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1、实验一、流体流动阻力的测定一、 实验目的1. 学习直管摩擦阻力pf、直管摩擦系数的测定方法；2. 掌握直管摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系和测定方法及其变化规律； 3. 学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的技巧；4. 掌握坐标系的选用方法和双对数及半对数坐标系的使用方法；5. 学习对实验数据进行误差估算的方法。二、 基本原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，会产生能量损失。流体在直管中流动引起的能量损失称为直管阻力损失；而流体通过阀门、管件或突然扩大、突然缩小等处时，产生涡流形成阻力，习惯称为局部阻力损失。1. 直管阻力及直管阻力系数测定流体流过水平直管的阻力计
2、算公式，常用以下各种形式表示： (1-1a) (1-1b)或 (1-2)式中 hf以能量损失表示的阻力，J/kg；Hf以压头损失表示的阻力，m液柱；l两测压点之间的管道长度，m；d直管内径，m；u直管内流体的平均流速，m/s；流体的密度，kg / m3；直管阻力摩擦系数，无因次；g重力加速度，g =9.81m / s2。为直管摩擦系数，由于流体流动类型不同，产生阻力的原因也不同。层流时流体流动主要克服流体粘性作用的内摩擦力。湍流时除流体的粘性作用外，还包括涡流信管壁粗糙度的影响，因此的计算式形式各不相同。计算层流直管压降可用哈根-泊谡叶公式 (1-3)和式(1-2)比较可得： (1-4)由此可
3、知：层流时，与管壁粗糙度无关，仅是雷诺数的函数。而湍流时，由于流体流动的复杂性，其不仅与雷诺数有关，还与管壁粗糙度有关。通过因次分析并进行相关整理得到： (1-5)经大量实验并拟合式(1-5)计算整理得到了一些计算的具体的半经验关系式，如： (1-6)此式适用于光滑管，Re在2500105范围内。又如计算粗糙管的： (1-7)此式所指的粗糙管为内径50200mm的新钢铁管，Re在31033106范围内。对于其它情况可参考化工原理教材上册算图或化工设计手册。本实验是利用水实验，在管度、管径和管粗糙度一定的条件下，改变水的流量，测定一系列的压力降，然后分别计算和Re的值，并考察两者的关系。2. 局
4、部阻力和局部阻力系数测定对于局部阻力的计算通常有两种表示方法：即当量长度法和阻力系数法： (1-8)式中，称为局部阻力系数，无因次。它与管件的几何形状和Re有关。但当Re大到一定时，与Re无关，成为定值。测定其局部阻力系数与测定直管阻力系数类似。不过需要注意：测定压差时，测压孔不能紧靠管件，这是因为靠近管件时其压差很不稳定。所以实验中测量局部阻力时通常在管件前后都有一段距离，故所测压力降应包括直管阻力和局部阻力，计算时应予以减去。三、实验装置管路中直管直径为两种：测定直管阻力时，管径D1=20mm，测压间距(管长)l1=2m；管路中装有阀门用于测局部阻力，其管径D=32mm，测压间距l2=0.
