实验1 流动过程综合实验

实验1 流动过程综合实验

实验1-1 流体阻力测定实验

一、实验目的

⒈学习直管摩擦阻力△P f 、直管摩擦系数λ的测定方法。

⒉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。 ⒊掌握局部阻力的测量方法。 ⒋学习压强差的几种测量方法和技巧。

⒌掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。 二、实验内容

⒈测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。

⒉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。 ⒊在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。

三、实验原理

⒈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：

h f = ρf

P ∆=2

2

u d l λ （1-1）

λ=

2

2u P l d f

∆⋅⋅ρ （1-2） Re =

μ

ρ

⋅⋅u d （1-3）

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。

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△P f 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（1-3）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。

⒉局部阻力系数ζ的测定

2

2

'u P h f

f ζρ

=∆=

' （1-4） 2'2u P f

∆⋅⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=ρζ （1-5）

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1-1 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 ＇)

为了实验方便，称(P b －P b ＇)为近点压差，称(P a －P a ＇)为远点压差。用差压传感器来测量。 四、实验装置

⒈本实验共有八套装置，第1~6套实验装置用图1-2所示的实验装置流程图，第7~8套实验装置用图1-3所示的实验装置流程图。

在图1-2中， 光滑管阻力系数流程：A →B （C →D ）→E →F →G →H →J →M →N →P ； 粗糙管阻力系数流程：A →B （C →D ）→E →F →G →H →K →L →O →P ；（C →D ）为流量小于2 m 3/h 时的流程。

⒉ 流量测量：在图1-2中由转子流量计和涡轮流量计测量，在图1-3中由转子流量计测量。

⒊ 直管段压强降的测量：差压变送器或倒置U 形管直接测取压差值。

图1-2 第1~6套流动过程综合实验装置流程图

⑴离心泵；⑵—大流量调节阀；⑶—小流量调节阀；⑷—被标定流量计；⑸—转子流量计；⑹—倒U管；

⑺⑻⑽—数显仪表；⑼—涡轮流量计；⑾—真空表；⑿—流量计平衡阀；⒁—光滑管平衡阀；

⒃—粗糙管平衡阀；⒀—回流阀；⒂—压力表；⒄—水箱；⒅—排水阀；⒆—闸阀；⒇—截止阀；［21］—变频器；a—出口压力取压点；b—吸入压力取压点；1-1’—流量计压差；2-2’—光滑管压差；

3-3’—粗糙管压差；4-4’—闸阀近点压差；5-5’—闸阀远点压差；6-6’—截止阀近点压差；

7-7’—截止阀远点压差；J-M—光滑管；K-L—粗糙管

图1-3 第7~8套流动过程综合实验装置流程图

1.—变频器

2.—功率表

3.—真空表

4.—不锈钢水泵

5.—压力表

6.

7.—流量调节阀

8.—光滑管

9.—粗糙管10.—被测局部阻力阀门11.12.—转子流量计13.—被测文丘里流量计14.—压力变送器15.—数显表16.17.18.—流向导通阀19.—频率表20.—涡轮流量计21.—倒置U型管22.—差压变送器23.—数字电压表24.—水箱

五、实验方法

第1~6套实验方法：

⒈按下电源和离心泵的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表第2～7路的初始值，关闭流量调节阀⑵⑶和回流阀⒀，按一下变频器上的启动按钮，启动离心泵。

⒉光滑管阻力测定：

(1)关闭截止阀⒇，将闸阀⒆全开，并旋开光滑管平衡阀⒁。

(2)在流量为零条件下，旋开倒置U形管左右旋钮，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U形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。操作方法如下：开大流量调节阀⑶，使倒置U形管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置U形管上部的放空阀，使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气—水柱；此时管内液柱高度差应为零。

(3)关闭光滑管平衡阀⒁，通过阀⑶调节流量。根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。

(4)直管段的压差：小流量时用倒置∪形管压差计测量，大流量时用差压数字表（第2路）测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取12～15组数据，建议流量读数在