实验九管道流体阻力的测定

实验九管道流体阻力的测定 实验九 管道流体阻力的测定 一、实验目的 研究管路系统中的流体流动和输送,其中重要的问题之一,是确定流体在 流动过程中的能量损耗。 流体流动时的能量损耗(压头损失),主要是由于管路系统中存在着各种阻 力。管路中的各种阻力可分为沿程阻力(直管阻力)和局部阻力两大类。 本实验的目的,是以实验方法直接测定摩擦系数λ和局部阻力系数ζ。 二、实验原理 当不可压缩流体在圆形导管中流动时,在管路系统中任意两个界面之间 列出机械能衡算方程为 J ? kg ?1 1 或 m液柱 2 式中: Z ? 流体的位压头,m液柱; P ? 流体的压强,Pa; u ? 流体的平均流速,m ? s ?1; ρ - 流体的密度,kg ? m ? 3; h f - 流动系统内因阻力造成的能量损失,J ? kg ?1; H f - 流动系统内因阻力造成的压头损失,m液柱。 符号下标1和2分别表示上游和下游截面上的数值。 假若: 1水作为实验物系,则水可视为不可压缩流体; 2实验导管是按水平装置的,则Z1 Z2; 3实验导管的上下游截面上的横截面积相同,则u1 u 2。 因此1和2两式分别可简化为 J ? kg ?1 3 m水柱 4 由此可见,因阻力造成的能量损失(压头损失),可由管路系统的两界面之间的压力差(压头差)来测定。 当流体在圆形直管内流动时,流体因磨擦阻力所造成的能量损失(压头损失),有如下一般关系式: J ? kg ?1 5 或 m液柱 6 式中:d - 圆形直管的直径,m; l - 圆形直管的长度,m; λ - 摩擦系数,(无因次)。 大量试验研究表明:摩擦系数λ与流体的密度ρ和粘度μ管径d、流速u和管壁粗糙度ε有关。应用因次分析的方法,可以得出摩擦系数与雷诺数和管壁相对粗糙度ε/d存在函数关系,即 7 通过实验测得λ和Re数据可以在双对数坐标上标绘出试验曲线。当Re<2000时,摩擦系数λ与管壁粗糙度ε无关。当流体在直管中呈湍流时,λ不仅 与雷诺数有关,而且与管壁相对粗糙度有关。 当流体流过管路系统时,因遇各种管件、阀门和测量仪表等而产生局部阻力,所造成的能量损失(压头损失),有如下一般关系式: J ? kg ?1 或 m液柱 式中: u - 连接管件等的直管中流体的平均流速,m ? s ?1; ζ - 局部阻力系数(无因次)。 由于造成局部阻力的原因和条件极为复杂,各种局部阻力系数的具体数值,都需要通过实验直接测定。 三、实验装置 本实验装置主要是由循环水系统(或高位稳压水槽)、试验管路系统和高位排气水槽串联组合而成,每条测试管的测压口通过转换阀组与压差计连通。 压差由一倒置U形水柱压差计显示。孔板流量计的读数由另一倒置U形水柱压差计显示。该装置的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如图1所示。试验管路系统是由五条玻璃直管平行排列,经U形弯管串联连接而成。每条直管上分别配置光滑管、粗糙管、骤然扩大与缩小管、阀门和孔板流量计。每根试验管测试段长度,即两测压口距离均为0.6 m。流程图中标出符号G和D分别表示上游测压口(高压侧)和下游测压口(低压侧)。测压口位置的配置,以保证上游测压口距U形弯管接口的距离,以及下游测压口距造成局部阻力处的距离,均大于50倍管径。 图1 管路流体阻力实验装置流程 1.循环水泵 2.光滑试验管 3.粗糙试验管 4.扩大与缩小试验管 5.孔板流量计 6.阀门 7.转换阀组 8.高位排气水槽 作为实验用水,用循环水泵或直接用自来水由循环水槽送入试验管路系统,由下而上依次流经各种流体阻力试验管,最后流入高位排气水槽。由高位排气水槽流出的水,返回循环水槽。 水在试验管路中的流速,通过调节阀加以调节。流量由试验管路中的孔板流量,计测量并由压差计显示读数。 