~100(L/h)
2 压差传感器型号LXWY 测量范围0~200 KPa 不锈钢
3 离心泵型号WB70/055 不锈钢
4 实验管路管径0.045m 实验管路
5 真空表测量范围-0.1-0MPa 精度1.5级,
真空表测压位置管内径d1=0.041m
真空表
6 压力表测量范围0~0.6MPa 精度1.5级
压强表测压位置管内径d2=0.041m
压力表
7 涡轮流量计型号LWY-40 测量范围2—20m3/h 涡轮流量计
表-2 实验设备主要技术参数
光滑管:管径d-0.008(m) 管长L-1.70(m)
粗糙管:管径d-0.010(m) 管长L-1.70(m)
真空表与压强表测压口之间的垂直距离h
=0.41m
3.实验装置面板图:
图-3 实验装置仪表面板图
五、实验方法及步骤:
1.流体阻力测量
(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)