综合流体力学实验报告

实验一：综合流体力学实验

一、实验目的

1、掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的实验方法；

2、测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re，验证在一般湍流区λ与Re的关系；

3、测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ；

4、学会流量计的使用方法；

5、辨识组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、实验原理

1.直管阻力摩擦系数λ与雷诺数Re的测定原理

流体流经直管时，流体阻力、流体本身的黏性以及管路的粗糙程度是产生能量损失的主要原因。

当流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：

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，它们之间存在的关系为：

上式相连可得：，也可为

雷诺数计算公式，也可为

2、流体经过截止阀门的局部阻力系数ξ的测定原理

局部阻力损失测量法有：当量长度法和局部阻力系数法，本实验采取局部阻力系数法------流体通过某一管件或者阀门时的机械能损

失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数。

，可化为

λ--- 直管阻力摩擦系数;

d --- 直管内径，m;

---压力降，Pa;

---流体流经直管的机械能损失；

P --- 流体密度，kg/m3；

l --- 直管长度，m;

u --- 流体在管内流动的平均速度，m/s;

μ--- 流体粘度，kg/（m*s）;

三、实验设备及流程

1、实验设备

由水槽、离心泵、不同管径、材质的水管、阀门、管件、涡轮流量计和U形流量计等所组成。实验管路部分有两段并联长直管,自上而下分别为用于粗糙管直管阻力系数和光滑管直管阻力系数。同时在粗糙直管和光滑直管上分别装有闸阀和截止阀,用于测定不同种类阀门的局部阻力系数。水的流量使用涡流流量计测量,管路直管阻力和局部阻力采用差压传感器测量。

2、实验流程

流体由水槽流经离心泵进入排出管路，首先经过一个流量调节阀门，然后经过转子流量计，最后遇到三根平行的管路，最上方的管路是一根粗糙管，主要用于测定粗糙管的摩擦阻力系数λ与雷诺数Re之间的关系；第二根管是一根光滑管，主要用于测定光滑管的摩擦阻力系数λ与雷诺数Re之间的关系，由于光滑管是透明的，也可用它进行雷诺实验的演示；第三根管是中间安装了一个截止阀，主要用于测定流体流经阀门的局部阻力系数ξ；且这几根管路每根管路的入口处都有一个管路阀门，当测量某一跟管路时，需要将这一根管路的管路阀门打开，其余管路阀门关闭。

四、实验步骤

1、测定流体流经直管时候的摩擦系数λ与雷诺数Re两者的关系曲线（1）实验开始前，首先检查管路；关闭出口流量阀门，光滑管以及截止阀管路的管路阀门；

（2）打开粗糙管的管路阀门、两个测压阀和压差变速器，启动离心泵电源，调节出口流量阀门；

（3）测定之前测压管内可能存在空气，因此需要进行排气操作；将下方两个排气阀打开，使管路与外界相通，排完后关闭两个排气阀，同时关闭粗糙管路阀门，观察仪表盘上的压力降为0或者接近于0时，才能继续操作，否则还要继续排气；

（4）排气结束后，打开粗糙管的管路阀门，调节离心泵出口流量阀门，等转子流量计和压力传感器数据稳定之后记录一组数据；然后再调节离心泵出口流量阀门，等转子流量计和压力传感器数据稳定之后，记录另外一组数据，需记录10~15组数据；

（5）最后，我们用圆尺测量两个测压轴之间的长度，和水温读数，查表取得，密度以及黏度，管路直径已知，用这些数可计算得到摩擦系数λ与雷诺数Re，可画图得到两者的关系曲线。

2、测定流体经过截止阀门的局部阻力系数ξ

（1）摩擦系数λ与雷诺数Re测量完毕后，将管路切换到第三根管路测定流体经过截止阀的局部阻力系数ξ；

（2）首先，我们将粗糙管的管路阀门和测压阀全部关闭，打开第三根管的截止阀，调节一定开度，打开这根管上的对应测压阀，这里也需打开测压管上的排气阀，进行排气操作，压力读数符合要求后，继

续操作；

（3）保持截止阀的开路不变，调节离心泵出口阀，控制水的流量，等转子流量计和压力传感器示数稳定之后，读数，记录，测得三组不同的流量及压强降数据后，计算局部阻力系数ξ，求平均值。

（4）实验结束后，需先关闭出口流量阀，然后关闭离心泵电源。

五、注意事项

1、实验从最大流量开始做起，最小流量控制在1m3/h以上，流量改变后，要待流动达到稳定后再读数。

2、实验结束后，要先关闭出口阀，再关闭水泵电机。

3、在对装置做排气工作时，一定要关闭流程尾部的出口阀，为了使水充满流径，防止排气不充分，影响实验结果。

六、数据处理

1、先把数据填表；

2、查表得在某温度水时的物理参数---密度、黏度；

3、把数据代入式子，求得直管阻力摩擦系数λ；

4、数据代入，求得雷诺数Re；

5、利用数据，画图，得到摩擦系数λ与雷诺数Re两者的关系曲线；

6、数据代入，求得局部阻力系数ξ；