5、54m，阀门9调节流量。流量大小由涡轮流量计5测定。1. 所用设备及仪表规格如下：(1) 离心泵：型号；(2) 循环水槽：9876543211 贮水槽 2 管道过滤器 3 离心泵 4 温度计5 涡轮流量计 6、8 U型管差压计 7、9 阀门 (3) 涡轮流量传感器LWGY-25涡轮流量计由涡轮流量变送器和显示器仪表组成。涡轮流量变送器的结构如图所示。当流体流过时，冲击涡轮的叶片，使涡轮发生旋转，在一定流量范围和流体粘度下，涡轮的转速与流速成正比。当涡轮转动时，涡轮叶片切割置于该变送器壳休上的检测线圈所产生的磁力线，致使周期性地改变检测线圈电路上的磁阻，使通过线圈的磁通量发生周期性变化。检测线圈
6、产生脉冲信号，该信号放大，送至显示器仪表，再经计算，即可获得流量示值。（转速与流速的关系做实验时给）。2. 涡轮流量计具有以下优点：(1) 测量精度高。精度可以达到0.5级以上，在狭小范围内甚至可达0.1%，故可作为校验1.52.5级普通流量计的标准计量仪表。(2) 对被测信号变化的反应快，被测介质为水时，时间常数一般为几ms(3) 压力损失小，一般最大流量时压力损失不大于30Pa 其流量系数为，式中：Q总流量；N 总脉冲数，即总转数。 流量系数。（实验时给出数值）(4) 转速数字显示仪：XJP-02A(5) U型差压计：指示剂为水银，0=13600kg/m3(6) 温度计 010054312
7、图1-2 涡轮流量计结构示意图1涡轮2导流器3磁电感应转换器 4外壳5前置放大器四、实验步骤1. 实验前的准备工作(1) 熟习实验装置及流程。观察U型差压计与神通管道上测压接头的连接位置。弄清排气和平衡旋塞的作用和使用方法。(2) 将水槽注满水。(3) 排出管道和测量系统内的气体。首先打开U型差压计的平衡阀，关闭排气旋塞，关闭泵的出口阀门(为什么？)，启动离心泵。然后慢慢打开离心泵出口阀门至最大循环，接着把U型差压计上排气旋塞打开，让水把测压导管中的气体带走，注意排气时要小心，严防把水银冲走。(4) 关闭泵出口阀门，关闭U型管平衡阀，记取U型差压计初始读数，打开出口阀，让水循环几分钟后再关闭，
8、看U型差压计的读数与初始的有无变化，如不变表明气体排尽。2. 实验数据测定(1) 测定直管阻力调节泵出口阀门，使流量逐渐增大，在流量增大过程中取810组数据(流量小时数据多取一些)，待流量稳定时读取数据，包括流量和U型差压计压差的读数，并记录在数据表中。有关实验数据表可参见附表。(2) 测定局部阻力(可在测定直管阻力时同时测定)测定不同流量时的5组数据。(3) 记录水温。实验数据测取完后，请指导教师检查实验数据，通过后方可停止实验。停止实验时应注意：首先关闭泵的出口阀，然后再停止离心泵，最后打开U型压差计的平衡阀。使实验装置恢复到实验前的状态。五、实验数据处理要求1 以其中的任一组数据作为计算
9、示例，写出其全部计算过程。 2 把其它数据的处理结果(即、Re和的计算结果)以表格形式列出(可参见附表的形式列出)。3 在双对数坐标纸上绘出Re关系曲线。求出和的平均值。六、思考题1. 在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样进行排气？如何检验是否把气体排尽？2. 在U型差压计上装设的“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的，又在什么情况下它应该是关闭的？(测取数据时开，不测取时关)3. 以水为工作流体测定的Re关系曲线能否用于空气？如果能，则如何应用？4. 如测压孔边缘有毛刺或安装不正，对静压的测量是否有影响？5压差计的测量导管的粗细、长短对测量结果有无影响？为什么？流动阻力的测定一、 实
10、验目的二、 基本原理1. 直管阻力及直管阻力系数测定2. 局部阻力和局部阻力系数测定三、实验装置四、实验步骤实验数据测定1. 原始数据（见表1和表2）直管阻力： 管内径D= 0.02 m； 管长= 2 m；局部阻力： 管内径D= 0.032 m； 管长= 0.54 m；水温t= ； 流量系数= 329.37 表1 数据项目 实验点流量测定（涡轮流量计）直管阻力压差计读数局部阻力压差计读数频率f/Hz压差P压差P123456782. 数据处理及结果表（见表2） 表2 结果序号流量V/(m3/s)直管hf局部hfRe沿程阻力系数局部阻力系数12345678五、实验数据处理要求1.以其中的任一组数据作为计算示例，写出其全部计算过程。 2.把其它数据的处理结果(即、Re和的计算结果)以表格形式列出(可参见附表的形式列出)。3.在双对数坐标纸上绘出Re关系曲线。求出和的平均值。六、思考题1. 在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样进行排气？如何检验是否把气体排尽？2. 在U型差压计上装设的“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的，又在什么情况下它应该是关闭的？(测取数据时开，不测取时关)3. 以水为工作流体测定的Re关系曲线能否用于空气？如果能，则如何应用？4. 如测压孔边缘有毛刺或安装不正，对静压的测量是否有影响？5压差计的测量导管的粗细、长短对测量结果有无影响？为什么？
实验一 四系流体阻力测定