四、试验方法 实验前准备工作需按如下步骤顺序进行操作: 1先将水灌满循环水槽,然后关闭试验导管入口的调节阀,再启动循环水泵。待泵运转正常后,先将实验导管中的旋塞阀全部打开,并关闭转换阀组中的全部旋塞,然后缓慢开启实验导管的入口调节阀。当水流满整个试验导管,并在高位排气水槽中有溢流水排出时,关闭调节阀,停泵。 2检查循环水槽中的水位,一般需要再补充些水,防止水面低于泵吸入口。 3逐一检查并排除实验导管和连接管线中可能存在的空气泡。排除空气泡的方法是,先将转换阀组中被检一组测压口旋塞打开,然后打开倒置U形水柱压差计顶部的放空阀,直至排净空气泡再关闭放空阀。必要时可在流体流动状态下,按上述方法排除空气泡。 4调节倒置U形压差计的水柱高度。先将转换阀组上的旋塞全部关闭,然后打开压差计顶部放空阀,再缓慢开启转换阀组中的放空阀,这时压差计中液面 徐徐下降。当压差计中的水柱高度居于标尺中间部位时,关闭转换阀组中的放空阀。为了便于观察,在临试验前,可由压差及顶部的放空处,滴入几滴红墨水,将压差计水柱染红。 5在高位排气水槽中悬挂一支温度计,用以测量水的温度。 6实验前需对孔板流量计进行标定,作出流量标定曲线。 实验测定时,按如下步骤进行操作: 1先检查实验导管中旋塞是否置于全开位置,其余测压旋塞和实验系统入口调节阀是否全部关闭。检查完毕启动循环水泵。 2待泵运转正常后,根据需要缓慢开启调节阀调节流量,流量大小由孔板流量计的压差计显示。 3待流量稳定后,将转换阀组中与需要测定管路相连的一组旋塞置于全开位置。这时测压口与倒置U形水柱压差计接通,即可 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 由压差计显示出的压降。 4当需改换测试部位时,只需将转换阀组由一组旋塞切换为另一组旋塞。例如,将G1和D1一组旋塞关闭,打开另一组G2和D2旋塞。这时,压差计与G1和D1测压口断开,而与G2和D2测压口接通,压差计显示读数即为第二支测试管的压强降。依次类推。 5改变流量,重复上述操作,测得各种实验导管中不同流速下的压强降。 6当测定旋塞在同一流量不同开度的流体阻力时,由于旋塞开度变小,流量必然会随之下降,为了保持流量不变,需将入口调节阀作相应调节。 7每测定一组流量与压降数据,同时记录水的温度。 实验注意事项: 1实验前务必将系统内存留的气泡排除干净,否则实验不能达到预期效 果。 2若实验装置放置不用时,尤其是冬季,应将管路系统和水槽内水排放干 净。 五、实验数据记录及整理 1实验基本参数 实验导管的内径 d 17 mm 实验导管测试段长度 l 600 mm 粗糙管的粗糙度 ε 0.4 mm 粗糙管相对粗糙度ε/d 0.0235 孔板流量计的孔径d0 11 mm 旋塞的孔径 d v 12 mm 孔流系数 C0 0.6613 2流量标定曲线 3实验数据 实 验 序 号 1 2 3 4 5 6 孔板流量计的压差计读数,R / mmHg 水的流量, Vs / m3s?1 水的温度, T / ? 水的密度, ρ / kg ? m?1 水的粘度, μ / Pa ? s 光滑管压头损失, Hf1 / mmH2O 粗糙管压头损失, Hf2 / mmH2O 旋塞压头损失,(全开)H ′f2 / mmH2O 孔板流量计压头损失,H 〃f2 / mmH2O 4数据整理 实 验 序 号 1 2 3 4 5 6 水的流速, μ / ms?1 雷诺准数, Re/- 光滑管摩擦系数, λ1/- 粗糙管摩擦系数, λ2/- 孔板流量计局部阻力系数,ζ〃1/- 旋塞的局部阻力系数, ζ′1/- 列出表中各项计算公式 5标绘Re -λ试验曲线 六、思考题 (1)测试中为什么需要湍流? (2)流量调节过程中为什么倒U形压差计两 支管中液位上下移动的距离不象U形压差计那样对等升降?