食工原理

江苏大学

系别：食品科学与工程

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实验一 管路沿程阻力测定

一、 目的

1.掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。

2.测定流体流过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数λ与Re 的关系。

3.测定流体流过管件时的局部阻力，并求出阻力系数ξ。

4.学会压差计和流量计的使用。

二、原理

流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免的会引起压强损耗。这种损耗包括流体流经直管的沿程阻力以及流体流动方向的改变或因管子大小、形状的改变所引起的局部阻力。

1．沿程阻力

流体在水平均匀管道中稳定流动时，由截面1到截面2，阻力损失表现为压强降低：

12

f p p h -=

ρ

湍流流动时，影响阻力损失的因素十分复杂，目前尚不能完全用理论的方法求解，必须通过实验研究其规律。为减少工作量，扩大实验结果的应用范围， 影响阻力损失的因素有

1）流体性质；密度ρ

2）管路的几何尺寸：管径d ,管长l ,管壁粗糙度ε 3）流速u 。

变量关系可以表示为：(,,,,,)p f d l u μρε∆=

根据伯努利方程可知，流体流过直管的沿程阻力损失，可直接由所测得的液柱压差计读书R （m ）算出：(-g p R ρρ∆=指水） 2、局部阻力 ⑴当量长度法

2

f ()2

e l l u

h d λ+∑∑=∙

⑵阻力系数法

流体流经某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数

p h 表示：2·2

p u h =ζ

式中：ζ----局部阻力系数，无因次

u----在小截面管中流体的平均流速（m/s ） 由伯努利方程：2

/

4

s u V d π（m/s ） s V ---平均流量(3m /s)

三、实验装置与流程

1．本实验装置及设备主要参数。

被测原件：镀锌水管，管长2.0m ，管径（公称直径）0.021m ；闸阀D=34

”。

1）测量仪表：U 形压差计（水银指示液）；LW-15型涡轮流量计（精

度0.5级，量程0.4~4.0m 3 / h ，仪器编号Ⅰ的仪表常数为599.41（次/升），仪器编号为Ⅱ的仪表常数为605.30（次/升），MMD 智能流量仪）。

2）循环水泵。 3）循环水箱。

4）DZ15-40型自动开关。

1)水箱 2)控制阀 3)放空阀 4)U 形压差计 5)平衡阀 6)放空阀 7)排液阀 8)数显温度表 9)泵 10)涡轮流量计 11)取压计 12) U 形压差计 13) 闸阀 14)取压孔

四、实验操作步骤及注意事项

1.水箱充水至80%。

14

2.仪表调整（涡轮流量计、MMD智能流量仪按说明书调节）。

3.打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀。

4.启动循环水泵（首先检查泵轴是否转动，全开阀13，关闭阀2，后启动）。

5.排气：(1)管路排气；(2)测压管排气；(3)关闭平衡阀，缓慢旋动压差计

上放气阀排除压差计中的气泡（注意：先排进压管后排出压管，以防

压差计中水银冲走），排气完毕。

6.读取压差计零位读数。

7.开启调节阀至最大，确定流量范围，确定实验点（8~10个），测定直管

部分阻力和局部阻力（闸阀全开时）。

8.测定读数：改变管道中的流量读出一系列流量V s、压差△p1 （或△p2）。

注意：每改变一次流量后，必须等流动稳定后，才能保证测定数据的准

确。

9.实验装置恢复原状，打开压差计上的平衡阀，并清理实验场地。

五、实验数据

实验装置号：Ⅱ，被测管长：2.0m ，被测管径：0.021m

计算过程（以序号１为例）：

445312/1268Re 12g 2368 3.99309168 1.12a a

Vs m s d P R P R g P P d P lu u du ρρρρλρπρμ-322

4-4

11221244⨯6⨯10/605.30==3.,∙3.14⨯0.021

0.021⨯3.⨯99.=

=8.⨯10,8⨯10∆=()=0.3⨯(1360099.)⨯9.81=⨯10∆=()=0.⨯(1360099.)⨯9.81=⨯102∆====指水

指水－－－－443.9938668121.12 2.316812

P u ζρ22222⨯0.021⨯⨯10=0.099.⨯2.0⨯3.2∆2⨯⨯10===99.⨯3.

七、结果分析与讨论

1.用双对数坐标纸关联一定ε/d 下，λ和Re 的关系，并用实验结果估算一工程问题的阻力损失。

答: 一定ε/d 下，λ和Re 的关系见下图：

22

1212866320.14 1.2951.43/f f p l u u

h h h d J kg

λζ22=+=∙∙+∙22

2.03.3.=0.0⨯⨯+2.⨯

0.02122

=4+1=∑

2、根据所得到的λ和Re 的关系，验证伯拉修斯公式。 答：柏拉修斯公式：

0.25

0.3164Re

=λ ，当Re=1248.⨯10时，

λ=0.019，即在此条件下柏拉修斯公式不成立。

3、为什么测定数据前首先要赶尽设备和测压管中的空气？怎样赶走？ 答：因为在测量时设备和测压管中的空气会导致U 型管中液面发生变化，即读数不准确。

排尽空气的办法：先打开平衡阀，关闭其它阀，然后打开管路阀门，将里面的空气全部排尽后关上阀门。先打开测压管进压管阀门，等到玻璃小球内无气泡便关闭阀门，再打开排出压管阀门至小玻璃小球内无气泡后关闭。然后打开平衡阀，观察测压管液面的变化情况，若U 型管两边读数相同则空气已排尽。

4、在进行测试系统的排气工作时，是否要关闭系统的出口阀？为什么？ 答：必须关闭系统的出口阀，因为这样才能通过U 形压差计的液面是否变化判断系统的排气是否完全。

5、U 形压差计上装设平衡阀有何作用？什么时候开着？什么时候关闭？ 答：作用是：平衡U 形压差计两边的气压；实验开始之前关闭，在启动离心泵之前打开，测压管排完气后关闭，实验结束后再打开。