管道流体阻力的测定‘

管道流体阻力的测定

一．实验目的

1. 掌握测定流体流动阻力的一般实验方法；

2. 测定直管摩擦系数λ及管件的局部阻力系数ξ；

3. 验证在一般里湍流区内λ与Ｒe 的关系曲线（ξ／d 为定值）。

二．实验装置

图1 实验装置图

１、本实验有"

2

11、"

1各二套装置，每套装置上设有二根测试用的管路，流体（水）流量用孔板

或文氏管流量计测量，由管路出口处的调节阀５调节其流量。

２、管路上设置三组Ｕ型差压计，分别用来测定流量、直管阻力和管件局部阻力相应的静压差，从测压孔引出的高低压管间有平衡阀相连，其连接情况及平衡阀的安装位置见图c 。差压计指示液有水银和四氯化碳。

三．基本原理和方法

不可压缩性流体在直管内作稳定流动时，由于粘滞性而产生摩擦阻力，即直管阻力。流体在流经变径、弯管、阀门等管件时，由于流速及其方向的变化而产生局部阻力。在湍流状态下，管壁的粗糙度也影响流体阻力，通常流体阻力用流体的压头损失H f 或压力降△p 表示，并可用实验方法直接测定。

１、直管阻力H f 及直管摩擦系数λ 直管阻力H f 及直管摩擦系数λ的关系为

2

2

1u d l H f ∙∙=λ ［Ｊ／kg ］ （１）

式中：1l ——直管的测试长度 ［m ］；d ——测试管的内径 ［m ］； u ——管内流体流速 ［m ／s ］。

流体以一定的速度u 经过内径为d ，长度为l 1的直管所产生的直管阻力H f 可用Ｕ型差压计测得，

若已测得的差压计读数为R f （cmccl 4）。根据柏努利方程（0,02

2

=∆=∆z u ）及流体静力学原理可得： g R g R p

H f f O

H O H ccl O

H f ∙=⨯∙∙-=∆=

-006.01022

2

4

2

ρρρρ ［Ｊ／kg ］ （２）

式中：g ＝９.８０７2

/s m

流体的流速u 可由孔板或文氏管流量计两边引出的差压计读数Ｒ（cm Ｈg ），按下式求得：

n aR u = ［m ／s ］

（3）

其中："1装置：a =0.4166 n=0.5016 "2装置：a =0.4309 n=0.4896

"3装置：a =0.3621 n=0.5058 "4装置：a =0.3638 n=0.5029

于是由式（1），（2），（3）可得n

f f R

u l g dR u

l dH 2

12

1012.02∙=

=

λ （4）

又已知雷诺数 μ

ρ

du =

Re （5）

式中：ρ——流体（水）的密度 [kg/3

m ]； μ——流体（水）的粘度 [Pas]。 若测得流体的操作温度t ，查取ρ、μ，再根据一对

u f H -值，由式（4），（5）便可求得一对Re

-λ值，因而，在不同流速下，可得到一系列Re -λ值，标绘在双对数坐标纸上，即可得到Re -λ关系曲线。

2、局部阻力H ’f 与局部阻力系数ζ； 局部阻力H ’f 与局部阻力系数ζ的关系为：

[J/kg] （6）

管件的局部阻力也可由U 型差压计测取，但因管件所引起的流速大小和方向的变化而产生旋涡，需要在相当长的管道内才能消除，故只能先测定包括被测管件在内的一段直管l 2的总阻力∑f

H

，然

后减去这一段直管l 2的直管阻力H f1，就可得到管件的局部阻力H ’f 。

1

2

1'

l l H H H H H f f f f f ∙

-=-=

∑∑ （7） 若已测得包括管件在内的压差读数为R ’f （cmHg ），利用式（2）可得：

g R H

f f

∙=∑'126.0 [J/kg]

于是由式（3），（6），（7）得

n

f f f R

a l l g R g R u

H 22

1

2'2

'012.0252.02∙-∙=

=

ζ （8）

通过实验测得不同流速u 下对应的H ’f 值，利用式（5）、（8）便可算出不同Re 下的ζ值，ζ值与管件的几何形状及流体的Re 有关。但当Re 大到一定值后，ζ值与Re 关系为一定值。

四．实验步骤

1、先给泵充水，关闭出口阀，再启动泵。然后打开出口阀至最大；

2、排除管路系统内积存的空气，为此全开各管路的阀门及差压计的A 、B 、C 阀，排尽系统和引压管线中的空气，然后关闭流量调节阀，使流速为零，并关闭各U 型差压计上的平衡阀C ，如果差压计读数为零时，则表示系统内空气已排净。若差压计读数不为零，则需重新排气。

3、测量数据，整个实验测取7—9组数据，要求实验点分布均匀。最简易的方法是从最大流量做起，调小流量时，流量计的压差读数R 每次均较前次减少三分之一。

4、打开差压计平衡阀C ，关闭出口流量调节阀，结束本实验。

五、实验数据记录及处理

表1：实验装置参数

表2：其他数据

表3：原始数据

根据n

aR u =，且"1装置：a =0.4166 ；n=0.5016，可得

u=0.4166·R 0.5016

—— ①

将由孔板或文氏管流量计两边引出的差压计读数R f1（cm Ｈg ），代入①式，计算得流体的流速u 并记录在表4中；

根据 ——②

R f2为直管所产生的直管阻力测得的差压计读数，将其代入②式，计算得直管阻力H f 并记录在表4中；

根据 ——③

H f 为直管阻力，u 为流体的流速，代入③式，计算得直管摩擦系数λ并记录在表4中； 根据

μ

ρ

du =

Re ——④

ρ为流体（水）的密度，取1.0g ·cm 3；μ为流体（水）的粘度，取1.005×10-3 Pa ·S ；d 为直管直径，取0.035m 。将上述数据代入式④，计算得不同流速雷诺数Re 并记录在表4中；

表4：数据处理结果

根据计算所得直管摩擦系数λ和雷诺数Re ，分别计算其对数得lg λ和lgRe ，如下： 表5：lg λ和lgRe

将上表数据标绘在双对数坐标纸上，即可得到Re -λ关系曲线。 如下图所示：