管道流动阻力的测定实验报告

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实验内容 指导教师 一、实验名称：

管道流动阻力的测定

二、实验目的：

1. 学习U 型压差计的使用；

2. 学习测量闸阀和90°弯头的局部阻力损失（h f `）的方法，计算局部阻力系

数（ξ），学习直管阻力损失（h f ）的测定方法，计算出摩擦系数（λ）和雷诺准数（Re ），在双对数坐标纸上作λ-Re 关系曲线； 3. 学习流量计的标定。

三、实验原理：

流体在管道中流动时，由于粘性力与涡流的存在，必然会引起能量的损失，这些损失可分为两类，即直管（沿程）阻力损失（h f ）和管件的局部阻力损失（h f `）。

1、直管阻力损失

流体在圆形管流动时的阻力损失可用范宁公式计算： ]/[2

2

kg J u

d l h f ⋅=λ

（1）

式中： λ——摩擦系数

l ——直管长[m] d ——管内径[m]

u ——管内流速[m/s]，由下式计算：

]/)[785.03600/(2

s m d V u ⨯= （2） V ——流量[m 3/h]，由孔板流量计测定

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实验内容

指导教师

直管阻力损失由图2-2-1-1（a ）装置测定，原理如下： 在截面AA ’及BB ’之间列出柏努利方程： f B

B B

A

A A

h p u gZ

p u gZ

++

+

=+

+ρ

ρ

2

2

2

2

因是同内径的水平管段，故B A B A u u Z Z ==,，上式移项整理得： ]/[kg J p p h B

A f ρ

-=

（3）

在图2-2-1-1（a ）所示的U 形压差计内00`截面列能量方程： ρρρ)(R m g p gR gm p A s B ++=++

(a)

(b)

图2-2-1-1 直管阻力测定

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实验内容 指导教师

整理上式得：

]/)[(2m N gR p p S B A ρρ-=- （4） 将上式（4）代入式（3）得： ]/[)

(kg J gR gR h s f =-=ρ

ρρ

（5）

式中：g=9.8[N/kg]—重力加速度

R ——压差读数[水]，[m]

ρs=996[kg/m 3

]——水的密度，由水温查表得 ρ——气体密度，本次试验记为0[kg/m 3]

若用图2-2-1-1 (b)的∩压差计测压降（本实验室采用），则由式（3）得： ]/`[kg J gR p p h B

B

A f =-=

ρ (6)

或 ]`[2O mH R g

p p h B

A f =-=

ρ (7)

式中：R`——∩压差计读数[mH 2O]

将式（5）或式（4）之值入（1）中，移项整理得摩擦系数计算值。 2

/

2

u

d l h f ⋅=λ (8)

雷诺数Re 按下式计算： μ

ρ

du =

Re (9)

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实验内容 指导教师

式中：μ——水的粘度[Pa ·s]，由水温查表得

其余符号同上。

2、局部阻力损失

克服局部阻力引起能量损失常用下式表示： ]/[2

2

`kg J u

h f

ζ

= （10）

式中：u ——流体在管中的流速[m/s]

ξ——局部阻力系数

如图2-2-1-2(a)所示，根据柏努利方程推导出流体流过90°弯头局部阻力的计算式为：

]/[`kg J gR h f =

如图2-2-1-2(b)所示，流体流过闸阀时的局部阻力的计算式经推导也与上式相同。

式中：

g=9.8[N/kg]—重力加速度 R ——∩型压差计读数[mH 20]

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实验内容 指导教师

图2-2-1-2(a) 局部阻力（90°弯头）测定

图2-2-1-2(b) 局部阻力（闸阀）测定

所以阻力系数由上式（10）可求： 2

/2

`

u

h f =ζ （11）

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实验内容 指导教师 四、实验装置设备流程图：

本实验有十二套设备可供测定用，其中六套测闸阀的局部阻力，另六套测弯头的局部阻力，它们的典型流程如图2-2-1-3所示。以测定闸阀的局部阻力为例，水泵2把水从水箱1吸上后经总管路送至各需用的的分管路。直管阻力分路被测段为AB ，管径为40mm ，管长为L 1=2M ，设分控制阀4。局部阻力被测管件为闸阀7，管径为40mm ，设分控制阀6。实验时每路的流量均由孔板流量计8测定，最后水流回水箱1。经阀9的支路为排管路系统内空气用。

1、水箱

2、水泵

3、灌水排气阀

4、直管阻力控制阀

5、直管实验段

6、局部阻力控制阀

7、闸阀

8、孔板流量计

9、排空气阀

图2-2-1-3 管道阻力实验装置